TW200422289A - Auto thermal cracking reactor - Google Patents

Description

200422289 玖、發明說明： I：發明所屬之技術領域3 本發明係有關於一適於藉由自動熱裂解反應來製造少希 烴之反應器。

自動熱裂解為一種已知之製造烯烴之方法。此種方法 的一個例子敘述於ΕΡ-Α-0332289。在此方法中，~碳氯化 合物及一含氧氣體與一催化劑接觸，該催化劑對於超過燃 燒的燃料上限之燃燒有幫助。該碳氫化合物被部分燃燒， 10 所產生的熱被用來驅動被饋入烯烴中之碳氫化合物的加氯 作用。

在自動熱裂解製程中，碳氫化合物與含氧氣體在接觸 催化劑之前可被均勻的混合及預熱。但是，若受到可燃性 之限制而須在高溫下進行該製程，則不易將碳氫化合物與 15 含氧氣體混合並且預熱。因此，需要減短從形成熱的氣態 反應物混合物到將該混合物與催化劑接觸之間的時間。 【曰月内】 本發明提供一種反應器設計，能使得自動熱裂解製程 可在任何適當之壓力下進行，其中氣態反應物在混合之前 20 分別地被預熱，然後以一種均勻分布的形態被送到反應區。 據此，本發明提供一種裝置，用以使一第一氣態反應 物與一第二氣態反應物反應而形成一氣態產物， 其中該裝置包含至少一第一供給機構用以供給第一氣 態反應物’至少一第二供給機構用以供給第二氣態反應 5 200422289 物，一阻力區及一反應區，該反應區較佳地含有一催化劑， 以及 其中該第一供給機構含有數個第一出口，供運送第一 氣態反應物，該第二供給機構含有數個第二出口，供運送 5 第二氣態反應物，

該阻力區是多孔性，且相對於第一與第二氣態反應物 之流動方向而言係位於第一與第二供給機構之下游，並且 是與第一及第二供給機構呈流體連通（fluid communication)， 10 反應區相對於第一與第二氣態反應物之流動方向而言 係位於第一與第二供給機構之下游，且是與第一及第二供 給機構呈流體連通，且 其中第一及第二供給機構之排列係使得第一氣體與第 二氣體以實質上平行之方式接觸，並且在接觸到阻力區之 15 前即已混合。

圖式簡單說明 第1圖代表依據本發明第一實施例之裝置， 第2a圖是圖示呈現依據本發明第二實施例之裝置之第 一與第二喷射管交互混合之形態的一段； 20 第2b圖是是圖示呈現依據本發明第二實施例之側視 圖。

I：實施方式I 較佳而言，第一供給機構含有至少一第一入口 ’用以 將第一氣態反應物供應至至少一第一歧管，以及數個離開 6 200422289 第一歧管之第一出口，用以運送第一氣態反應物，而第二 供給機構含有至少一第二入口，用以將第二氣態反應物供 應至至少一第二歧管，以及數個離開第二歧管之第二出 口，用以運送第二氣態反應物。 5 該裝置，適當地來說，在反應區之橫截面每平方米包 含有至少100個，較佳地至少500個，最佳地至少1000個第 一及第二出口。 第一及第二供給機構之排列係使得第一氣體與第二氣

體以實質上平行之方式接觸。所謂“實質上平行”係指該第 10 —及第二氣體當被送去與彼此接觸時，二者係以實質上相 同之方向，例如軸向地，在流動，而非以相反方向或切線 相對方向在流動。令這兩種氣體以實施上平行之方式接觸 而非以例如切線方向之方式接觸將這兩種氣體首先接觸之 區域的滴流現象(turbulence)減低。（該在區域“混合”尚未完 15 成，存在的氣體的組成可能有顯著的變化）。

湍流會增長混合後之氣體在反應器中的滯留時間，從 而增加了易燃問題升高的風險。在某些狀況下，令該第氣 體以垂直方式接觸會造成在接近接觸區之處產生含有易燃 性氣體混合物之低流速區或甚至停滯區。而依據本發明， 20 令該等氣體以實質上平行之方式接觸，則降低了低流速混 合氣體區域產生的可能性，從而降低了易燃問題的可能性。 在本發明第一實施例中，接觸/混合之排列方式係藉由 將一供給機構置於另一供給機構中，並且在該供給機構位 於另一供給機構中的部份提供適當的開口，使得一氣態反 7 200422289 應物能通過這些開口而接觸另一氣態反應物。 較佳而言，本發明之第一實施例提供一裝置，其中 第一供給機構含有至少一第一入口，用以供給一第一 氣態反應物至至少一第一歧管，以及數個離開該第一歧管 5 的喷射管，供運送該第一氣態反應物，第二供給機構含有 至少一第二入口，用以供給一第二氣態反應物至至少一第 二歧管，以及數個離開該第二歧管的輸送管，供運送該第 二氣態反應物，

其中該第二歧管相對於第一氣態反應物之流動方向而 10 言係位在第一歧管的下游， 該阻力區係多孔狀，且相對於第一與第二氣態反應物 之流動方向而言係位在第二歧管的下游，並與離開第二歧 管之輸送管呈流體相連通，

