述。如此，對于用以改良反應(yīng)器殼11的至少一部分的構(gòu)造和/或操作的方式之前述說明可大體適用于反應(yīng)器殼的任何部分和/或可適用于反應(yīng)器殼的以下具體闡述的一部分。
[0100]已確認(rèn)，反應(yīng)器殼11的某些部分或組件可遭遇特別惡劣的操作條件或該部分或組件特有的特定問題。因此，根據(jù)各種方法，前述說明的某些方面可僅適用于已確認(rèn)具有特定問題的這些部分或組件。燃料注射器30及原料注射器45周圍的位置是可受益于局部膜障壁或膜冷卻或沖擊或局部定位的對流冷卻通路的位置的實例。
[0101]在其操作期間遭遇特別惡劣操作條件的超音速反應(yīng)器5的一個區(qū)是燃燒區(qū)25。在燃燒區(qū)25中，燃料料流在存在氧氣的情況下燃燒以形成高溫載體料流。燃燒區(qū)25中的溫度可為反應(yīng)器室15中存在的最高溫度，且可達(dá)到在一個實例中介于2000°C與3500°C之間且在另一實例中介于2000°C與3200°C之間的溫度。因此，燃燒區(qū)25中已確認(rèn)的特定問題是燃燒區(qū)25處的反應(yīng)器殼11的熔化及在存在氧氣的情況下燃燒器壁的氧化。在燃燒區(qū)25中的反應(yīng)器殼的一部分可稱作燃燒室26。
[0102]遭遇特別惡劣操作條件的超音速反應(yīng)器5的另一區(qū)包含超音速膨脹區(qū)60，且特定而言位于其中的超音速膨脹器噴嘴50。具體而言，由于高溫載體氣體以近超音速或超音速速度行進(jìn)穿過膨脹器噴嘴50，因此超音速膨脹區(qū)60的膨脹器噴嘴50和/或其它部分可特別易遭受侵蝕。
[0103]類似地，包含擴散器區(qū)60、混合區(qū)55、反應(yīng)器區(qū)65及驟冷區(qū)的超音速反應(yīng)器的其它部分可在超音速反應(yīng)器5的操作期間遭遇惡劣操作條件。結(jié)合超音速反應(yīng)器5 —起使用的額外設(shè)備或組件也可面對類似問題及惡劣操作條件，包含(但不限于)噴嘴、線、混合器及交換器。
[0104]由于獨特問題及超音速反應(yīng)器的各個部分或組件可暴露于的操作條件，這些各個部分及組件可根據(jù)本文中所闡述的各種方法形成、操作或使用，而其它部分或組件根據(jù)本文中可或可未闡述的其它方法形成、操作或使用。
[0105]由于超音速反應(yīng)器5的不同組件或部分可以不同方式形成或操作，因此包含反應(yīng)器殼11的超音速反應(yīng)器5可制作為單獨部件且經(jīng)組裝以形成超音速反應(yīng)器5或反應(yīng)器殼Ilo就此而言，超音速反應(yīng)器5和/或反應(yīng)器殼11可包含其中各個模塊或組件400可組裝在一起的模塊化配置，如圖11中所展示。借助一種方法，經(jīng)組裝的超音速反應(yīng)器或反應(yīng)器殼11的至少某些部分或組件400可不連接，替代地，其中的氣體或流體可由組件之間的壓差調(diào)整來圍阻。在其它方法中，模塊或組件400可例如借助密封于組件之間的界面的冷卻位置處的法蘭405而連接在一起。類似地，不同組件、部分或模塊400可包含上文說明中所提供的不同方面。舉例而言，某些模塊或組件400可包含主動冷卻、膜障壁、內(nèi)層及外層、內(nèi)殼及外殼或上文所闡述的其它方面，而其它部分、模塊或組件400可包含不同方面。
[0106]根據(jù)一種方法，可在超音速反應(yīng)器5的操作期間或在其停機期間移除及替換一個或多個組件或模塊400。舉例而言，由于超音速膨脹噴嘴50可比反應(yīng)器的其它組件更快速劣化，因此噴嘴50可為可移除的以使得可在其劣化后可用新噴嘴將其替換。在一種方法中，多個超音速反應(yīng)器5可與操作中的一個或多個超音速反應(yīng)器及待機中的一個或多個超音速反應(yīng)器并聯(lián)或串聯(lián)提供，以使得若需要維修或替換操作中的超音速反應(yīng)器5的一個或多個組件，可切換至備用超音速反應(yīng)器以繼續(xù)操作。
[0107]此外，超音速反應(yīng)器可水平地(如圖1中所圖解說明)或垂直地(未展示)定向。在一種方法中，在反應(yīng)器垂直地配置的情況下，從中穿過的載體及進(jìn)料料流的流動可垂直向上。在另一方法中，載體及進(jìn)料料流的流動可垂直向下。在一種方法中，超音速反應(yīng)器可經(jīng)定向以使得其自由排放以防止驟冷區(qū)72中的液體的累積。在另一方法中，反應(yīng)器可如上文所指示的垂直地(自水平線90° )或水平地(自水平線0° )定向，或可以介于0°與90°之間的角定向，其中反應(yīng)器出口在反應(yīng)器出口高度以上。在另一實施方案中，出口 80可包含兩個或兩個以上出口，包含用于主要汽相流的主出口 80及用以排出液體的次出口81。在一種方法中，將液體注射至驟冷區(qū)72且并不完全汽化。這可以在操作的瞬時或穩(wěn)態(tài)模式期間發(fā)生。次出口可視需要連續(xù)或間歇地操作。
