[发明专利]用于生产高价值化学产品的反应器系统

说明书

本发明涉及一种化学反应器(100)，该化学反应器(100)具有(a)两个或更多个气体反应器元件(12)，其中每个气体反应器元件(12)具有(i)第一反应室(38)，和(ii)进料组件单元(36)；(b)第二反应室(20)，其与两个或更多个气体反应器元件(12)中的每一个相连接，并且被构造为独立地接收来自两个或更多个气体反应器元件(12)的两个或更多个产物流；和任选存在的(c)位于第二反应室(20)下游的气体会聚部分(40)。本发明进一步涉及一种使用本发明的化学反应器(100)生产化学产品的方法。

技术领域

本发明涉及化学反应器领域，并具体涉及适合生产高价值化学产品的这种化学反应器的设计。

背景技术

数十年来，商业高价值化学品如烯烃和炔烃的有成本效益的生产一直是化学工业广泛研究的主题。工业中生产此类高价值化学品的常用方法包括使用传统裂解炉(cracker)或热解反应器对长链烃进行蒸汽裂解和热解。传统上，蒸汽裂解炉一直是该行业的首选反应器，用以分解长链烃并将较小的烷烃(即石脑油、丁烷、乙烷)转化为商业高价值化学品。在这种裂解炉中，烃原料通常与蒸汽一起被送入炉中并转化为较小的烯烃。通常，裂解过程在高温(即700℃至900℃)下进行，并且具有约100至500毫秒的停留时间。尽管烃裂解和热解过程在过去五十年中得到了优化，但仍然存在需要克服的明显缺点和操作限制。这些缺陷中的一些包括：1)与单独的放热(例如，炉内的燃烧)和吸热步骤(例如，工艺管中的裂解)相关的热损失和工艺复杂性，2)不利地影响工艺效率的惰性化合物的存在，3)反应器部件的冶金限制，当此类部件经受极端的反应器苛刻度时，4)焦炭沉积，其导致反应器堵塞，并导致资金和操作费用增加，5)缺乏原料灵活性，因为商业裂解炉/热解系统通常仅针对某些原料特性进行优化。

在另一个先前的开发中，BASF开发了一种生产乙炔的单级燃烧热解方法，该方法在美国专利号5,789,644中进行了描述。该方法已在德国和美国使用多个反应器以50kTA的规模商业化。在该方法中，天然气用作烃原料，纯氧用作氧化剂来产生热量，这对于乙炔的生产至关重要。两股料流在扩散器中预混合，经预混合的富燃料气体使用燃烧炉体通过部分氧化进行燃烧。这种设计的一个主要缺点是预混合的火焰在各种原料和操作条件下的回火风险，以及使用的多个燃烧器，这增加了总操作成本、热控制困难、焦化过多和朝向烯烃产物的低碳收率。此外，虽然乙炔过去曾是化学品的构建单元，但在过去的六到七个十年里，烯烃已成为化学工业的构建单元，人们希望的是直接生产烯烃，而不是使用乙炔的间接加氢路线。

上述关于传统裂解炉和热解反应器的操作的一些或全部缺点通过美国专利号11,020,719中提供的教导得到了解决，该专利描述了一种用于将烃转化为炔烃的热解反应器。在国际公开号WO2020/086681A2中还描述了克服传统裂解炉的一些或全部缺点的又一解决方案。尽管在美国专利号11,020,719或国际公开号WO2020/086681A2中描述的反应器系统的生产率和转化效率是有希望的，但是仍希望通过适当改进现有化学反应器系统的设计，就可以进一步提高生产能力，同时保持选择性和烃转化率。特别地观察到，出于扩大生产规模的目的，随着美国专利号11,020,719中描述的单个反应器器件尺寸的增加超过特定规模，发现因为增加的混合时间尺度，C2+产物的选择性和产率受到了负面影响。

因此，由于上述原因，仍然需要开发一种化学反应器，用于以高生产率和提高的工艺效率将烃转化为商业高价值化学品，同时解决通常与常规裂解炉或热解反应器系统相关的一个或多个缺点。

发明内容