該反應區相對於第一與第二氣態反應物之流動方向而 15 言係位在阻力區之下游，且係與阻力區呈流體相連通，且 其中各輸送管含有一離開第二歧管之上游端，及一與 阻力區流體相通之下游端，且其中離開第一歧管之噴射管 係延伸穿過第二歧管且轴向地凸伸進入輸送管的上游端。 較佳而言，第一實施例之裝置通常包含一第一冷卻 20 區，其係接觸該數個離開第二歧管之輸送管之下游端，如 何安排使得該數個之輸送管之下游端能被冷卻。這能確保 這些氣體反應物直到進入反應區之後才進行反應。 再者，第一實施例之裝置通常含有一產物冷卻區，其 係在反應區之下游，使得氣態產物當離開反應區時即能被 8 200422289 冷卻。 在本發明之第一實施例中，較佳而言，第一歧管為一 第一腔室，第二歧管為一第二腔室，離開第一腔室之喷射 管形成了數個長形通道，該等通道穿過第二腔室而進入該 5 數個離開第二歧管之輸送管的上游端。

第一及第二腔室之體積並不具特別的關鍵性。但是， 在一較佳實施例中，為了安全起見，第一及第二腔室之體 積應為相當的小。通常當反應器之直徑為600mm時，第一 腔室之體積通常介於5-100升，較佳地介於10-40升，更佳地 10 介於15-25升，例如22升。這些腔室的體積將與反應器之橫 截面面積（直徑平方）成正比。 通常當反應.器之直徑為600mm時，第二腔室之體積通 常介於20-200升，較佳地介於30-100升，更佳地介於40-80 升，例如5 0升。 15 第一實施例之裝置通常含有相等數目的喷射管和輸送

管，每一噴射管凸伸入一對應的輸送管内。較佳地，該裝 置在反應區橫截面每平方米含有至少100個，較佳地至少 500個，最佳地至少1000個喷射管。 為了使喷射管能夠凸伸進入輸送管中，喷射管在凸伸 20 入導管之處的外徑係小於導管的内徑。外徑的確實大小對 本發明而言並不重要，但通常喷射管之外徑係介於2.0至 5.0mm，例如4.0mm。喷射管有足夠的長度能穿過第二腔室 (i.e·通常大於170mm) 〇 在每一喷射管遠離歧管的一端，第一氣態反應物可經 200422289 由一適當之開口，較佳地為一喷嘴，而離開喷射管，該喷 嘴之直徑小於喷射管之外徑，通常介於0.5至3.0mm，例如 介於1.0至2.0mm。該喷嘴較佳地其直徑小於喷射管其它部 份的内徑，因而提供一種縮束效果，有助於得到來自各喷 5 射管的平均的流速，而不造成壓力降的特性，當喷射管有 一段相當的長度具有這樣縮束之内徑才會產生壓力降的特 性。

通常輸送管的内徑係介於1至1 〇mm，較佳地介於2至 8mm，例如7mm，通常其長度介於50至500mm，較佳地介 10 於100至300mm，例如210mm。輸送管可以呈對稱形態排 列，例如呈三角形或四方形。 輸送管之内徑相對於噴射管之開口，亦即喷嘴，之比 率適當地應在2:1至10··1之範圍内，例如3:1至5:1之範圍内。

在第一供給機構之喷射管穿過第二供給機構的歧管之 15 處，每一喷射管應具有一個外管，環繞著該喷射管（喷射管 則形成了該外管内部的一個内管）。當第二氣態反應物之溫 度不同於第一氣態反應物時，該外管提供了對第二氣態反 應物之熱絕緣。 在一更佳的實施例中，亦在喷射管的外表面與輸送管 20 的内表面之間提供適當的流量限制器，且該流量限制器係 位在或靠近喷射管進入輸送管之處，在輸送管的上游端（靠 近第二歧管）。這些流量限制器可以位在喷射管及/或輸送管 上，且，藉著提供限制，而有助於使第二氣態反應物以平 均的流速流入各輸送管。這些流量限制器應位在遠離第一 10 200422289 喷射管出口處，使得當與第一氣態反應物混合時，第二氣 態反應物一當通過或經過流量控制器時其在輸送管中有最 大速度一之速度（從最大速度）降下來。較佳地，通過這些縮 限區之氣體流之壓力降與第一氣態反應物流經位在喷射管 5 尾端之喷嘴或其它縮限區時之壓力降有相似的情況（例如

分別為lbar與0.5bar)。這能確保當反應區中或饋料中之壓力 有小幅波動時，進入反應區之反應物的比例仍保持相似。 為達到最佳之產量，喷嘴直徑之公差範圍以及第二氣態反 應物之流量限制器應使得氣態混合物之濃度變化不大於 10 5 % 〇 通常，喷射管軸向凸伸進入輸送管之長度係5-40mm， 較佳地為10-30mm，最佳為15-25mm，例如20mm。

