KR20180059541A - Olefin hydration process using vibration baffle reactor - Google Patents

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KR20180059541A
KR20180059541A KR1020187012493A KR20187012493A KR20180059541A KR 20180059541 A KR20180059541 A KR 20180059541A KR 1020187012493 A KR1020187012493 A KR 1020187012493A KR 20187012493 A KR20187012493 A KR 20187012493A KR 20180059541 A KR20180059541 A KR 20180059541A
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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.A butanol manufacturing system for producing purified mixed butanol comprises an internal baffle single pass reactor having an internal fluid conduit defined by an interior wall. The inner fluid conduit contains a process fluid comprising water, mixed butenes and mixed butanol to form a crude product. An inner flow baffle is located along the length of the inner fluid conduit. The baffle cell is defined by an outer diameter by the inner wall and defined by the inner flow baffle as an end. The separation system separates water and mixed butenes from the crude product for the production of purified mixed butanol. The transducer assembly has a reciprocating transducer head coupled to the inner baffle single pass reactor and selectively movable in forward and backward linear motion, the process fluid in communication with the process baffle, Get the movement.

Description

진동 배플 반응기를 이용한 올레핀 수화 공정Olefin hydration process using vibration baffle reactor

발명자: 알자흐, 아비르Inventor: Alzach, Avir

샤이크, 카리머딘, 엠.Shake, Carimurdin, M.

수, 웨이Su, Wei

본 발명의 분야는 부탄올의 제조에 관한 것이다. 더 구체적으로, 상기 분야는 부텐의 수화를 통한 부탄올의 제조에 관한 것이다.The field of the invention relates to the production of butanol. More specifically, this field relates to the production of butanol through hydration of butene.

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.This application claims the priority of U.S. Provisional Application No. 61 / 697,076, filed September 3, 2013, U.S. Provisional Application No. 61 / 697,076, filed on September 5, 2012 and entitled "Olefin Hydration Process Using a Vibro-Baffle Reactor" US patent application Ser. No. 14 / 016,798, now U.S. Patent No. 9,187,388, the contents of which are incorporated herein by reference. For purposes of the United States patent system, this application is a reference in its entirety to the instant application.

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.Butanol is an effective alternative to typical oxygenate and fuel-stock extenders including methyl tert-butyl ether and ethanol. Butanol not only contributes to the increase in octane number but also supplies oxygen to the fuel mixture. Mixed or blended butanol is also relatively inexpensive.

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.The main means of producing butanol, especially mixed butanol, is through a butene hydration process. A known butene hydration process involves a liquid-liquid two-phase system. Butene and water do not mix with each other in low relative concentrations (both water-in-butene and butene-in-water) systems. The elevated operating conditions do not mitigate the incompatibility. The incompatibility of the reactants is one reason for the known low single pass conversion.

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.In addition, the incompatibility also affects the distribution of the hydration catalyst. Typical hydration catalysts favor either aqueous or hydrocarbon phase - usually not both. The poor distribution of these hydration catalysts does not constitute a catalytic reaction throughout the two-phase system, but usually only catalyzes a single phase.

따라서, 부텐 수화 시스템 및 공정에서 부텐의 부탄올으로의 단일-패스 전환의 수율을 향상시킬 필요가 있다.Thus, there is a need to improve the yield of single-pass conversion of butene to butanol in butene hydration systems and processes.

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. A butanol manufacturing system for preparing purified butanol from water and mixed butenes comprises an inner baffle single pass reactor having an inner wall and an inner fluid conduit defined by the working length between the proximal and distal ends, Selectively contains and mixes process fluids, including water, mixed butenes and mixed butanol, to form a crude product. The inner baffle single pass reactor also includes an inner flow baffle located along at least a portion of the operating length of the inner fluid conduit, the inner flow baffle being annular and secured to the inner wall. The baffle cell is positioned continuously along the working length and defined by the inner wall as an outer diameter and defined by the inner flow baffle as a first end and a second end wherein one of the inner flow baffles is one of the baffle cells And the first end of the adjacent baffle cell. The separation system is in fluid communication with the inner baffle single pass reactor oriented to selectively receive the crude product and separate water and mixed butene from the crude product to produce purified mixed butanol. An oscillator assembly is coupled to the proximal portion of the inner baffle single pass reactor, the oscillator assembly having a reciprocating oscillator head selectively linearly movable forward and rearward, the process fluid having a generally sinusoidal curve along the inner baffle single pass reactor, Lt; RTI ID = 0.0 > fluid. ≪ / RTI >

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.In an alternative embodiment, each said internal flow baffle may be formed of a disc-shaped plate having an orifice, said orifice extending through said plate. The outer diameter of the disk-shaped plate can be fixed to the inner wall. The orifices may be sized and positioned according to the plate to form a vortex in the process fluid within the baffle cell. The baffle cell may be located along the entire working length of the inner fluid conduit.

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.In another alternative embodiment, the outer diameter of the vibrator head may engage slidingly with the inner wall. The separation system may be in fluid communication with the distal end of the inner fluid conduit or in fluid communication with at least one of the baffle cells. The vibrator head may have a reciprocating frequency of 2 to 5 hertz, and may have a reciprocating amplitude of 20 to 40 millimeters. The vibrator assembly may include an external motion driver that is mechanically coupled to the vibrator head and selectively drives the vibrator head. The vibrator assembly may include an oscillator seal section for sealing and engaging the inner baffle single pass reactor and the process fluid oscillator member, the process fluid oscillator member mechanically coupling the external motion driver to the vibrator head.

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.In another embodiment of the present disclosure, a method of making a purified mixed butanol from a combination of water and mixed butenes comprises providing an internal baffle single pass reactor. The inner baffle single pass reactor has an inner fluid conduit defined by an inner wall and an operating length between the proximal and distal ends. An inner flow baffle is positioned along at least a portion of the operating length of the inner fluid conduit, the inner flow baffle is annular and is secured to the inner wall. A baffle cell is positioned continuously along an operating length, defined by an outer diameter by the inner wall, and defined by a first end and a second end by the inner flow baffle, wherein one of the inner flow baffles Defines both the two ends and the first end of the adjacent baffle cell. A process fluid comprising mixed butenes, water and mixed butanol is passed through the inner baffle single pass reactor. The process fluid is mixed in the inner baffle single pass reactor to induce a generally sinusoidal movement in the process fluid along the inner baffle single pass reactor with the oscillator assembly coupled to the proximal portion of the inner baffle single pass reactor Wherein the oscillator assembly has a reciprocating oscillator head selectively movable in a forward and a backward linear motion. The water and mixed butenes are separated from the crude product in a separation system in fluid communication with the internal baffle single pass reactor to produce a purified mixed butanol.

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.In an alternate embodiment, mixing the process fluid in the inner baffle single pass reactor may include directing a vortex in the process fluid within the baffle cell by pushing the process fluid past the inner flow baffle have. The process fluid may be transferred from the distal end of the inner fluid conduit to the separation system or from at least one of the baffle cells to the separation system.

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.In yet another alternative embodiment, the oscillator assembly may be operated with a reciprocating frequency of 2 to 5 hertz and a reciprocating amplitude of 20-40 millimeters. The vibrator head may be driven by an external motion driver mechanically coupled to the vibrator head. The inner baffle single pass reactor and the process fluid oscillator member may be sealed to engage the vibrator seal section that mechanically couples the outer motion driver to the vibrator head.

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.
These and other features, aspects, and advantages of the present invention are better understood with regard to the following detailed description of preferred embodiments, appended claims, and accompanying drawings.
Figures 1A-1B are process flow diagrams of an embodiment of the butanol manufacturing system:
Figure 2 is a process flow diagram of another embodiment of the butanol manufacturing system;
Figure 3 is a process flow diagram of another embodiment of the butanol manufacturing system;
4 is a schematic detail view of a portion of the inner baffle single pass reactor in accordance with embodiments of the present disclosure;
5 is a schematic diagram of the inner baffle single pass reactor and external motion driver in accordance with embodiments of the present disclosure; And
6 is a graph showing the molar ratios of the conversion of water to butene to butanol introduced into 1-butene for an oscillating baffle reactor and an autoclave reactor in molar percentages.
In the accompanying drawings, similar components or features, or both, may have the same reference label. The drawings and their description will enable a better understanding of the butanol manufacturing system and methods of use thereof. The drawings should not limit or define the scope of the invention. The drawings are simplified illustrations for convenience of explanation. Those of ordinary skill in the art will understand that such a system is a complex structure with auxiliary equipment and subsystems that enable it to operate in accordance with its intended purpose.

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.The specification, including the summary of the invention, a brief description of the drawings and the detailed description of the preferred embodiments, and the appended claims, refers to certain features of the invention, including the steps of the process or method. The skilled artisan will appreciate that the invention includes all possible combinations and uses of the particular features described in the specification. It will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to or by the description of the embodiments given herein. The subject matter of the present invention is not limited except in the context of the description and the appended claims.

