BRPI0410039B1 - Processo para converter um reagente de hidrocarboneto em um produto que compreende um oxigenado ou um nitrilo - Google Patents

Processo para converter um reagente de hidrocarboneto em um produto que compreende um oxigenado ou um nitrilo Download PDF

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John H Brophy
Frederick A Pesa
Anna Lee Tonkovich
Jeffrey S Mcdaniel
Kai Tod Paul Jarosch
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Velocys Inc
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Description

PROCESSO PARA CONVERTER UM REAGENTE DE HIDROCARBONETO
EM UM PRODUTO QUE COMPREENDE UM OXIGENADO 00 UM NITRILO
Campo Técnico A invenção refere-se a um processo para converter um reagente de hidrocarboneto em um oxigenado ou um nitrilo, mediante utilização de tecnologia de processo de microcanais.
Antecedentes da Invenção As reações de oxídação tipicamente envol- vem a reação de um hidrocarboneto com oxigênio na pre- sença de um catalisador para formar um oxigenado. E- xemplos incluem a conversão de metano em metanol ou formaldeído; etano ou etileno em álcool etílico, óxido de etileno, ácido acético ou acetato de vinilo; ou pro- píleno em ácido acrílico ou acroleína. As reações de amoxídaçâo tipicamente envolvem fazer reagir um hidro- carboneto com oxigênio e amônia na presença de um cata- lisador para formar um nitrilo. Exemplos incluem a conversão de propano ou propileno em acrilonitrilo, e isobutano ou isobutileno em raetacrilonitrilo.
Um problema com cada uma destas reações é o de que elas são exotérmicas e são tipicamente condu- zidas em reatores de leito fixo onde tendem a formar-se pontos quentes. A formação destes pontos quentes abai- xa a seletividade no sentido do produto principal dese- jado, que favorece reações paralelas que formara produtos indesejados, tais como óxidos de carbono (isto é, CO, CO2) . A presente invenção proporciona uma solução para este problema pela condução da reação em um reator de microcanais, em que a tendência para formar pontos quentes é reduzida e a seletividade para o produto de- sejado é aumentada. Acredita-se que a seletividade au- mentada com o processo da invenção é devida, pelo menos em parte, ao fato de que o reator de microcanais pro- porciona características de transferência de calor au- mentadas e um controle mais preciso dos tempos de per- manência. Da mesma forma, as dimensões internas do re- ator de microcanais podem ser estabelecidas a um nível igual ou abaixo do diâmetro de resfriamento brusco para reações indesejadas.
Com o processo da invenção é possível ob- terem-se proporções relativamente altas de transferên- cia de calor e massa, em comparação com os processos da técnica anterior, em que não são utilizados reatores de microcanais. Isto proporciona controle de temperatura mais preciso em comparação com essa técnica anterior.
Isto, por sua vez, conduz a temperaturas de pico redu- zidas e uma redução na formação de subprodutos indese- jados. Com este processo, é possível obterem-se altos níveis de conversão do reagente de hidrocarboneto e al- tos níveis de seletividade para o produto desejado em comparação com essa técnica anterior.
Sumário da Invenção A invenção refere-se a um processo para converter um reagente de hidrocarboneto em um produto que compreende um oxigenado ou um nitrilo, sendo que o processo compreende: (A) fazer fluir uma composição reativa que compreende o reagente de hidrocarboneto, e oxigênio ou uma fonte de oxigênio, e opcionalmente amônia, através de um reator de microcanais em contacto com um catali- sador, para converter o reagente de hidrocarboneto para o produto, sendo o reagente de hidrocarboneto submetido a uma reação exotérmica no reator de microcanais; (B) transferir calor do reator de microca- nais para um permutador de calor durante a etapa (A); e (C) resfriar bruscamente o produto prove- niente da etapa (A).