其中第一實施例之裝置含有一第一冷卻區，較佳地係 藉由令一冷卻流體與輸送管下游端之外表面接觸而提供該 15 第一冷卻區。通常，輸送管之外表面面積的10-20°/。可與冷 卻流體接觸。 在本發明之一第二實施例中，接觸/混合之安排係藉由 一第一供給機構來提供，該第一供給機構含有至少一第一 入口，用以供給一第一氣態反應物至至少一第一歧管，以 20 及數個離開該第一歧管的喷射管，供運送該第一氣態反應 物，及一第二供給機構含有至少一第二入口，用以供給一 第二氣態反應物至至少一第二歧管，以及數個離開該第二 歧管的輸送管，供運送該第二氣態反應物，其中各個喷射 管在遠離該歧管之一端具有一出口，其具有1mm2或更小的 11 200422289 橫截面開口，且其中第一與第二喷射管之出口係呈交互混 合之形態。

本文中所述之“交互混合”係指數個第一喷射管之出口 係分散在多數個第二喷射管的出口之間，及/或，相反。因 5 此，舉例來說，當第一喷射管多於第二喷射管時，第二喷 射管之出口將會被分散於第一喷射管的出口之間，且第二 喷射管之出口的最佳形態係使得每一個第二喷射管皆有至 少一個第一喷射管的出口與其接近相鄰。 適當而言，每平方米有總共有10000個第一及第二喷射 10 管。利用此數量之交互混合之喷射管能提供在該喷射管出 口處快速的混合。 為了能將第一及第二氣態反應物以最佳方式運送至阻 力區，第二實施例之喷射管的出口應全部以一實質上平面 的形態來配置。 15 第一喷射管之出口可以一對稱形態來排列，例如以三

角形、正方形、矩形或六邊形及/或第二喷射管之出口可以 一對稱形態來排列，例如以三角形、正方形、矩形或六邊 在此第二實施例中，出口可有任何適當形狀的橫截 20 面，例如三角形、矩形、正方形、六邊形、D-形、彳隋圓形 或圓形。 當喷射管之數目增加且喷射管出口之橫截面開口縮小 時，氣體之混合會變得更快速。 因此，在本發明第二實施例之一較佳形態中，每個喷 12 200422289 、 射管在遠離歧管之一端有一出口，其具有0.5mm2或更小的 橫截面開口。更佳地，該出口之橫截面開口為0.2mm2或更 小，例如0.1 mm2或更小。適當而言，該出口之橫截面開口 為0.004mm2或更大。 5 用於輸送一反應物之喷射管之出口，可有不同的大小 及形狀，但以相同為佳。同樣地，第二氣態反應物之出口 之大小及形狀可與第一氣態反應物之出口不同或相同。

該出口更佳地為D-形的，例如半圓形，橫截面開口進 於 0.01mm2 至 0.05mm2 之間。 10 第二實施例之裝置可包含相等數量之第一及第二喷射 管，分別供運送該第一及第二氣態反應物。或者，供運送 各氣態反應物之喷射管之相對數目可相異，例如，供運送 各氣態反應物之喷射管的相對數目可與欲被運送之各氣態 反應物之量成正比。但是，各喷射管的數目之間的關係在

15 本發明中並不具關鍵性，而且，舉例來說，離開各喷射管 之第一及第二氣態反應物可以不同，且較佳地為不同。尤 其是，第一與第二氣態反應物分別採用不同的流速，並且 各反應物之噴射管採用固定數量，使得第一與第二氣態反 應物能有不同的比率。 20 較佳地，其中一個反應物，特別是具有最低分子量之 反應物，以一較高的速度離開一組喷射管，該速度是高於 另一反應物離開另一組喷射管之速度。一反應物之噴射管 的大小及數目可使得出口速度之比為至少10:1，例如一反 應物之出口速度為至少100m/s，而另一反應物之喷射管的 13 200422289 數目及大小可使得出口速度為至少10m/s。離開喷射管之氣 體流組合之平均速度可為3m/s之譜。 當出口管之橫截面開口縮小時，反應區橫截面每單位 面積之第一與第二喷射管之數目可以增加。因此，第二實 5 施例之裝置反應區橫截面每單位平方米可包含至少100000 個，例如至少1000000個，例如4000000個喷射管（第一與第 二喷射管之總數）。

類似地，當出口管之橫截面開口縮小且第一與第二喷 射管數目增加時，一出口與其相鄰的最近出口之間的距離 10 亦會降低。因此，在此第二實施例中，一出口與其最鄰近 的出口之間的距離可少於2000微米，例如少於1000微米， 較佳地100至500微米。相鄰喷射管之間的距離較佳地是與 出口本身大小相似，例如是出口之開口最大尺寸的一半至 二倍。 15 依據本發明第二實施例中使用具有相當小的出口孔之

第一與第二喷射管交互混合的排列，分別供運送第一與第 二氣態反應物，使得第一與第二氣態反應物能夠快速混 合。通常，使用出口橫截面開口為〇.5mm2或更小之第一與 第二喷射管交互混合的排列，在距離喷射管出口處少於 20 5mm的距離内能達到適當的混合，使得氣體能在一小空間 内並因此而在短時間之内就混合且接觸到阻力區。 第二實施例之裝置通常包含一產物冷卻區，位在反應 區之下游，使得氣體產物一離開反應器就能冷卻。 較佳地，在本發明第二實施例中，第一歧管包含一第 14 200422289