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. It will also be appreciated by those skilled in the art that the terms used to describe certain embodiments do not limit the scope or breadth of the present invention. In interpreting the specification and the appended claims, all terms should be interpreted as broad as possible in the context of each term. All technical and scientific terms used in the specification and the appended claims have the same meanings as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined.

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. As used in the specification and the appended claims, the singular forms "a," "an," and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. The word "comprise" and its conjugated form should be construed to refer to an element, element, or step in a non-exclusive manner. The referenced elements, components, or steps may be present, utilized, or combined with other elements, components, or steps not expressly stated. The verb "couple" and its associated form means completing any type of necessary coupling, including electrical, mechanical, or fluid, to form a single object in two or more previous non-combined objects. If the first device is coupled to the second device, the connection can occur either directly or through a common connection. "Optionally ", and its various forms, means that the subsequently described event or circumstance may or may not occur. The description includes instances where an event or circumstance occurs and instances where it does not. "Operable ", and its various forms, means that it can perform its intended function and be used for its intended use. "Associated" and its various forms mean something connected with something else because it occurs together or because one manufactures the other.

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. A spatial term describes the relative position of an object or object to another object and a group of objects. The spatial relationship is applied along the vertical and horizontal axes. Directional and relative terms including "upstream" and "downstream" and other like terms are for convenience of description and are not limiting unless otherwise indicated.

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.Where the specification or appended claims provide a range of values, it is understood that the interval includes the upper and lower limits as well as each intervening value between the upper and lower limits. The present invention encompasses a smaller range of spacing and boundaries in which any particular exclusion is provided. "Substantially free" means less than 1% in the indicated unit of measurement. "Significant" means at least 10% of the indicated units of measure.

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.Where reference is made to a method comprising two or more defined steps in the specification and the appended claims, the defined steps may be performed in any order or concurrently, except where the context excludes the possibility.

도 1a-1bFigures la-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.Figures 1A-1B include a process flow diagram of one embodiment of the butanol manufacturing system. The butanol manufacturing process of FIGS. 1A-1B is similar to the butanol manufacturing system 100 through a feed line comprising a mixed butene feed 102, a water feed 104, a hydration catalyst feed 106, Lt; / RTI > The butanol manufacturing system 100 manufactures several products through a product line that includes the spent catalyst 110, the product 112, the butanol product 114, and the consumed entrainer 116.

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.The butanol manufacturing system 100 includes several units that support the conversion of butene to butanol and the production of a refined butanol product. An internal baffle single pass reactor 120 aids catalytically induced hydration of butene to mixed butanol. Both the mixed butene feed 102, the water feed 104 and the hydration catalyst feed 106 enter the butanol manufacturing system 100 via the inner baffle single pass reactor 120. The internal baffle single pass reactor 120 produces a crude product stream useful for the recovery of the mixed butanol produced.

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.The internal baffle single pass reactor 120 contains a process fluid which is a mixture of reactants, catalysts, and reaction products. The process fluid traverses the inner baffle single pass reactor 120 from the proximal portion 122 to the distal portion 124 through an inner fluid conduit defined by the inner wall 125. The composition of the process fluid changes along the operating length of the internal baffle single pass reactor 120 while forming the product mixed butanol while consuming the reactants water and mixed butene as the butene hydration reaction takes place.

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.The separation system 160 is in fluid communication with the inner baffle single pass reactor 120. The separation system 160 is oriented to selectively receive the crude product and separate water and mixed butene from the crude product to produce purified mixed butanol. In the separation system 160 (dashed box), a cooler 170 is coupled to the inner baffle single pass reactor 120 and receives the crude product from the inner baffle single pass reactor 120, And is operable to reduce the temperature of the crud product. In the embodiment of FIG. 1A, the separation system 160 is coupled to, and in fluid communication with, the distal end 124 of the inner baffle single pass reactor 120. In the embodiment of FIG. 1B, the separation system 160 is coupled to, and in fluid communication with, another region of the inner baffle single pass reactor 120. By way of example, the separation system 160 may couple with the inner baffle single pass reactor 120 in at least one of the baffle cells 147.

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. In the butanol manufacturing system 100, the cyclone 172 is coupled to the cooler 170, receives the cooled crud product, and removes any residual heterogeneous hydration catalyst. Cyclone 172 produces both spent catalyst and spent catalyst products through spent catalyst 110.

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.A debutizer column 180 is coupled to the cyclone 172 to receive the catalyst free crude product and to remove unreacted butenes. The deuttenizer column 180 produces recovered butene and butene-free crude products. The recovered butenes are recycled to the proximal portion of the inner baffle single pass reactor 120 via a butene recycle 182 by the butanol manufacturing system 100.

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.The butanol extraction column 184 couples with the dituctizer column 180, receives the butene-free crude product, and also receives the entrainer through the entrainer feed 108. The butanol extraction column 184 operates by extracting butanol from the aqueous phase of the butene free crude product using the introduced entrainer to form an butanol-poor aqueous phase and an butanol-rich butanol-and-butanol-rich butanol phase. The water is passed through the product 112 from the butanol extraction column 184. The entrainer and butanol phases pass to the bottom of the butanol extraction column 184.

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. The butanol separation column 186 is coupled with a butanol extraction column 184, receives the entrainer and butanol phase, and separates butanol from the entrainer. The butanol separation column 186 produces the purified mixed butanol substantially free of water, butene and the entrainer. The purified butanol mixture passes from the butanol separation column 186 through the butanol product 114. The recovered entrainer passes through the consumed entrainer 116 from the butanol separation column 186.

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.1A-1B, the arrangement of the inner baffle single pass reactor 120 has a proximal portion 122 and a distal portion 124 and the distal portion 124 has a serpentine It is a conduit. Some ports 126 are for accessing the interior of the inner baffle single pass reactor 120. Some injection ports provide feed access to the interior of the inner baffle single pass reactor 120, which includes a water injection port 128, a butene injection port 130 and a catalyst injection port 132.

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. The process fluid also provides latent heat to support the hydration reaction by transferring the heat transferred to the reactor through an external heat exchange system. For example, FIGS. 1A-1B show a temperature control jacket 140 wrapping a portion of an inner baffle single pass reactor 120. A temperature control jacket 140 is operable to provide heat to the enclosed portion of the inner baffle single pass reactor 120 to facilitate the hydration reaction in the process fluid. The temperature control fluid supply conduit 142 introduces a new temperature control fluid and the temperature control fluid return conduit 144 passes the discharged temperature control fluid.

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.Internal baffle single pass reactor 120 has an internal flow baffle 146 along its operable length. Each of the inner flow baffles 146 may be a ring member that is secured to the inner wall 125 so as to be immovably fixed within the inner baffle single pass reactor 120. Baffle cell 147 is positioned between successive inner flow baffles 146. Baffle cell 147 is defined by an inner wall 125 as an outer diameter and defined by inner flow baffle 146 as a first end and a second end wherein one of the inner flow baffles 146 is connected to the baffle cell 147 and the first end of the adjacent baffle cell 147. The first end of the baffle cell 147, The baffle cells 147 are positioned continuously along the operating length of the inner baffle single pass reactor 120.

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. The inner flow baffle 146 interferes with the momentum of the fluid and alters the flow path of the process fluid as it flows through the inner baffle single pass reactor 120. Interruption of the flow momentum and alteration of the fluid flow path cause intimate mixing of the butenes, water, and catalyst in the process fluid within the baffle cell 147. The flow of fluid that is not aligned with the central axis of the inner baffle single pass reactor 120 also transfers heat from the inner wall 125 of the inner baffle single pass reactor 120 to the bulk process fluid, Transmission. The inner flow baffle 146 also increases the process residence time and improves the conversion of butene to butanol.

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. The oscillator assembly 149 is coupled to the proximal portion 122 of the inner baffle single pass reactor 120. The vibrator assembly 149 includes a process fluid oscillator member 148 located near the proximal portion 122 of the inner baffle single pass reactor 120. The vibrator assembly 149 also includes a process fluid oscillator member 148 for mechanically coupling an external motion driver 152 to the vibrator head 151 and a seal section 148 for sealing and engaging the internal baffle single pass reactor 120 150). The process fluid oscillator member 148 is configured to allow the process fluidic vibrator member 148 to pass from the exterior to the interior of the inner baffle single pass reactor without exposing the process fluid to the external environment, Coupled to the inner baffle single pass reactor (120) through the vibrator seal section (150). The process fluidic vibrator member 148 couples with the inner wall 125 of the inner baffle single pass reactor 120 at the vibrator head 151 such that the outer diameter of the vibrator head 151 slidingly engages the inner wall. The transducer head 151 reciprocates in a forward and aft linear motion and is in fluid communication with the process fluid such that the process fluid undergoes a general sinusoidal movement along the inner baffle single pass reactor 120. The vibrator head 151 may indirectly contact the process fluid or fluid such as a diaphragm or other member that may be in direct contact with the process fluid or may transfer motion of the vibrator head 151 in a general sinusoidal motion of the process fluid. Can communicate with each other.