[0108]在一種方法中，將反應(yīng)器殼11于一端處密封且在其相對的一端處包含充氣部。
[0109]借助一種方法，反應(yīng)器殼11可包含壓力釋放器件218，如圖4中所圖解說明。在一種方法中，壓力釋放器件218包含破裂盤。在另一方法中，壓力釋放器件218包含減壓閥。
[0110]在一種方法中，如圖14中所展示，超音速反應(yīng)器5在其入口處可包含隔離閥450。超音速反應(yīng)器也可包含控制系統(tǒng)455以在發(fā)生爆裂(blowout)的情況下檢測壓力的改變?？刂葡到y(tǒng)455可經(jīng)配置以對此作出響應(yīng)而隔離入口。在一種方法中，入口為燃料料流4 A
□ O
[0111]根據(jù)一種方法，超音速反應(yīng)器5包含磁性圍阻(magnetic containment)以將反應(yīng)物圍阻于反應(yīng)室15內(nèi)。
[0112]根據(jù)另一方法，超音速反應(yīng)器5可包含氫氣產(chǎn)生以自反應(yīng)器流出物料流產(chǎn)生氫氣。
[0113]在一個實例中，反應(yīng)器流出物料流在于超音速反應(yīng)器5中的熱解之后具有相對于甲烷進(jìn)料料流介于自15mol-%至95mol-%的范圍內(nèi)的減小的甲烷含量。在另一實例中，甲燒的濃度介于自40mol_%至90mol_%的范圍內(nèi)，且在另一實例中介于自45mol_%至85mol-%的范圍內(nèi)。
[0114]在一個實例中，自超音速反應(yīng)器中的進(jìn)料中的甲烷產(chǎn)生的乙炔的產(chǎn)率介于40%與95%之間。在另一實例中，自進(jìn)料料流中的甲烷產(chǎn)生的乙炔的產(chǎn)率介于50%與90%之間。有利地，這提供了優(yōu)于自先前較傳統(tǒng)熱解方法達(dá)成的估計的40%的產(chǎn)率的產(chǎn)率。
[0115]借助一種方法，反應(yīng)器流出物料流起反應(yīng)以形成另一烴化合物。就此而言，可將烴料流的反應(yīng)器流出物部分自反應(yīng)器出口傳遞至下游烴轉(zhuǎn)化方法以進(jìn)行對該料流的進(jìn)一步處理。盡管應(yīng)理解，反應(yīng)器流出物料流可經(jīng)歷數(shù)個中間方法步驟(諸如例如，水移除、吸附和/或吸收)以提供濃縮乙炔料流，但這些中間步驟將不在本文中加以詳細(xì)闡述。
[0116]參考圖2，可將具有較高乙炔濃度的反應(yīng)器流出物料流傳遞至下游烴轉(zhuǎn)化區(qū)100，其中乙炔可經(jīng)轉(zhuǎn)化以形成另一烴產(chǎn)物。烴轉(zhuǎn)化區(qū)100可包含用于將乙炔轉(zhuǎn)化成另一烴產(chǎn)物的烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)器105。盡管圖2圖解說明用于透過氫化反應(yīng)器110中的氫化作用將流出物料流中的乙炔的至少一部分轉(zhuǎn)化成乙烯的流程圖，但應(yīng)理解，替代氫化反應(yīng)器110或除氫化反應(yīng)器110之外，烴轉(zhuǎn)化區(qū)100也可包含多種其它烴轉(zhuǎn)化方法，或烴轉(zhuǎn)化方法的組合。類似地，圖2中所圖解說明的單元操作可經(jīng)修改或移除且為出于說明性目的展示，且并非意欲限制本文中所闡述的方法及系統(tǒng)。具體而言，已確認(rèn)，除先前方法中所公開的烴轉(zhuǎn)化方法夕卜，數(shù)個其它烴轉(zhuǎn)化方法可定位于超音速反應(yīng)器5的下游，包含用以將乙炔轉(zhuǎn)化成其它烴的方法，這些其它烴包含(但不限于):烯烴、烷烴、甲烷、丙烯醛、丙烯酸、丙烯酸酯、丙烯酰胺、醛、聚乙炔(polyacetylide)、苯、甲苯、苯乙稀、苯胺、環(huán)己酮、己內(nèi)酰胺、丙稀、丁二稀、丁炔二醇、丁二醇、C2-C4烴化合物、乙二醇、柴油燃料、二酸、二醇、吡咯啶及吡咯啶酮。