一腔室且第二歧管包含一第二腔室，第一與第二氣態成份 即分別從該第一、第二腔室離開而進入數個第一與第二喷 射管。出口之橫截面開口為1mm2或更小之喷射管較佳地形 形成一擴散連結區段(diffusion bonded block)中之通道。由 5 經银刻之金屬結構層之擴散連結所形成之擴散連結區段已 知被用於作熱交換，並且，舉例來說，在Pua，L.M.與Rumbold， S.O·所撰之 Industrial MicroChannel Devices-Where are we Today?”(2003 年 4 月紐約州羅徹斯特 First internaH〇nai Conference on Microchannels and Minichannels)中有相乂略的 10 敘述。 在本發明中使用擴散連結技術能形成數個通道，用以 將第一與第二腔室分別連接至數個第一與第二出口，這些 出口為互相混合之形態，如同本發明第二實施例中形成第 一與第二喷射管所要求者。 15 相同於第一實施例，第一與第二腔室之體積並不特別

具關鍵性，但，為了安全起見，第二實施例中第一與第二 腔室之體積較佳地為相對地小。 依據本發明之方法，在藉由第一與第二實施例之裝置 或其它方式混合之後，混合之第一與第二氣態反應物與位 20 在第一與第二供給機構下游處之阻力區接觸。 阻力區為多孔性的。多孔性阻力區之滲透性能確保流 體反應物當通過此區時能被分散。這些流體延著側向以及 軸向（軸向為反應物流過卩且力區之概略方向）通過一渠道網 路’並且在離開阻力區時沿著阻力區橫截面方向上是大致 15 200422289 均勻分布的。 較佳地’阻力區在側向與軸向上皆有相同的可滲透 性。更佳地，阻力區之滲透性在任何方向上係大致相同的， 例如在任何方向上之滲透性為另外任—方向之滲透性之 5 0.2至5倍。 用來測定多孔介質之滲透性之方法是已知的 。經過阻

力區每單位長度之壓力梯度或壓力降可利用慣性阻力係數 (inertial resistance coefficient)來定義，壓力梯度係等於慣性 阻力係數與動壓力（dynamic pressure)之乘積。動壓力為流 10 體密度與表面速度平方之乘積的一半，且具有壓力之單 位。慣性阻力係數之單位具有倒數長度（reciprocanength)。 阻力區通常其平均慣性阻力係數（即，所有方向之平均）為介 於500-10000/米，較佳地介於2000-400()/111，較好是介於 2500-3500/m例如3250/m。 15 阻力區可為一多孔性金屬結構，但較佳地多孔性材料