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. The change of the process fluidic vibrator member 148 to its relative position imparts a change in position of the process fluid due to contact with the vibrator head 151 and incompressibility of the process fluid. The change in position of the process fluid imparts anomalies to the flow momentum of the process fluid flow along the operable length of the inner baffle single pass reactor 120. The non-uniformity of the process fluid flow improves mixing and heat absorption. Pushing and pulling the incompressible process fluid causes a surge and retraction of the flow of the process fluid to a fixed location inside the internal baffle single pass reactor 120. This mixing of the process fluid within the inner baffle single pass reactor 120 may be accomplished by inducing generally sinusoidal movement in the process fluid along the inner baffle single pass reactor 120 with the oscillator assembly 149, To form a product.

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. The oscillator assembly 149 also includes an external motion driver 152. An external motion driver 152 may be coupled to the vibrator head 151 via the process fluidic vibrator member 148 and may be used to selectively drive the process fluid vibrator member 148 and the vibrator head 151. The arrangement of the transducer seal sections 150 with the coupling with the outer motion driver 152 and the transducer head 151 being in contact with the inner wall 125 of the inner baffle single pass reactor 120 is controlled by a process fluid oscillator member 148) to a limited range of motion. The process fluid transducer member 148, when operable, moves the transducer head 151 in a linear front-rear fashion.

도 22

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. 2 is a process flow diagram of another embodiment of the butanol manufacturing system. The butanol manufacturing process of FIG. 2 introduces multiple feeds including the combined mixed butenes and water feed 201 and hydration catalyst feed 106 into the butanol manufacturing system 200. The combined mixed butene and water feeds 201 flow into the inner baffle single pass reactor 120 through butene and water injection ports 203. The butanol manufacturing system 200 manufactures a variety of products including the refining vents 292 and the butanol product 114. The system recycle stream butene recycle 182 and water recycle 288 both contribute to minimizing the amount of make up of mixed butenes and water in the water feed 201.

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.The separation system 260 of FIG. 2 is arranged differently than the separation system 160 of FIGS. 1A-1B. A high pressure (HP) water separator 272 couples to the cooler 170, receives the cooled crud product, and removes a substantial portion of the water to form a water-lean crud product. The recovered water and hydration catalyst passes through a water recycle 288 for reintroduction into the internal baffle single pass reactor 120.

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. The dituctizer column 180 is coupled with the HP water separator 272 to receive the water-lean crude product and to remove unreacted butenes from the water-lean crude product to produce a butene- Lt; / RTI > The recovered butene passes through a proximal portion of the inner baffle single pass reactor 120 via a butene recycle 182.

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.The pervaporation unit 284 includes a pervaporation membrane 286. A pervaporation unit 284 couples with the dituctizer column 180 and receives the butene free crud product and separates the butanol from the butene free crud product using a pervaporation membrane 286 as the permeate . The pervaporation unit 284 forms butanol vapor on the permeate side and forms a permeate retentate consisting mainly of water on the feed side of the pervaporation membrane 286. The water-permeate artifact passes through an internal baffle single pass reactor 120 through a water recycle 288.

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.A butanol separation column 290 is coupled to the pervaporation unit 284 and operates to receive the butanol vapor and purify the butanol vapor to purified mixed butanol. The purified mixed butanol is substantially free of water and butenes and is conveyed through the butanol product 114. The butanol separation column 290 emits light and non-condensable gas. A portion of the light and non-condensable gas is vented through a stream of purified effluent 292 and the remainder is recycled to the pervaporation unit 284 via a distillation recycle 294 for butanol recovery.

도 33

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.Figure 3 is a process flow diagram of another embodiment of the butanol manufacturing system. The butanol manufacturing system of FIG. 3 introduces a feed similar to that shown in the process of FIG. The butanol manufacturing system 300 produces some products including spent catalyst 110 and butanol product 114. The system 300 recycle stream butene recycle 182 and water recycle 288 all contribute to minimizing the amount of makeup mixed butenes and water in the combined feed 201.

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.The separation system 360 of FIG. 3 is arranged differently than the separation systems 160 and 260. The cyclone 172 couples with the cooler 170, receives the cooled crud product, and removes any remaining heterogeneous hydration catalyst, polymer, and other solids through the spent catalyst 110. The cyclone 172 produces both spent catalyst and spent catalyst products through spent catalyst 110. A high pressure (HP) water separator 272 is coupled to the cyclone 172 to receive the catalystless crude product and to separate the organic phase containing butanol and butene from the water phase under high pressure. The water phase still contains some butanol, but much less than the organic phase. The diteritizer column 180 is coupled to the HP water separator 272 and receives the organic butanol and butene phases and separates the organic phase into recycled butene and purified mixed butanol. The recovered butenes are transferred to the front end of the process via a butene recycle 182 and the purified mixed butanol is passed through the butanol product 114. An azeotropic column 390 is coupled with the HP water separator 272 to receive the water phase and separate the water phase into a butanol / water azeotrope and recycleable water. The butanol / water azeotrope is recycled to the front end of the separation system 360 via butanol / water recycle 392 and the recycled water is transferred to the front end of the process via water recycle 288.

도 44

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.4 is a detail view of an embodiment of the inner flow baffle 146 along the operable length of the inner baffle single pass reactor 120. FIG. In the exemplary embodiment of FIG. 4, each of the inner flow baffles 146 may be formed of a disc-shaped plate having an orifice 394, which extends through the plate. The outer diameter of the disk-shaped plate is fixed to the inner wall 125. As the process fluid passes through the baffle cell 147, the interaction of the process fluid with the inner flow baffle 146 generates a vortex in the process fluid. Orifice 394 is sized and positioned through each of the inner flow baffles 146 to create a vortex in the process fluid within baffle cell 147 which results in an optimal mixing of the process fluid . By way of example, the diameter of the orifice 394 relative to the diameter of the inner flow baffle 146 and the position of the orifice 394 through the inner flow baffle 146 may be selected to optimize the mixing of the process fluid.

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. As process fluid flows through the inner baffle single pass reactor 120, some of the process fluids pass through the orifices 394 of the inner flow baffle 146. The other process fluid contacts the solid ring portion of the inner flow baffle 146 and is redirected in the baffle cell 147 to form a vortex in the process fluid. The vortex formed in the baffle cell 147 improves the mixing of the process fluid.

도 55

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.5 shows an exemplary embodiment of an external motion driver 152 according to embodiments of the present disclosure. In the example of FIG. 5, the outer motion driver 152 includes a rotating disk 396. The first end of the process fluid oscillator member 148 is connected to a rotating disk 396. In the embodiment of FIG. 5, process fluid oscillator member 148 is a member of a jointed. As the outer motion driver 152 rotates, the second end of the process fluid oscillator member 148 moves linearly back and forth relative to the proximal portion 122 of the inner baffle single pass reactor 120. The second end of the process fluidic vibrator member 148 is attached to the vibrator head 151 and causes the vibrator head 151 to reciprocate within the inner baffle single pass reactor 120.

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.As the vibrator head 151 moves further into the inner baffle single pass reactor 120, the vibrator head 151 pushes the process fluid out of the proximal portion 122 toward the distal portion 124. As the vibrator head 151 moves in the opposite direction toward the proximal portion 122, the vibrator head 151 moves the process fluid from the distal portion 124 to the proximal portion 122, as indicated by the directional arrows in FIG. Push it out. Due to this forward and backward movement of the oscillator head 151, the process fluid moves in a general full sinusoidal forward and backward motion within the internal baffle single pass reactor 120. In this way, the oscillatory motion is superimposed on all reactants in the inner baffle single pass reactor 120. This sinusoidal type of motion allows for unique radial mixing.

공정 유체 및 크루드 제품Process fluids and crude products

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.The process fluid is a two-phase process of incompatible butenes and water in operating conditions of the butanol manufacturing process in the inner baffle single pass reactor. At any given point along the operating length of the reactor, the process fluids include butene, water, an optional butene hydration catalyst, and butene hydrate products, especially butanol.

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.The butene hydration reaction occurs in the inner baffle single pass reactor. The process fluid supports the hydration of mixed butenes to mixed butanol in the presence of the butene hydration catalyst in the reactor. As part of the butanol manufacturing process, the process fluid passes from the proximal position of the reactor to the distal end as a crude product.