Descrição Breve dos Desenhos Nos desenhos anexos, partes e recursos se- melhantes têm designações assemelhadas. A Figura 1 representa um fluxograma esque- mático que ilustra o processo da invenção em uma forma particular na qual um reagente de hidrocarboneto fluido é convertido para um oxigenado ou nitrilo em um reator de microcanais. A Figura 2 representa um fluxograma esque- mático que ilustra uma concretização alternativa do processo da invenção. A Figura 3A representa um fluxograma es- quemático que ilustra uma outra concretização alterna- tiva do processo da invenção. A Figura 3B é um fluxograma esquemático que ilustra a operação de uma forma particular de um reator de microcanais usado cora o processo da invenção. A Figura 4 é uma ilustração esquemática de um reator de fluxo cruzado que concretiza uma forma particular de um reator de microcanais para conduzir o processo da invenção. A Figura 5 é uma ilustração esquemática de uma vista seccional de um microcanal de processo usado com o processo da invenção, o microcanal de processo contendo um catalisador dotado de uma configuração de escoamento. A Figura 6 representa uma vista seccional de uma concretização alternativa do microcanal de pro- cesso usado com o processo da invenção, o microcanal de processo contendo um catalisador dotado de uma configu- ração de atravessamento.
Descrição Detalhada da Invenção 0 termo "microcanal" refere-se a um canal que é dotado de pelo menos uma dimensão de intervalo de altura ou largura (parede a parede, não contando cata- lisador) de até cerca de 10 milímetros (mm), e em uma concretização até cerca de 5 mm, e em uma concretização até cerca de 1 mm, e em uma concretização até cerca de 1 mm. Em uma concretização, a altura ou largura está na faixa de cerca de 0,05 até cerca de 10 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 5 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 2 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 1,5 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 1 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 mm até cerca de 0,75 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 0,5 mm. Tanto a altura quanto a largura são perpendi- culares à direção de fluxo através do microcanal. 0 termo "adjacente", quando se refere à posição de um canal em relação à posição de um outro canal, significa diretamente adjacente de uma maneira tal que uma parede separa os dois canais. Esta parede poderá ser dotada de uma espessura variável. Entretan- to, canais "adjacentes" não são separados por um canal intermediário, o que interferiría com a transferência de calor entre os canais. O termo "fluido" refere-se a um gás, um líquido, ou um gás ou um líquido que contém sólidos dispersados, ou uma mistura dos mesmos. O fluido pode- rá estar na forma de um gás que contém gotículas de lí- quido dispersadas. O termo "tempo de contacto" refere-se ao volume da zona de reação dentro do reator de microca- nais dividido pela taxa de fluxo de alimentação volumé- trico da composição reativa a uma temperatura de 0°C e uma pressão de uma atmosfera. O termo "tempo de permanência" refere-se ao volume interno de um espaço (por exemplo, a zona de reação dentro de um reator de microcanais) ocupado por um fluido que flui através do espaço dividido pela taxa de fluxo volumétrica média para o fluido que flui atra- vés do espaço, sob a temperatura e pressão que estão sendo usadas. 0 termo "zona de reação" refere-se ao es- paço dentro do reator de microcanais em que os reagen- tes entram em contacto com o catalisador. 0 termo "conversão de reagente de hidro- carboneto" refere-se à mudança molar de reagente de hi- drocarboneto entre a composição reativa e o produto di- vidido pelos mols do reagente de hidrocarboneto na com- posição reativa. 0 termo "seletividade para o produto dese- jado" refere-se aos mols do oxigenado ou nitrilo dese- jado produzido dividido pelos mols do oxigenado ou ni- trilo desejado produzido mais mols de outros produtos (por exemplo, CO, C02) produzidos, multiplicados por seus respectivos fatores estequiométricos. Por exem- plo, para a oxigenação de etileno em óxido de etileno com bióxido de carbono como um produto colateral inde- sejado, a produção de um mol de oxido de etileno e um mol de bióxido de carbono correspondería a uma seleti- vidade de 100 x (1/(1 + 0,5)) = 67%. 0 termo "hidrocarboneto" indica um compos- to que tem um caráter de hidrocarboneto ou predominan- temente hidrocarboneto. Estes compostos de hidrocarbo- neto incluem os seguintes: (1) Compostos puramente de hidrocarboneto; isto é, compostos alifáticos (por exemplo, alcano ou alquileno), compostos alicíclicos (por exemplo, ciclo- alcano, cicloalquileno), compostos aromáticos, compos- tos aromáticos alifático- e alicíclico-substituídos, compostos alifáticos aroraático-substituídos e compostos aliciclicos aromático-substituídos, e assemelhados.