為一種非金屬，例如陶瓷材料。適當之陶瓷材料包括石夕酸 鋰鋁（LAS)、氧化鋁（a-AhO3)、氧化鏡安定之鍅、鈦峻在呂、 耐斯康（niascon)及碟酸#5氧錄。一較佳之多孔性材料為^ 氧化鋁。 20 第一實施例導管端部至阻力區以及第二實施例中之嘴 射管出口之距離較佳地小於20mm，更佳地介於1至l〇mm^ 間，更佳地介於1.5至5mm之間，例如2mm。 其中反應區含有一受支載之催化劑，較佳地，阻为^ 中之多孔性料材料可與用來作為催化劑載體之多孔性材料 16 200422289 相同。多孔性材料可為球形、其它粒狀或陶_泛發泡體。反 應區可包含整塊的受支載之催化劑，其提供了一個連 多渠道結構。 ' 就阻力區中之多孔性材料，較好是至少7〇%，較佳地 5至少祕，且更好至少9〇%的孔其孔寬度少於5 〇麵，^常 介於0.1至3.0mm，較佳地介於〇2_2〇mm，且更佳地介於 0.5-1.5mm 〇 通常阻力區每英忖平方具有10-60孔，每英忖平方較佳 地介於20-50孔，且最佳地每英吋平方介於3〇·45孔。 10 通常阻力區之深度係介於5-100mm，但較佳地 10-50mm 〇 通常反應區之味度介於1〇-20〇111111，但通常20-1〇〇111111， 例如60mm。較佳地，反應區含有一催化劑。 (阻力區與反應區之深度係沿著反應物氣體流動的方 15向測量。概言之，較佳的深度係藉由反應物氣體之流速來 定義，因為流速決定了接觸時間，且就大部份實際目的而 言係與反應器橫裁面無關，就如同在氣體流方向上測量之 其它尺寸一般。） 當催化劑被適當地利用時’該催化劑為一受支載之鉑 2〇 (pt)族金屬。較佳地，金屬可為鉑或鈀，或其混合物。雖然 可當載體的材料，但較佳地係使用鋁作為載體。載體材料 可為球形、其它粒狀或陶瓷發泡體。較佳地，載體可為一 整塊材料，具有連繽多渠道陶竟結構，常具有蜂巢狀外觀。 觸媒活性金屬之較佳載體為氧化鋁。此載體中，利用習 17 200422289 知此技者所知之習用方法載入具有鉑及鈀之混合物。然後 在使用前將所得的化合物加熱至120(TC。亦可在載體中載 入催化劑促進劑。適當的促進劑包括鋼及錫。 催化劑通常在反應器中是在一適當的托持器例如催化 5劑托架中維持在原位。較佳地’為了要避免氣體從催化劑 與托持器之間繞過催化劑’催化劑與托持器之間的空間1 填以一適當之密封材料。適當之密封材料包括人造礦綿， 例如陶曼纖維’這人造礦、绵可以包覆在托持器中之催化劑 的邊緣。此外，催化劑邊緣可被塗覆以一類似於主要催化 · 10 劑載體材料之材料，例如氧化鋁，以助於密封。 此裝置可包含一位在反應區下游之產物冷卻區，使得 氣態產物一離開反應區即能被冷卻。產物冷卻區可設有一 或多個喷嘴，以將冷凝液射入離開反應區之產物流。 第一與第二歧管、喷射管、輸送管（若存在）以及供形成 15阻力區及反應器之殼體較佳地為金屬的，例如鋼。當使用 純氧氣作為氣態反應物時，可能需要將會接觸氧氣之裝置 的所有或-些部份用-能阻擋與氧氣反應之合金來塗覆或 · 用該合金製成。當氧氣之溫度高及/或氧氣在高速之下時， 更容易與氧氣反應。適當之合金包括蒙乃爾高強度耐姓合 20 金（monel) 〇 在反應區下游緊鄰反應區處，在該處反應之產物的溫 度甚高，構造之較佳材料為-高錄合金，例如因科錄合金 (Inconel)、英高鎳(incaloy)、耐熱耐蝕鎳基合金(Hastdi〇力、 寶拉鎳(Paralloy)。此金屬可以藉由下列技術中之一種或多 18 200422289 種來成形··靜態鑄造、旋轉鑄造、模鍛㈦啦叩）、機械切削 (machining)及焊接。 該裝置可包含一適當之熱奮筒以降低裝置之反應區下 游緊鄰反應區之熱應力。當裝置内部之溫度有快速的變化 5 時，無論是快速升高或快速降低，會發生熱應力，例如在 開啟或關閉時。裝置壁之内表面快速地加熱或冷卻，但外 表面較緩慢地加熱或冷卻，裝置壁會產生應力（該壁有相當 的厚度，例如，以耐裝置内外間之壓力差）。使用薄材料之 套筒，可為與裝置壁類似的材料，由於裝置内之熱套筒能 10 降低溫度變化之速度’此種溫度變化會衝擊壁之内表面， 因而減小熱應力。 本裝置有利地被用來部份氧化氣態原料。較佳地，第 一氣態反應物為一種含氧氣體，且第二氣態反應物為一種 氣態烧烴（paraffinic hydrocarbon)。 15 本發明亦提供一種方法，利用前述之裝置來製造一種 一烯烴（mono-olefin) 〇 因此，使用第一實施例之裝置，本發明提供了〆種用 以製造一烯烴之方法，該方法包含 將一含氧氣體送入一第一歧管並且經由多數個噴射管 20 將含氧氣體射入多數個輸送管中， 令一氣態烷烴通過一第二歧管而送入數個輸送管，其 中氣態院烴係以一種實質上平行之方式與含氧氣體换觸及 混合， 將一氣態混合物經由一多孔性阻力區送至一反應區， 19 200422289 以及 在反應區中部份地燃燒該氣態混合物，較佳地在一催 化劑之存在下，該催化劑能夠支持超越燃燒之燃料上限之 燃燒，以製造該一烯烴。 5 使用第二實施例之裝置，本發明提供了 一種用以製造 一烯烴之方法，該方法包含 將一含氧氣體從至少一第一入口經過至少一第一歧管 而送至數個第一喷射管，並且將一氣態烷烴從至少一第二 入口經過至少一第二歧管而送至數個第二喷射管，其中各 10 個喷射管在遠離歧管之端部有一出口，該出口之橫截面開 口為1mm2或更小，且其中第一與第二喷管之出口係以一交 互混合之形態來配置， 將一氣態混合物經由一多孔性阻力區送至一反應區， 以及 15 在反應區中部份地燃燒該氣態混合物，較佳地在一催 化劑之存在下，該催化劑能夠支持超越燃燒之燃料上限之 燃燒，以製造該一烯烴。 製造一烯烴之較佳方法係使用具有前述較佳特徵之裝 置。因此，舉例而言，就使用第二實施例之裝置之方法而 20 言，較佳之裝置係使得每一噴射管在遠離歧管之一端有一 出口，其橫截面開口為〇.5mm2或更小。該出口之橫截面開 口更佳地為0.2mm2或更小，例如0.1mm2或更小。 在從含有氣態烷烴之原料來製造一烯烴之方法中，該 烷烴適當地可為乙烷、丙烷或丁烷。烷烴可為大致純的或 20 200422289 二匕或者其它材料之混合物，例如與w、氮氣、 -氧化碳、二氧化碳、水蒸氣或氫氣之混合物。亦可使用 一種含有烧烴之成份，例如石腦師aphtha)、汽油、真* 汽油或其混合物。適當之原料為—種主要含有乙院之氣: 烧烴之混合物’其係在r自天然氣中分離時所得到。^ 佳之原料為—社要含Μ找烴，其絲提供—種主要 含有乙烯作為該一烯烴之產物。 ίο 15