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.The crude product is a combination of the products butanol, water, butene and optionally butene hydration catalyst, and the butene hydration catalyst may still be active. The crud product is the process fluid after passing through the distal end of the inner baffle single pass reactor.

혼합된 부텐Mixed butene

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.Mixed butenes are introduced as reactants as part of the butanol manufacturing process. The mixed butenes may be purified or derived from a source in a petrochemical feedstock comprising a product of an FCC unit or a thermal cracking unit, a raffinate of an MTBE or TBA process, a fraction of liquefied petroleum gas (LPG) Or from a combined stream from a source. Mixed butenes include one or more 1-butenes, one or two 2-butenes (i.e., cis or trans forms), and isobutylene. Mixed butenes may also include other alkanes and alkenes.

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.In the butanol product manufacturing embodiment, the mixed butenes include 1-butene. A specific example of the butanol manufacturing process includes the case where the mixed butenes are essentially composed of 1-butene. Fresh or "make-up" 1-butene is preferably a polymerization grade. The new 1-butene has at least 99% by volume of 1-butene, or 99.5% by volume of 1-butene, or 99.9% by volume of 1-butene, or 99.95% by volume of 1-butene or even higher purity. The impurity of the new 1-butene is 5 ppm or less by volume.

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.The recycling of buten from other parts of the butanol manufacturing system maximizes the butene conversion efficiency. The butanol production system includes a separation system for selectively separating recoverable mixed butenes from the crude product. An embodiment of the butanol manufacturing system includes a case where the butanol manufacturing system is operable to introduce the selectively separated mixed butene into the inner baffle single pass reactor. An embodiment of the butanol manufacturing process includes operating the butanol manufacturing system such that the separately selectively mixed butene is introduced into the internal baffle single pass reactor. Recycled butenes may have a lower compositional purity than new butenes because the recycle material already exists in the butanol manufacturing system and can not introduce new inert or contaminants.

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.The introduction of mixed butenes occurs as a pressurized gas, liquid, supercritical fluid or a combination thereof. The critical temperature of 1-butene is 146.4 ° C and the critical pressure is 40.2 bar. The critical temperature of isobutylene is 144.7 ° C and the critical pressure is 40.01 bar. Preheating the introduced mixed butene provides heat to the process fluid that promotes hydration.

water

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.Water is introduced as a reactant as part of the butanol manufacturing process. New or makeup water introduced into the butanol manufacturing system has at least 99% by volume of water, or 99.5% by volume of water, or 99.9% by volume of water, or 99.95% by volume of water, or even higher purity. The water should be degassed, demineralized, and deionized to prevent contaminants from entering the butanol manufacturing system. The impurities are not more than 5 ppm by volume.

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.Recirculation of water from other parts of the butanol manufacturing system minimizes the amount of makeup introduced. Water is generally used in excess in the butanol manufacturing process. The separation system selectively separates recoverable water from the crucible product passing from the inner baffle single pass reactor. An embodiment of the butanol manufacturing system includes the case where the butanol manufacturing system is operable to introduce the selectively separated water into the internal baffle single pass reactor. An embodiment of the butanol manufacturing process includes operating the butanol manufacturing system such that the separately optionally separated water is introduced into the inner baffle single pass reactor. When using an unneutralized homogeneous catalyst, the recycled water may transport the active hydration catalyst to the front end of the butanol manufacturing system. Examples of the butanol manufacturing process include the case where the separately and selectively separated water also contains a homogeneous butene hydration catalyst.

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.Examples of the butanol manufacturing process include the case where the water and the mixed butene are introduced into the inner baffle single pass reactor such that the molar ratio of water to 1-butene ranges from about 1 to about 21.

수화 촉매Hydration catalyst

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. When the butanol manufacturing system does not include a fixed heterogeneous acid catalyst, the butanol hydration catalyst is introduced as a reactant as part of the butanol manufacturing process. If the butanol manufacturing system does not include a fixed heterogeneous acid catalyst, the introduction of the butene hydration catalyst is optional. An embodiment of the butanol manufacturing process comprises introducing the butene hydration catalyst into the inner baffle single pass reactor of the butanol manufacturing system such that the process fluid is formed proximate to the proximal portion, wherein the butene hydration catalyst is homogeneous Acid, heterogeneous acid, and combinations thereof.

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. Useful butene hydration catalysts which are homogeneous acids include, for example, sulfuric acid and phosphoric acid. Specific examples of the butanol manufacturing process include a case where the butene hydration catalyst introduced is homogeneous. Examples of useful phosphoric acids include orthophosphoric acid, polyphosphoric acid (PPA) and superphosphate (SPA). Polyphosphoric acid is phosphorus oxyacid having the general formula H (PO 3 H) n OH, where n is an integer representing the number of phosphorus units in the molecule. Commercially available mixtures of PPA have blends of ortho (n = 1), pyro- (n = 2), tri- (n = 3), tetra- (n = 4) and higher order condensation chain acids. About 95% to about 118% phosphoric acid (H 3 PO 4) PPA concentration of the concentration equivalent of a denotes the equivalent weight of the acid that is formed during the decomposition the complete hydrolysis of the polyphosphate. An example thereof is orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ) (Sigma-Aldrich Corp., St. Louis, Mo.).

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. Useful butene hydration catalysts also include heterogeneous acid catalysts. Specific examples of the butanol manufacturing process include a case where the introduced hydration catalyst is inhomogeneous. Such acids have acid-functional groups included in metal, ceramic, particulate or polymer structures. Recovery processes, including evaporation, vaporization, distillation and centrifugation systems, can extract the solid catalyst from the process fluid or crude product. An embodiment of the butanol manufacturing process includes operating the butanol manufacturing system such that, if the butene hydration catalyst is an inhomogeneous catalyst, the separation system selectively separates the butene hydration catalyst separately from the crude product. Examples include polymeric resins D008-1 and D008-2 (KaiRui Chemical Co. Ltd., Hebei City, China) with sulfonic acid (SO 3 H) functional groups attached.

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. Embodiments of the method include selecting the introduced butene hydration catalyst from the group consisting of a homogeneous butenhydration catalyst, a heterogeneous hydration catalyst, and combinations thereof. Some homogeneous / heterogeneous acid combination systems are known to generate synergistic effects with respect to conversion efficiency and / or selectivity of alkene to alcohol. In embodiments of the butanol production system containing a heterogeneous hydration catalyst in the baffle cell, embodiments of the butanol manufacturing process include introducing a homogeneous hydration catalyst into the inner baffle single pass reactor.

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.The introduction of the hydration catalyst occurs as a pure substance or is diluted with a delivery solution. The hydration catalyst may be diluted with water or mixed butene to enhance dispersion into the process fluid.

부탄올 제조 공정 제품Butanol manufacturing process products

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.The main product is purified mixed butanol. The purified butanol product has a composition of at least 99% by volume of mixed butanol, or 99.5% by volume of mixed butanol, or 99.7% by volume of mixed butanol, or 99.9% by volume of mixed butanol, or even higher purity to be. An embodiment of the butanol manufacturing system includes a case in which the separation system is operable to produce a purified mixed butanol having a mixed butanol purity of at least 99 volume percent. Butane, butane and the dissolved gas containing the inert components are small impurities that may be present in the purified mixed butanol product.

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.The butanol manufacturing system is capable of recovering solids from the crude product. Such solids may comprise a catalytically-active hydration catalyst. The butanol manufacturing process can recover the hydration catalyst, neutralize it, and dispose of it outside of the butanol manufacturing process. The external process can process or regenerate the recovered hydration catalyst and recycle it for reintroduction into the internal baffle single pass reactor.

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.The butanol manufacturing process selectively separates water from the crude product as part of the purification process. The recovered water may be treated for organics, acid catalysts and solids, and then disposed of as system purge.

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.The butanol manufacturing system may discharge gas as part of the separation system. The exhausted gas acts as a system purge. The discharged gas contains an inert gas and a light organic gas containing some butenes.

내부 배플 단일 패스 반응기Internal baffle single pass reactor

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. The inner baffle single pass reactor is a tubular having an inner fluid conduit defined by an inner wall operable to assist hydration of the mixed butenes in a pressurized, heated, and fluid-filled environment. The tube has an inner surface or wall that partially surrounds the volume fixed between the first end (proximal or upstream end) and the second end (distal or downstream end). The working length of the reactor is the fluid length of the tube between the proximal and distal ends. The length of the tube is much longer than its diameter. The tube also has an outer surface or wall along its working length, where heat is transferred between the interior and the exterior.

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.The internal baffle single pass reactor may operate to allow reactants and optionally a hydration catalyst to pass into the reactor near the proximal portion to mix and form the process fluid. The process fluid traverses the operable length of the reactor from proximal to distal along the fluid flow path. The crude product passes from the reactor proximate the end.