[0117]用于自烴或工藝料流移除一種或多種污染物的污染物移除區(qū)120可取決于特定污染物對產(chǎn)物或方法的影響及污染物移除的原因而位于沿著烴或工藝料流的各種位置處，如下文進(jìn)一步闡述。舉例而言，已確認(rèn)特定污染物干擾超音速流反應(yīng)器5的操作和/或污損超音速流反應(yīng)器5中的組件。因此，根據(jù)一種方法，將污染物移除區(qū)定位于超音速流反應(yīng)器的上游以便在將料流引入至超音速反應(yīng)器中之前將這些污染物自甲烷進(jìn)料料流移除。已確認(rèn)其它污染物干擾下游處理步驟或烴轉(zhuǎn)化方法，在此情形中污染移除區(qū)可定位于超音速反應(yīng)器的上游或在超音速反應(yīng)器與所討論特定下游處理步驟之間。已確認(rèn)應(yīng)移除其它污染物以滿足特定產(chǎn)物規(guī)格。在期望將多個污染物自烴或工藝料流移除的情況下，可將各種污染物移除區(qū)定位于沿著烴或工藝料流的不同位置處。在其它方法中，污染物移除區(qū)可與系統(tǒng)內(nèi)的另一方法重迭或整合在一起，在此情形中污染物可在方法的另一部分期間被移除，包含(但不限于)超音速反應(yīng)器5或下游烴轉(zhuǎn)化區(qū)100。這可以在借助或不借助對這些特定區(qū)、反應(yīng)器或方法的修改的情況下完成。盡管圖2中所圖解說明的污染物移除區(qū)120經(jīng)展示定位于烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)器105的下游，但應(yīng)理解，根據(jù)本文的污染物移除區(qū)120可定位于超音速流反應(yīng)器5的上游，在超音速流反應(yīng)器5與烴轉(zhuǎn)化區(qū)100之間，或如圖2中所圖解說明的烴轉(zhuǎn)化區(qū)100的下游或沿著工藝料流內(nèi)的其它料流，諸如例如，載體流體料流、燃料料流、氧源料流或用于本文中所闡述的系統(tǒng)及方法中的任何料流。
[0118]盡管已圖解說明并闡述特定實施方案及方面，但應(yīng)了解，本領(lǐng)域技術(shù)人員將想到眾多改變及修改，且在隨附權(quán)利要求范圍中意欲涵蓋屬于本發(fā)明及隨附權(quán)利要求范圍的真實精神及范疇內(nèi)的所有這些改變及修改。
【主權(quán)項】
1.一種用于由包含甲烷的進(jìn)料料流產(chǎn)生乙炔的裝置，其包括: 超音速反應(yīng)器，其用于接納該甲烷進(jìn)料料流并將該甲烷進(jìn)料料流加熱至熱解溫度； 該超音速反應(yīng)器的反應(yīng)器殼，其用于界定反應(yīng)器室； 該超音速反應(yīng)器的燃燒區(qū)，其用于燃燒燃料源以提供以超音速速度通過反應(yīng)器空間以加熱及加速該甲烷進(jìn)料料流至熱解溫度的高溫載體氣體；且該反應(yīng)器殼的至少一部分包括具有介于200與500W/m-K之間的導(dǎo)熱率的材料以用于傳導(dǎo)來自該反應(yīng)器室的熱。
2.如權(quán)利要求1的裝置，其中反應(yīng)器部分包括銅及銅合金中的至少一者。
3.如權(quán)利要求1至2中任一項的裝置，其中該反應(yīng)器部分包括選自由以下組成的組的材料:銅鉻、銅鉻鋅、銅鉻鈮、銅鎳及銅鎳鎢。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項的裝置，其中該反應(yīng)器部分包括選自由以下組成的組的材料:鋁、鋯、鈮、銀及其合金。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項的裝置，其中該反應(yīng)器部分包括鈮-銀。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項的裝置，其中該反應(yīng)器部分具有介于500°C與2000°C之間的熔化溫度。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項的裝置，其中該反應(yīng)器部分材料具有介于300與450W/m-K之間的導(dǎo)熱率。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項的裝置，其進(jìn)一步包括用于維持該反應(yīng)器部分處于低于其該熔化溫度的溫度的主動冷卻系統(tǒng)。
【專利摘要】本發(fā)明提供用于將一進(jìn)料料流中的甲烷轉(zhuǎn)化成乙炔的裝置及方法。將一烴料流引入至超音速反應(yīng)器中并使其熱解以將該甲烷的至少一部分轉(zhuǎn)化成乙炔。該反應(yīng)器流出物料流可經(jīng)處理以將乙炔轉(zhuǎn)化至另一烴方法。
【IPC分類】C07C11-24, B01J19-10, C07C2-00
【公開號】CN104583159
【申請?zhí)枴緾N201380043824
【發(fā)明人】R·L·貝達(dá)德, C·瑙恩海默, G·P·陶勒爾, L·E·倫納德, R·杜德鮑特, G·O·伍德科克, D·L·米騰多夫
【申請人】環(huán)球油品公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年8月16日
【公告號】CA2879711A1, EP2888210A1, US20140056769, WO2014031477A1