作為含氧氣體者，以氧氣或空氣之使用為適當。較佳 係使用氧氣，可選擇性地以_惰性氣體，例如氮，來稀釋。 氣態烧烴對含氧«混合物之比率通常為為烴對含氧氣體 之化學計量_5㈣倍，以達到完全職生成：氧化碳和 水。較佳之組成為烴對含氧氣體之化學計量比之⑴瞻。 本裝置可在任何壓力下使用，例如，〇1_巴，特別 可用於高壓下。第—與第二出口之壓力較佳地介於_ 巴’最佳地介於20-40巴，且更有㈣係介於25_35巴 ，例如 30巴。

3氧氣肢可在至溫下饋入，但通常預熱至5〇至丨5〇1， 較佳地80-120。〇，例如10(rc。含氧氣體被射入輸送管内， 或以速度從數個喷射管之出口噴出，以避免在喷射管出 2〇 口之火焰安定。特別是在本發明之第—實施例中，喷射管 -端可為-適當之喷嘴，以提高出口速度。出口速度通常 大於3〇m/s，較佳地大於50m/s，更有利地大於7〇m/s。 在第一實施例中，離開噴射管之含氧氣體的速度與送 入輸迗官之氣態烷烴的速度較佳地其比例為至少15 :工， 21 200422289 較佳地至少3:1 ’最佳地少於6:1，例如4:1。這比例能確保 快速的混合。 在第二實施例中，離開第一喷射管之含氧氣體的速度 與離開第二喷射管之氣態烷烴的速度的比率將視第一與第 5 一噴射管之數目之相對比、其相對大小以及所要的氧對烧 烴比而定，但較佳地該比率為至少〇.1 : 1，較佳地1 : 1且 最佳地至少5 : ：1。通常，含氧氣體之出口速度為至少5〇m/s , 特別是至少l〇〇m/s。舉例來說，供喷射含氧氣體之噴射管 的大小及數目可為能使得出口速度為至少l〇〇m/s者，而供 10噴射氣態烷烴之喷射管的大小及數目可為能使得出口速度 為少於10m/s者，離開噴射管後之組合之氣體流之平均速度 可為3m/s之譜。 氣態混合物之溫度通常介於1〇〇至400°C，較佳地為1〇〇 至300°C，例如200°C。除了將氣態烷烴送至輸送管或第二 15噴射管之外，其它的氣體亦可被送至輸送管或第二喷射 管，例如氫、一氧化碳及/或二氧化碳。 在第一實施例中，氣態混合物可藉由第一冷卻區來冷 卻，其中有一冷卻劑，例如水，通過輸送管下游端之外表 面區。輸送管下游端之冷卻能避免輸送管之局部加熱而減 2〇低任何火焰4需回⑺ame creep back)的可能性，假設在輸送 管出口處有穩定的火焰形成。 冷卻劑之溫度通常介於2〇-2〇(rc，且較佳地介於8〇_12〇 C ’例如l〇〇°C。冷卻劑之流速被調整到使得冷卻劑溫度之上 升不起過100C，較佳地不超過5〇它，且最佳地不超過3〇。〇。 22 200422289 第一冷卻區將氣態混合物之溫度降低了至少10°C，較 佳地至少20°c，最佳地至少30°c。 在前述兩個實施例中，氣態混合物通常以介於 1.0-10.0m/s，較佳地介於2.0-6.0m/s，最佳地介於2_5-3.5m/s 5 之平均橫截面速度被送至阻力區。 阻力區之壓力降通常為0.01-0.2巴之間，較佳地為 0.05-0.1巴之間，例如0.08巴。 反應區中之溫度通常高於500°C，例如高於650°C，通 常高於750°C，較佳地高於80(TC。適當之溫度上限可達1200 10 °C，例如達到1100°C，較佳地達到1000°C。 產物離開反應區時，其溫度為高於800°c，例如高於900 °C，壓力通常介於10-50巴，最佳地介於20-40巴，有利地介 於25-35巴，例如30巴。 較佳地，產物在一產物冷卻區中快速地冷卻。這能確 15 保稀烴有高產量，因為產物冷卻步驟減緩了氣態產物流中 之反應速率，因而避免了進一步反應的發生。 氣態產物流較有利地係藉由將一冷凝液射入氣態反應 流而冷卻，較佳地在多個點上，使得冷凝液之汽化作用能 夠冷卻氣態產物流。 20 冷凝液可為氣體或液體，當冷凝液為氣體時，其較佳 地一惰性氣體。冷凝液較佳地為液體，例如水。 在高壓及高溫下喷射冷凝液能確保大部份的冷凝液在 反應器壓力下立即地汽化，因此造成氣態產物流非常快的 降溫。因此，冷凝液，例如水，通常係以高於氣態產物流 23 I力射出，例如100巴，且通常以100-400°c之溫度射屮 較佳地200撕C例如30(rc。 射出， 幸乂仏地，氣態產物流在離開反應器出口之60mS内， 仏地在4GmS之内，有利地在2QmS之内，其溫 。。，較佳地降至6〇(rc， 牛至_ 以下將藉助於圖式來說明本發明，圖式中·· 第1圖代表依據本發明第一實施例之裝置， 第2a圖是圖示呈現依縣發明第二實施例之裝置 一與第二噴射管交互混合之形態的一段； 弟 10 第2 b圖是;％圖示呈現依據本發明第二實施例之側視 在第1圖中，含氧氣體經由一第一入口（1)被送入—第— 月二室（2) ’然後進入數個噴射管。一氣態烷烴經由第二入 口（4)被送入一第二腔室（5)，然後進入數個輸送管（6)。:^ 15氣體經由噴射管⑺而射入輸送管⑹，氣態燒煙 δ乳 在輸送管⑹中混合。 Μ體 然後氣態混合物被送至阻力區（7),在阻力區（7)中产 態混合物的動量被移除，使得它以一均勻的方式被送至= 應區⑻，反應區含有一催化劑，該催化劑能支持超越 20之燃料上限之燃燒。氣態反應物在反應區（8)中轉化1、了凡 一含烯烴之產物流。 Χ提供 在將氣態混合物送至阻力區（7)之前，利用一與數個· 达官下游端接觸之第一冷卻區（9)來降低氣能 口輪 片。 心此5物之溫 24 200422289 最後’含有烯烴之產物流被送至一產物冷卻區（10)以在 回收之前降低產物流之溫度。 在第2a圖中，一系列的第一喷射管（23)，以開放圓表 示’以三角形的形態排列。第一喷射管之出口分散在呈四 5邊形排列的數個第二喷射管（26)之出口間。就整體的排列 (圖僅顯示出一段）而言，第二喷射管之數目約為第一噴射管 的兩倍。 在第2b圖中’一含氧氣體被送至一第一腔室（22)然後進 入數個第一噴射管（23)中。一氣態烷烴被送至一第二腔室 1〇 (25)，然後送入數個第二喷射管(26)中。含氧氣體與氣態烷 烴離開各喷射管並且快速地混合。 然後氣態混合物被送至阻力區（27)，在阻力區中氣態混 合物之速度緩和下來（氣態混合物之動量被去除）使得其以 一均勻的方式被送至反應區（28)，反應區含有一催化劑，該 15催化劑能支持超越燃燒之燃料上限之燃燒。氣態反應物在 反應£ (28)中轉化以提供一含晞烴之產物流。 最後，含有烯烴之產物流被送至一產物冷卻區（圖未示 出）以在回收之前降低產物流之溫度。 【圖式簡單說明】 20 第1圖代表依據本發明第一實施例之裝置， 第2a圖是圖示呈現依據本發明第二實施例之裝置之第 一與第二噴射管交互混合之形態的一段； 第2b圖是是圖示呈現依據本發明第二實施例之侧視 圖。 25 200422289 【圓式之主要元件代表符號表】 1…第一入口 2、22…第一腔室 3…喷射管 4···第二入口 5、25…第二腔室 6…輸送管 7、 27···阻力區 8、 28···反應區 9·· ·第一冷卻區 10…產物冷卻區 23…第一喷射管 26…第二喷射管