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. Figures 1 to 3 show the inner baffle single pass reactor of the serpentine type; However, the reactor can take any number of physical arrangements based on the use of connected linear and non-linear fluid conduit segments including standard pipes. Those skilled in the art will be able to conceive the overall shape of the inner baffle single pass reactor based on operating preferences and capabilities, including temperature control, physical space, maintenance and capital costs.

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. The main flow motive for the process fluid through the inner baffle single pass reactor is the coordinated introduction of the reactants and hydration catalyst to the proximal end and the passage of the crude product from the distal end. Auxiliary flow drivers, including but not limited to pumps and rotary in-line blades, may provide supplemental momentum to the process fluid.

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.The inner baffle single pass reactor has at least one reactant feed location near the reactor proximal. The introduction of mixed butenes and water can be made up of a combined stream or a separate stream. The new and recycled mixed butenes and water streams may be fed separately into the reactor.

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.The inner baffle single pass reactor has at least one hydration catalyst feed position. The hydration catalyst feed location is downstream from at least one reactant feed location near the proximal portion of the inner baffle single pass reactor. This position relative to the reactant feed position allows the reactants to intermix before introduction of the hydration catalyst to improve selectivity and conversion.

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. Embodiments of the butanol manufacturing system include multiple reaction zones along the operating length of the inner baffle single pass reactor. In one embodiment, the reaction zone is the working length between the first mixed butene introduction position and the second mixed butene introduction position. In another embodiment, the reaction zone is between the mixed butene introduction site and the end of the reactor. In another embodiment, the reaction zone is an operating length between the first butene hydration catalyst introduction site and the second butene hydration catalyst introduction site. In another embodiment, the reaction zone is between the butene hydration catalyst introduction site and the end of the inner baffle single pass reactor. Introducing a mixed butene or butene hydrogenation catalyst through multiple locations according to the operating length of the reactor allows for a higher level of process control and butene conversion efficiency. Each reaction zone may have other internal and external process support equipment, including an internal baffle structure to support manufacturing, manipulation of process fluid flow rates, computer control systems, and temperature and pressure manipulation of the reaction zone.

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.At any given point along the operating length of the inner baffle single pass reactor, the internal fluid conduit axis is perpendicular to the cross sectional area of the internal fluid conduit at that point. In the absence of an internal additive (e.g., an internal flow baffle), the fluid will traverse the operating length of the internal baffle single pass reactor and will generally maintain alignment with the internal fluid conduit during flow.

내부 유동 배플 및 배플 셀Internal flow baffle and baffle cell

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.The inner baffle single pass reactor has a series of internal flow baffles along at least a portion of its operating length. An embodiment of the butanol manufacturing system includes a case in which a set of internal flow baffles is located along the entire working length of the internal fluid conduit.

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.For each inner flow baffle in the inner baffle single pass reactor, the baffle has a side (upstream facing side) facing the proximal portion of the reactor and an opposite side (downstream facing side) facing the distal end of the reactor. The baffle is typically oriented such that the baffle extends vertically from a position along the inner wall of the reactor and protrudes into the interior fluid conduit. The baffle is generally oriented perpendicular to the internal fluid conduit axis, although other arrangements are feasible to those of ordinary skill in the art. The baffle prevents the process fluid from flowing in alignment with the inner fluid conduit axis during most of the process fluid flow path to promote heat transfer and mixing.

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.The inner flow baffle may have a plurality of physical arrangements including a rod, a perforated plate, a mesh screen, an orifice plate (a central and off-center flow window), and a segmented plate. Each baffle has a window edge that at least partially defines the flow window for each baffle. In some baffles, such as an orifice plate, the window edges completely define a circular void in the baffle through which the process fluid flows. In another baffle, the window edge partially defines the void through which the process fluid flows. When such a baffle is installed in the reactor, the inner wall of the reactor defines the remainder of the flow window. The size of the flow window relative to the size of the baffle, its position relative to the center of the internal fluid conduit, and its arrangement (parallel, oblique, vertical) relative to other adjacent internal baffles are important factors in changing the direction of the process fluid.

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.Wherein the flow path of the fluid through the interior of the inner baffle single pass reactor comprises an orientation of the inner flow baffle including the inner wall and shape of the reactor, the flow window, the spacing, and the orientation of the adjacent baffle with respect to the inner fluid conduit axis Array. The length of the flow path of the process fluid is longer than the operating length of the reactor. The baffle increases the distance the process fluid traverses through the reactor because the process fluid must travel around the inner baffle as well as flow through the distance from the proximal to the distal end.

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.In a reactor having multiple reaction zones, a different set of baffles may be present in each reaction zone. The arrangement of the inner flow baffles is arranged in series along a portion of the operating length in which the baffles are disposed within each set and is disposed equidistantly spaced between each adjacent baffle in the set. Embodiments of the butanol manufacturing system include an internal baffle single pass reactor having at least one set of internal flow baffles along the working length.

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. The inner flow baffle with the inner wall defines a set of baffle cells within the inner fluid conduit of the inner baffle single pass reactor. Each baffle cell is defined by the upstream facing side of the upstream baffle and the upstream facing side of the downstream baffle in the set of baffles and the inner wall of the reactor. The number of baffle cells associated with a series of internal flow baffles is always one less than the number of baffles in the set.

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. When the process fluid traverses the inner baffle single pass reactor, the process fluid enters the baffle cell at least partially through the flow window defined by the upstream baffle. When entering a baffle cell, the formation of a vortex and pushing of the process fluid passing through the inner flow baffle, mixing the reactants, the catalyst and the product together, and not only between the other parts of the process fluid, but also between the process fluid and the interior of the reactor Circulating in the cell through all of the general sinusoidal motion induced in the process fluid by internally transferring heat between the walls. The process fluid then passes through the flow window defined by the downstream baffle at least partially from the baffle cell. The process across the baffle cell is repeated as the process fluid passes from the baffle cell to the baffle cell along the operating length of the reactor.

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.In an embodiment of the butanol manufacturing process, the introduction of the butene hydration catalyst is optional. In this process, the inner baffle single pass reactor contains a heterogeneous butenhydrating catalyst, which is solid, to selectively convert the mixed butenes in the process fluid to mixed butanol. The catalyst can be contained in any position within the internal fluid conduit of the reactor, but the most efficient location for placing the catalyst in order to maximize the mixing and conversion of the reactants is within each baffle cell.

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. The location of the solid, inhomogeneous butenol hydration catalyst in each baffle cell may vary depending on the material, structure, and application of the catalyst to the baffle cell component. In a pellet, sphere, or other loose, generally unstructured configuration, the catalyst may be contained in a vessel or other physical constraining means, wherein the vessel or other physical constraining means comprises a structured frame having a flow orifice or slot, A wire mesh bag that allows the process fluid to flow freely from the accumulation of catalyst and into the accumulation while not allowing the catalyst to be transported out of the vessel. This prevents the catalyst from moving with the process fluid flow downstream towards the end of the inner baffle single pass reactor and fouling the separation system. The free-form structure of the unstructured catalyst allows for their direct placement in the flow path of the process fluid including the flow window of the inner flow baffle. A specific example of the butanol manufacturing system includes the case where the heterogeneous butene hydration catalyst is positioned so that the process fluid flowing through the flow window of the downstream baffle is in contact with the heterogeneous butene hydration catalyst, Comprises the case where the reaction of the mixed butenes and water occurs in each baffle cell adjacent to the downstream flow window. The location of the catalyst may be at a location where the process fluid flowing through the flow window of the upstream baffle may contact the heterogeneous butene hydration catalyst. Other forms of the catalyst, including structured forms such as gratings, matrices and sheets, and "amorphous" forms, such as hardenable, thermoplastic and other malleable forms, Adhered, painted, or spray coated to a surface-to-face and an inner flow baffle. An embodiment of the butanol manufacturing system includes a case in which the catalyst is located on the inner wall defining the baffle cell, wherein the reaction of the mixed butene and water occurs along the inner wall And occurs in each baffle cell. For each baffle cell, the downstream facing side of the upstream baffle and the upstream facing side of the downstream baffle face inward toward the baffle cell. An embodiment of the butanol manufacturing system includes the case where the catalyst is located on the side of the inner flow baffle that faces inward toward the baffle cell.

외부 운동 드라이버External motion driver

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.The butanol manufacturing system includes an apparatus external to the internal baffle single pass reactor that induces instability of flow of the process fluid without altering other operating parameters including temperature, mass flow rate and pressure of the butanol manufacturing process . And directs motion into the process fluid using the external motion driver to induce anomalies in the flow of the process fluid. The external motion driver may be operated with a reciprocating frequency of 2 to 5 hertz and a reciprocating amplitude of 20-40 millimeters.

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. External motion drivers include electrical, electronic-mechanical, hydraulic, pneumatic, gas injection, compressed gas, chemical-reaction and other systems and devices for imparting or delivering motion to the process fluid.