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Claims (1)

1. 200422289 拾、申請專利範圍： 1. 一種用以令一第一氣態反應物與一第二氣態反應物反 應而形成一氣態產物之裝置，其中該裝置含有至少一第 一供給機構用以供給第一氣態反應物、至少一第二供給 5 機構用以供給第二氣態反應物、一阻力區及一反應區， 其較佳地含有一催化劑 其中第一供給機構包含數個第一出口，供運送第一 氣態反應物，該第二供給機構包含數個第二出口，供運 送第二氣態反應物， 10 其中阻力區係多孔性的，且相對於第一與第二氣態 反應物流而言係位在第一與第二供給機構之下游，且係 與第一及第二供給機構呈流體相通， 反應區相對於第一與第二氣態反應物流而言係位 在阻力區的下游，且係與阻力區呈流體相通，且 15 其中第一供給機構與第二供給機構之排列係使得 第一氣體與第二氣體在接觸阻力區之前以實質上平行 之方式接觸並混合。 2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其反應區之橫截面每平 方米包含至少100個，較佳地至少500個，最佳地至少 20 1000個第一與第二出口。 3. 如申請專利範圍第1或2項之裝置，其中第一供給機構含 有至少一第一出口，用以將一第一氣態反應物供給至至 少一第一歧管，以及數個離開該第一歧管之噴射管供運 送第一氣態反應物，第二供給機構含有至少一第二出口 27 200422289 用以將一第二氣態反應物供給至至少—第二歧管，以及 數個離開該第二歧管之輪送管，用以運送第二氣態反應 物， 其中第二歧管相對於第—氣態反應物流而言係位 在第一歧管的下游， 阻力區係夕孔性的’且相對於第一與第二氣態反應 物流而言係位在第二歧管之下游，且係與離開第二歧管 之輸送管呈流體相通， 反應區相對於第一與第二氣態反應物流而言制立 m 在阻力區的下游，且係與阻力區呈流體相通，且 其中各輸送管包含有-離開第二歧管之上游端，以 及與阻力區流體相通之—下游端且其中離開第—歧管 之喷射管之排列係使得它們延伸穿過第二歧管並且軸 向凸伸進入輸送管之上游端。 4·如申請專利範圍第3項之裝置，其亦包含一第—冷卻 區’該第—冷卻區接觸數個_第三歧管之輸送管的下 游端’該第-冷卻區係被安排使得數個輸送管之下 φ 被冷卻。 ％ 5·如申睛專利範圍第3或4項之裝置，其中第一歧管是—第 —腔至，第二歧管是一第二腔室，離開第一腔室之噴射 &形成了數個長形的通道，該通道延伸穿過第二腔室並 進入數個_帛二歧S之輸送㈣上游端。 ” 6·如t請專利範圍第3至5項中任ϋ置，其中噴射管 端為一噴嘴，其在開口處提供縮束作用，且其内徑較 28 200422289 佳地在0.5至3.0mm之範圍内，例如介於ι·〇至2.〇mm。 7·如申請專利範圍第3至6項中任一項之裝置，其中在噴射 官之外表面與輸送管的内表面之間設有流量限制器，其 位置係恰在或靠近輸送管上游端處喷射管進入輸送管 5 之處。

   8·如申請專利範圍第1或2項之裝置，其中第一供給機構含 有至少一第一入口，用以將一第一氣態反應物供給至至 少一第一歧管，以及數個離開第一歧管之第一喷射管， 用以運送該第一氣態反應物，第二供給機構含有至少一 1〇 第二入口，用以將一第二氣態反應物供給至至少一第二 歧管，以及數個離開第二歧管之第二喷射管，用以運送 該第二氣態反應物。 9·如申請專利範圍第8項之裝置，其中每平方平共有至少 10000個第一與第二喷射管。

   10·如申凊專利範圍第g或9項之裝置，其中喷射管之出口皆 係以實質上平面的形態設置。 I1·如申請專利範圍第8至丨〇項中任一項之裝置，其中各個 噴射管在遠離歧管的一端具有一出口，其橫截面開口為 〇-5mm或更小’更佳地為〇 2mm2或更小，例如〇 imm2 20 或更小。 I2·如申請專利範圍第δ至11項中任一項之裝置，其中喷射 ί係形成為一擴散連結區段(diffusion bonded block)中 之通道。 如申請專利範圍第1至12項中任一項之裝置，其包含一 29 200422289 產物冷卻區，位在反應區之下游，使得氣態產物一當離 開反應區時即可被冷卻。 14. 如申請專利範圍第8至13項中任一項之裝置，其中阻力 區具有一平均慣性壓力梯度係數，其係介於 5 1000_5000/m，較佳地2000-4000/m，例如2500_3500/m。 15. —種利用申請專利範圍第1或2項之裝置來製造一種一 浠烴(mono_olefin)之方法，該方法包含 將一含氧氣體送入一第一供給機構，及將一氣態烷 烴送入一第二供給機構，使得氣態烷烴以一種實質上平 10 行之方式接觸含氧氣體並與含氧氣體混合， 將氣態混合物經過一多孔性阻力區而送至反應 區’及 在反應區中部份地燃燒氣態混合物，較佳地在一催 化劑之存在下，該催化劑能支持超過燃燒之燃料上限之 15 燃燒，以生成該一烯烴。 16. —種利用申請專利範圍第3至7項中任一項之裝置來製 造一種一烯烴(mono-olefin)之方法，該方法包含 將一含氧氣體送入一第一歧管，並且將含氧氣體經 由數個喷射管而射入多數個輸送管中， 20 將一氣態烷烴經由一第二歧管而送入該數個輸送 管中，且在其中氣態烷烴係以一種實質上平行之方式接 觸含氧氣體並與含氧氣體混合， 將氣態混合物經過一多孔性阻力區而送至反應 區’及 30 200422289 在反應區中部份地燃燒氣態混合物，較佳地在一催 化劑之存在下，該催化支持超過燃燒之義上限之 燃燒，以生成該一烯烴。 —種利用申請專利範圍第8至12項中任一項之裝置來製 造一種一烯烴(mono-olefin)之方法，該方法包含 將一含氧氣體從至少一第一入口經過至少一第一 歧管而送至數個第一喷射管，並且將一氣態烷烴從至少 一第二入口經過至少一第二歧管而送至數個第二喷射 管，其中每一喷射管在遠離歧管的一端有一出口，其橫 截面開口為1mm2或更小，且第一與第二噴射管之出口 係以相互混合之形態共同設置， 將氣態混合物經過一多孔性阻力區而送至反應 區，及 在反應區中部份地燃燒氣態混合物，較佳地在一催 化劑之存在下，該催化劑能支持超過燃燒之燃料上限之 燃燒’以生成該一稀煙。 18·如申請專利範圍第15至17項中任一項之方法，其中氣態 燒k為乙烧、丙烧或丁燒，選擇性地與其它烴類及選擇 性地其它材料之混合物，例如與甲烷、氮、一氧化碳、 二氧化碳、水蒸氣或氫之混合物。 19·如申請專利範圍第15至18項中任_項之方法，其中氣態 烷烴對含氧氣體混合物之比率為烴對含氧氣體之化學 计置比之5至20倍，以達成完全燃燒生成二氧化碳和 水，較佳地為烴對含氧氣體之化學計量比之5至10倍。 31 200422289 20. 如申請專利範圍第15至19項中任一項之方法，其中第一 與第二入口處之壓力較佳地介於10-50巴，最佳地介於 20-40巴，有利地介於25-35巴。 21. 如申請專利範圍第15至20項中任一項之方法，其中來自 5 反應區之氣態產物流在一產物冷卻區中快速地冷卻，較 佳地藉由將一冷凝劑從數個點射入氣態產物流中使得 冷凝劑之汽化能冷卻氣態產物流。

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