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.During the butanol manufacturing process, the outer motion driver induces anomalies in the process fluid flow by interfering with the momentum of the fluid as it flows through the inner baffle single pass reactor. The outer motion driver acts on the process fluid in a physical manner when the process fluid traverses from the proximal portion of the reactor to the distal portion. The external motion driver transfers a motion including vibration, reciprocating, variable, and asynchronous fluid motion to the process fluid using a portion of the apparatus in contact with the process fluid. Movement of the coupled device within the inner fluid conduit creates an abnormality in the process fluid flow.

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. Without any abnormal induction, the butanol manufacturing process can maintain "steady state" conditions within the inner baffle single pass reactor. A steady state condition is one in which the properties of the fluid at any point in the system do not change compared to time. Those skilled in the art of petroleum, petrochemical and chemical operations understand that "steady state operation" sometimes involves some small process variability but generally does not significantly change operating conditions, feed and production rates.

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. The application of motion by the external motion driver changes the steady state flow condition to an unsteady state by interfering with the fluid momentum of the process fluid flow. The anomalous condition results in a cascade effect on manufacturing conditions and other processes, including heat transfer, reaction efficiency and overall productivity of the system, in response to destabilization of fluid momentum. The abnormality occurs at the moment when the abnormal motion is introduced and lasts for a subsequent period with the effect of decreasing as a function of time. By maintaining a constant operating condition without additional unsteady interaction, a new steady state condition - which may resemble the original steady state - can be achieved. Repeated, periodic, or continuous application of the abnormal motion to the process fluid causes the abnormal condition to continue to exist.

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. The induced unsteady flow conditions of the process fluid change the relative motion (e.g., accelerated, retarded motion) of the process fluid relative to a fixed position within the inner baffle single pass reactor. The derivation of the abnormal conditions does not affect the overall volume or mass flow per unit time through the reactor as feed introduction and the passage of the crude product influences the overall volume or mass flow rate of the process.

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. The temporary formation and disappearance of fluid vortex and backwash in the process fluid occurs during the unsteady flow. Similar to the flow in any direction associated with turbulence, the unsteady flow can also occur in a low Reynolds number flow system, which is a typical laminar flow. Wherein the unsteady flow of the process fluid causes a portion of the process fluid traveling through the inner baffle single pass reactor to flow in an unpredictable and non-steady manner only during transient periods, thereby causing mixing, .

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. The external motion driver is coupled to an apparatus operable to impart motion directly to the process fluid. Actuation of the piston-like actuator causes the process fluid flow to surge and retract while still generally flowing through the internal fluid conduit from the proximal end to the distal end. A diaphragm-like device in fluid communication with the process fluid expands and contracts with respect to the incompressible process fluid and directly displaces it with a similar volume within the internal fluid conduit to produce the desired process fluid flow instability.

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. An embodiment of the butanol manufacturing system includes an oscillator assembly having an oscillator head having a reciprocating frequency of 2 to 5 hertz. In such an embodiment, the outer motion driver is operable to induce an abnormality of the process fluid by vibrating at a frequency of 2 to 5 Hertz, and in an alternative embodiment, the outer motion driver is oscillated at a frequency of about 3 Hertz do. An embodiment of the butanol manufacturing system includes a vibrator assembly having an oscillator head with a reciprocating amplitude of 20-40 millimeters. In such an embodiment, the outer motion driver may be actuated to induce an abnormality of the process fluid flow by oscillating with a reciprocating amplitude of 20-40 millimeters, and in an alternative embodiment, the outer motion driver may be operated at a velocity of about 30 millimeters It oscillates with amplitude.

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.Embodiments of the butanol manufacturing system include one or more external motion drivers, wherein each external motion driver is coupled to an apparatus operable to impart direct momentum to the process fluid. Embodiments of the butanol manufacturing process include synchronously operating the first and second external motion drivers. Another embodiment of the butanol manufacturing process includes operating the first and second external motion drivers asynchronously.

온도 제어 시스템 Temperature control system

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. The temperature control system transfers temperature-regulating fluid to the exterior of the inner baffle single pass reactor to maintain a suitable temperature for the butene hydration reaction. Examples of temperature control systems useful for maintaining the temperature in the internal baffle single pass reactor include a heat exchanger, a cooling jacket and a blower. Examples of useful temperature-regulating fluids include water, ethylene glycol, and air. Forced convection of the temperature-regulating fluid is typical.

분리 시스템Separation system

상기 부탄올 제조 시스템은 혼합된 부탄올, 혼합된 부텐 및 물을 상기 크루드 제품으로부터 분리하도록 작동될 수 있는 분리 시스템을 포함한다.The butanol manufacturing system includes a separation system that can be operated to separate mixed butanol, mixed butenes, and water from the crude product.

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.The butanol manufacturing system can selectively separate mixed butene from the crude product to produce butene-free crude product and recovered mixed butene. The recovered mixed butenes are useful for recycle by a butanol manufacturing system and for introduction into the internal baffle single pass reactor as a reactant feed. Recirculation of the unreacted mixed butene improves the efficiency of the butene process.

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.The butanol manufacturing system may also operate to selectively separate water from the crude product to produce a waterless crude product. The recovered water is useful for recycle by the butanol manufacturing system and introduction into the internal baffle single pass reactor as a reactant feed. Water can also be disposed of as part of the system purge.

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.Embodiments of the butanol manufacturing system may operate to selectively separate the butene hydration catalyst from the crude product. The cyclone separation system induces centrifugal force on the crucible product such that heavy liquids and solids are separated from the light product. Cyclone separation systems are particularly useful in solid, heterogeneous catalysts because the solids are easily separated from the rest of the liquid by the application of each momentum. The in-line filtration also performs a similar task of removing solids from the crud product, allowing the solids to accumulate under their own weight from the filter surface and flow down. A vaporizer may introduce heat to the crucible product such that a portion of the crucible product forms a vapor. The evaporator comprising a thin film evaporator can separate the hot boiling product and the solids from the portion of the crucible product from which the vapor condition can be obtained at a lower operating pressure. The hydration catalyst and the recovered other solids or very heavy liquid may be withdrawn from the butanol manufacturing system for recovery or disposal.

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.The yen training fluid is useful for selectively extracting butanol from the crude product. Because the crude product contains some water, water-incompatible organic compounds that are readily separable from water and have an affinity for the mixed butanol relative to water are useful for performing the extraction. An entrainer fluid having a lower distillation boiling point than the mixed butanol at atmospheric pressure is also useful for separating the entrainer from the relatively theoretical mixed butanol. Examples of useful entrainer fluids include pentane, hexane, hexene, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, and mixtures thereof.

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.The introduction of a rare water-immiscible entrainer feed in the crude product separates the crude product into two phases: a butanol-rich organic phase containing the entrainer, and a butanol-poor organic phase. The butanol extraction column may separate the water phase from the entrainer phase. Figures 1a-1b show a butanol extraction column 184 that produces an butanol-rich butanol mixture that passes through a butanol-poor aeration and butanol separation column 186, Other purification system processes convert the butanol-rich entrainer fluid into purified mixed butanol and lean entrainer fluid.

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. The pervaporation membrane can separate the directly mixed butanol from the crude product. The butanol manufacturing process comprising a pervaporation membrane selectively vaporizes the mixed butanol and does not selectively vaporize the water. The pervaporated material is a steamed mixed butanol that can be condensed and distilled to form the purified mixed butanol. The residue is a liquid consisting mostly of water containing some butanol. In this type of purification system, the residues are useful not only to recapture the desired butanol but also to recycle to conserve water for reuse.

지원 장비Supporting equipment

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. The embodiments include many additional standard components or equipment that enable and enable the described devices, processes, methods, and systems. Examples of such standard equipment known to those skilled in the art are heat exchangers, pumps, blowers, reboilers, steam generators, condensate handling devices, membranes, single and multistage compressors, separation and sorting equipment, valves, Pressure-, temperature-, level-, and flow-sensor devices.

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.The operation, control and performance of some or all steps of a process or method may occur through human interaction, preprogrammed computer control and response systems, or a combination thereof.

상기 부탄올 제조 시스템의 작동The operation of the butanol manufacturing system

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.The butene hydration catalyst may be operable to selectively convert the mixed butenes in the process fluid to the mixed butanol under operating conditions of the inner baffle single pass reactor. An embodiment of the butanol manufacturing process includes operating the butanol manufacturing system such that the temperature of the process fluid in the inner baffle single pass reactor is maintained in the range of about 80 캜 to about 150 캜. An embodiment of the butanol production process includes operating the butanol manufacturing system such that the temperature of the process fluid in the inner baffle single pass reactor is maintained in the range of about 100 캜 to about 120 캜. An embodiment of the butanol manufacturing process includes operating the butanol manufacturing system such that the pressure of the process fluid in the inner baffle single pass reactor is maintained in the range of about 5 bar to about 70 bar.

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.Maintaining the mixed butanol, or some of the components of the mixed butanol, in a liquid or critical fluid state, or a combination of the two, may improve mixing in the inner baffle single pass reactor. An embodiment of the butanol manufacturing process includes operating the butanol manufacturing system such that the temperature and pressure of the process fluid within the inner baffle single pass reactor remain within a range to cause the mixed butene to be in a liquid state. An embodiment of the butanol manufacturing process includes operating the butanol manufacturing system such that the temperature and pressure of the process fluid in the inner baffle single pass reactor is such that the mixed butene is in a supercritical state.

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. The improved mixing that occurs in the internal baffle single pass reactor allows higher material throughput than standard fixed volume reactor systems. An embodiment of the butanol manufacturing process includes operating the butanol manufacturing system such that the residence time of the process fluid in the inner baffle single pass reactor is maintained in the range of about 0.1 hours to about 0.2 hours. A shorter residence time ensures a higher space velocity that minimizes the exposure of 1-butene to a temperature that can cause isomerization to less useful 2-butene.

실시예Example

특정 구체예의 실시예는 상기 부탄올 제조 시스템 및 공정의 더 나은 이해를 가능하게 한다. 상기 실시예는 본 발명의 범위를 제한하거나 정의하지 않아야 한다.Certain embodiments of embodiments enable a better understanding of the butanol manufacturing system and process. The above embodiments should not limit or define the scope of the present invention.

실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 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.An oscillating baffle reactor (OBR) treats five example mixtures (1-4). The autoclave reactor treats five comparative mixtures (1-4). Each example has a comparative example of the molar ratio of similar water: 1-butene and the relative relationship of catalyst: 1-butene. For example, Example 1 is similar to Comparative Example 1, Example 2 is similar to Comparative Example 2, and so on. Table 1 shows compositions of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4. The introduced 1-butene, water and total volume are in millimeters (mL). The molar ratio is a number without units.

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. (D008; KaiRui Chemical Co. Ltd., Hebei Province, China) and the amount of water for each of the Examples and Comparative Examples were measured for the respective reactor types (OBR; autoclave ). The amount of 1-butene under nitrogen pressure is introduced into the designated reactor type for each experiment. When the reactor is sealed, the reactor is heated to operating temperature (100-110 ° C). In experiments in the autoclave reactor, the heating jacket maintained the operating temperature throughout the experiment. In the experiments in the OBR, a hot silicone oil bath maintained the operating temperature. The reaction time is 1 hour in both the autoclave and OBR. During the processing of the example, the OBR reactor mixes the composition of the example above at 3 hertz (Hz) frequency and 30 millimeter amplitude, while the autoclave stirs each comparative composition at a rate of 200 revolutions per minute (RPM). Both reactors mix the compositions to form a homogeneous mixture of immiscible reactants. After one hour, each type of reactor is stopped, cooled to room temperature, and unreacted 1-butene is discharged. Analyzing the liquid product for each example and comparative example helps to determine the amount of 2-butanol present and the conversion efficiency of 1-butene.

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.Table 1 shows the results of treating the feed compositions of the above Examples and Comparative Examples in the OBR and the autoclave reactor under similar processing conditions (i.e., temperature, time, feed composition). For all four examples, both the weight percent and the 1-butene conversion mole percentage are higher for the OBR-treated material than for the autoclaved-treated material.

실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4의 실험.Experiments of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4. OBR 실시Conduct OBR 오토클레이브 실시Autoclave operation 조건Condition 단위unit 실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 비교예 4Comparative Example 4 수화촉매 D008Hydration Catalyst D008 gramsgrams 10.010.0 7.57.5 5.05.0 2.52.5 5.05.0 3.83.8 2.52.5 1.31.3 도입된 1-부텐The introduced 1-butene mLmL 40.040.0 30.030.0 20.020.0 10.010.0 20.020.0 15.015.0 10.010.0 5.05.0 도입된 물Introduced water mLmL 8.08.0 12.012.0 40.040.0 40.040.0 4.04.0 6.06.0 20.020.0 20.020.0 물:1-부텐 몰비Water: 1-butene molar ratio ------ 1.01.0 2.12.1 10.410.4 20.720.7 1.01.0 2.12.1 10.410.4 20.720.7 도입된 총 부피Total volume introduced mLmL 48.048.0 42.042.0 60.060.0 50.050.0 24.024.0 21.021.0 30.030.0 25.025.0 총 제품 무게의 sec-부탄올Total product weight of sec-butanol wt. % wt. % 9393 5050 2323 1010 3232 3131 1212 55 1-부텐 전환율1-butene conversion rate mol. %mol. % 2222 2424 5555 4848 88 1515 2929 2424

표 1에서 보는 바와 같이, 모든 상기 OBR 실험 실시는 비교 가능한 오토클레이브 비교예 실시에 비해 높은 1-부텐 전환율을 가진다. As can be seen in Table 1, all of the above OBR experimental runs have higher 1-butene conversion rates than comparable autoclave comparative examples.

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. 6 graphically illustrates the molar ratio of water: 1-butene introduced to the vibrating baffle reactor (example) and the autoclave reactor (comparative example) to butanol to butanol. Figure 6 is a plot of the data from Table 3 of the molar ratio introduced into the reactor versus the determined 1-butene conversion. The data for each information set (Examples and Comparative Examples) is a curve fit using a quadratic polynomial using Microsoft Excel 2010 (Redmond, Wash.).

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:Figure 6 also shows a quadratic polynomial relationship between the molar percent conversion of 1-butene and the molar ratio of the introduced water: 1-butene. In the case of the OBR, the determined second order relationship has an R2 value of greater than 0.99 and is well suited. The second polynomial for the OBR experiment is given by Equation 1:

MCRC4=/BtOH = -0.002173*(MRH2O:C4=)2 + 0.061323*MRH2O:C4= + 0.14264 (식 1),MCR C4 = / BtOH = -0.002173 * (MR H2O: C4 = ) 2 + 0.061323 * MR H2O: C4 = + 0.14264 (Formula 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.Where MCR C4 = / BtOH is the molar conversion of 1-butene to the butanol in mole percent, and MR H2O: C4 = is the molar ratio of water to 1-butene in the introduced mixture. Formula 1 is determined for a molar ratio range of from about 1 to about 21.

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.In addition, the overall molar conversion values for the OBR experimental runs (Examples 1 to 4) fit between two quadratic polynomial relationships useful for estimating the molar conversion of 1-butene to butanol. The above two formulas, which are similar to the formula 1, (Low) " and " Poly. (High) ". Equations 2 and 3 show the molar conversion values of Examples 1 to 4 for the molar ratio ranges of the above examples.

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), EMCR C4 = / BtOH ≥-0.002173 * (MR H2O: C4 =) 2 + 0.061323 * MR H2O: C4 = + 0.045 ( formula 2) and EMCR C4 = / BtOH ≤-0.002173 * (MR H2O: C4 =) 2 + 0.061323 * MR H2O: C4 = + 0.24028, (Formula 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:Wherein EMCR C4 = / BtOH is the estimated molar conversion in molar percent of 1-butene to butanol, and MR H2O: C4 = is in the range of about 1 to about 21. The molar ratio of water to 1-butene It is rain. An example of the butanol manufacturing process includes operating the butanol manufacturing system such that the molar conversion rate of 1-butene to butanol is within the estimated molar conversion value range as determined by Equations 2 and 3, do. An embodiment of the butanol manufacturing process comprises operating the butanol manufacturing system such that the molar conversion rate, expressed in mole percent, of 1-butene to butanol is approximately greater than the estimated molar conversion value as determined by Equation 2. [ In addition, two equations similar to equations 1-3 are plotted as dashed lines "Poly. (MedLow)" and "Poly. (MedHigh)" in FIG. Equations 4 and 5 are close to Equation 1 and show the molar conversion values of Examples 1 to 4 for the molar ratios of the Examples between Equations 2 and 3:

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), EMCR C4 = / BtOH ≥-0.002173 * (MR H2O: C4 =) 2 + 0.061323 * MR H2O: C4 = + 0.09382 ( Equation 4) and EMCR C4 = / BtOH ≤-0.002173 * (MR H2O: C4 =) 2 + 0.061323 * MR H2O: C4 = + 0.19146, (Formula 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. Where EMCR C4 = / BtOH is the molar conversion of 1-butene to molar percent estimated, and MR H2O: C4 = is the range of about 1 to about 21, for 1-butene in the introduced mixture It is the molar ratio of water. The embodiment of the butanol manufacturing process comprises operating the butanol manufacturing system such that the molar conversion rate as a mole percentage of 1-butene to butanol is within a range of estimated molar conversion values as determined by equations 4 and 5 do. An embodiment of the butanol manufacturing method includes operating the butanol manufacturing system such that the molar conversion rate expressed in mole percent of 1-butene to butanol is approximately greater than the estimated molar conversion value as determined by equation (4).

실시예 5 및 비교예 5Example 5 and Comparative Example 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.The OBR used in Examples 1 to 4 treats the mixture of Example 5. The autoclave reactor used in Comparative Examples 1 to 4 treats the mixture of Comparative Example 5. The Examples and Comparative Examples have similar molar ratios of water: 1-butene and catalyst: 1-butene. Table 2 shows the compositions of Example 5 and Comparative Example 5. The introduced 1-butene, water and total volume are in millimeters (mL). The molar ratio is a number without units.

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.).The processes of Example 5 and Comparative Example 5 are similar to the processes of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4, respectively, except that the butene hydration catalyst is orthophosphoric acid (H 3 PO 4 ) (Sigma-Aldrich Corp St. Louis, Mo.).

실시예 5 및 비교예 5의 실시.Conduct of Example 5 and Comparative Example 5     OBR 실시Conduct OBR 오토클레이브 실시Autoclave operation 조건Condition 단위unit 실시예 5Example 5 비교예 5Comparative Example 5 수화촉매 H3PO4Hydration catalyst H3PO4 gramsgrams 5.05.0 2.52.5 도입된 1-부텐The introduced 1-butene mLmL 20.020.0 10.010.0 도입된 물Introduced water mLmL 20.020.0 10.010.0 물:1-부텐 몰 비Water: 1-butene molar ratio ------ 5.25.2 5.25.2 도입된 총 부피Total volume introduced mLmL 45.045.0 20.020.0
총 제품 무게의 sec-부탄올

Total product weight of sec-butanol
wt. % wt. % 1515 22

1-부텐 전환율

1-butene conversion rate
mol. %mol. % 1818 22

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.Table 2 shows the results of processing the compositions of the Examples and Comparative Examples in OBR for the autoclave reactor under similar processing conditions (i.e., temperature, time, composition). In the experiments, the weight percent and 1-butene conversion mole percent are higher than the OBC-treated material above the autoclave-treated material. The use of an acid-hydrocatalyst catalyst confirms the superiority of using the OBR under similar processing conditions as the autoclave reactor described above for the hydration of 1-butene.

Claims (20)

물 및 혼합된 부텐으로부터 정제된 혼합 부탄올을 제조하기 위한 부탄올 제조 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, 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 제조 시스템.
1. A butanol manufacturing system for producing a purified butanol from water and mixed butenes,
An internal baffle single pass reactor,
An inner fluid conduit defined by an inner wall and an operative length between the proximal and distal ends, the inner fluid conduit selectively containing and admixing process fluids comprising water, mixed butenes and mixed butanol to form a crude product,
An inner flow baffle located along at least a portion of an operating length of the inner fluid conduit, the inner flow baffle being annular and secured to the inner wall, and
A baffle cell positioned continuously along the working length and defined by the inner wall as an outer diameter and defined by the inner flow baffle as a first end and a second end, An inner baffle single pass reactor defining both a first end of one baffle cell and a second end;
A separation system for selectively containing a crude product and separating water and said mixed butene from the crude product to form a purified mixed butene, said separation system being in fluid communication with said internal baffle single pass reactor;
A proximal portion of the inner baffle single pass reactor having a reciprocating vibrator head capable of selective linear motion back and forth and communicating with the process fluid such that the process fluid undergoes a general sinusoidal movement along the inner baffle single pass reactor And a coupled oscillator assembly.
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.
The method according to claim 1,
Wherein each of said internal flow baffles is formed of a disc-shaped plate having an orifice, wherein said orifice extends through said plate.
청구항 2에 있어서,
상기 디스크형 판의 외경이 상기 내부 벽에 고정되는 것을 특징으로 하는 부탄올 생산 시스템.
The method of claim 2,
Wherein an outer diameter of the disk-shaped plate is fixed to the inner wall.
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.
The method of claim 2,
Wherein the orifice is sized and positioned through the plate in the baffle cell to form a vortex in the process fluid.
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.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the outer diameter of the vibrator head slides and engages the inner wall.
청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분리 시스템은 상기 내부 유체 도관의 말단부와 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 부탄올 생산 시스템.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the separation system is in fluid communication with a distal end of the inner fluid conduit.
청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분리 시스템은 적어도 하나의 상기 배플 셀과 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 부탄올 생산 시스템.
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein said separation system is in fluid communication with at least one said baffle cell.
청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배플 셀은 상기 내부 유체 도관의 전체 작동 길이를 따라 위치되는 것을 특징으로 하는 부탄올 생산 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 7,
Wherein the baffle cell is located along the entire working length of the inner fluid conduit.
청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 진동자 헤드는 2 내지 5 헤르츠의 왕복 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 부탄올 생산 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 8,
Wherein the vibrator head has a reciprocating frequency of 2 to 5 hertz.
청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 진동자 헤드는 20-40 밀리미터의 왕복 진폭을 갖는 것을 특징으로 하는 부탄올 생산 시스템.
The method according to any one of claims 1 to 9,
Wherein the vibrator head has a reciprocating amplitude of 20-40 millimeters.
청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 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.
The method according to any one of claims 1 to 10,
Wherein the vibrator assembly includes an external motion driver that is mechanically coupled to the vibrator head and selectively drives the vibrator head.
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 제조 시스템.
The method of claim 11,
The vibrator assembly includes an inner baffle single pass reactor and an oscillator seal section for sealing and engaging a fluid oscillator member of the process, wherein the fluid oscillator member mechanically connects the outer motion driver to the oscillator head .
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 움직임을 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.
CLAIMS What is claimed is: 1. A process for preparing a purified mixed butanol from a combination of water and mixed butenes,
Providing an internal baffle single pass reactor,
An inner fluid conduit defined by an inner wall and an operating length between the proximal and distal ends,
An inner flow baffle located along at least a portion of the operating length of the inner fluid conduit, the inner flow baffle being annular and secured to the inner wall,
A baffle cell positioned continuously along an operating length and defined by an outer diameter by the inner wall and defined by a flow baffle as a first end and a second end, Defines both the two ends and the first end of the adjacent baffle cell;
Passing a process fluid including mixed butenes, water and mixed butanol through the internal single pass reactor;
Wherein the inner baffle single pass reactor has an oscillator assembly coupled to the proximal portion of the inner baffle single pass reactor within the process fluid to induce generally sinusoidal movement along the inner baffle single pass reactor, Mixing the process fluid in a reactor, the oscillator assembly having a reciprocating oscillator head selectively capable of linearly moving forward and backward; And
And separating said water and mixed butene from the crude product in a separation system in fluid communication with said inner baffle single pass reactor to produce purified mixed butanol. ≪ / RTI >
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.
14. The method of claim 13,
Wherein mixing the process fluid in the inner baffle single pass reactor comprises introducing a vortex by pushing the process fluid past the flow baffle to produce a purified < RTI ID = 0.0 > A method for producing mixed butanol.
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.
14. The method according to claim 13 or 14,
A method of making a purified mixed butanol from a combination of water and mixed butene, further comprising transferring the process fluid from the distal end of the inner fluid conduit to the separation system.
청구항 13 내지 15 중 어느 한 항에 있어서,
물 및 혼합된 부텐의 조합물로부터 정제된 혼합 부탄올을 제조하는 방법은 적어도 하나의 상기 배플 셀로부터 상기 분리 시스템으로 상기 공정 유체를 이송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to any one of claims 13 to 15,
A method of making purified mixed butanol from a combination of water and mixed butene, further comprising transferring the process fluid from the at least one baffle cell to the separation system.
청구항 13 내지 16 중 어느 한 항에 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.
The method according to any one of claims 13 to 16,
A method of making a purified mixed butanol from a combination of water and mixed butene, further comprising operating the oscillator assembly at a reciprocating frequency of 2 to 5 hertz.
청구항 13 내지 17 중 어느 한 항에 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.
The method according to any one of claims 13 to 17,
A method of making purified mixed butanol from a combination of water and mixed butene, further comprising operating the oscillator assembly with a reciprocating amplitude of 20-40 millimeters.
청구항 13 내지 18 중 어느 한 항에 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.
The method according to any one of claims 13 to 18,
Wherein the method for producing purified mixed butanol from a combination of water and mixed butenes further comprises driving the vibrator head with an external motion driver that is mechanically coupled to the vibrator head.
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.
The method of claim 19,
A method of making purified mixed butanol from a combination of water and mixed butenes comprises sealing an oscillator chamber section that mechanically couples the outer motion driver to the vibrator head and the inner baffle single pass reactor and process fluid oscillator member ≪ / RTI >
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