Exemplos incluem metano, etano, etileno, propano, pro- pileno, etil cicloexano, tolueno, os xilenos, etil ben- zeno, estireno e outros. (2) Compostos de hidrocarboneto substituí- do; isto é, composto de hidrocarboneto que contém subs- tituintes não de hidrocarboneto que não alteram predo- minantemente o caráter de hidrocarboneto do composto.
Exemplos dos substituintes não hidrocarbonetos incluem hidroxila, acilo, nitro, e outros. (3) Compostos de hidrocarboneto hetero substituído; isto é, compostos de hidrocarboneto que, embora de caráter predominantemente hidrocarboneto, contêm átomos outros que não carbono em uma cadeia ou anel de outro modo composto de átomos de carbono. He- tero átomos adequados incluem, por exemplo, nitrogênio, oxigênio e enxofre. 0 termo "oxigenado" refere-se a um produto de hidrocarboneto que contém pelo menos um átomo de o- xigênio; CO e C02 estão excluídos. Exemplos incluem álcoois (por exemplo, metanol, álcool etílico), epóxi- dos (por exemplo, óxido de etileno), aldeídos (por e- xemplo, formaldeído, acroleína), ácidos carboxílicos (por exemplo, ácido acético, ácido acrílico), anidridos de ácido carboxílico (por exemplo, anidrido maléico), ésteres (por exemplo, acetato de vinilo), e outros as- semelhados. 0 termo "resfriamento brusco" refere-se a um processo pelo qual uma reação química é termina ou substancialmente terminada utilizando-se uma redução rápida na temperatura dos reagentes, uma introdução rá- pida de um fluido reagente ou não reagente na mistura reagente, ou fazer fluir os reagentes através de uma abertura ou passagem restringida que tem uma dimensão em ou abaixo do diâmetro de resfriamento brusco. 0 termo "diâmetro de resfriamento brusco" refere-se à dimensão interna (por exemplo, altura, lar- gura, diâmetro) de uma abertura ou passagem para os re- agentes fluírem, abaixo da qual a reação termina ou praticamente termina. 0 processo da invenção será descrito ini- cialmente com referência à Figura 1. Fazendo-se refe- rência à Figura 1, um reator de microcanais 100 é com- preendido de um cabeçote 102, uma pluralidade de micro- canais de processo 104 que contêm um catalisador 106 e operam em paralelo, e um pedestal 108. O cabeçote 102 proporciona uma passagem para fluido fluir para os rai- crocanais de processo 104 com uma distribuição uniforme ou substancialmente uniforme de fluxo para os microca- nais de processo. O pedestal 108 proporciona uma pas- sagem para o fluido fluir a partir dos microcanais de processo 104 de uma maneira rápida com uma velocidade de fluxo relativamente rápida. Não existe praticamente limite máximo para o número de microcanais de processo 104 que podem ser usados no reator de microcanais 100. Por exemplo, o reator de microcanais 100 pode conter um, dois, três, quatro, cinco, seis, oito, dez, vinte, cinqüenta, cem, centenas, um milhar, milhares, dez milhares, dezenas de milhares, cem milhares, centenas de milhares, milhões, e assim por diante, de microcanais de processo 104. estes microcanais de processo podem ser dispostos em paralelo, por exemplo, em ordenações de microcanais planas. 0 reator de microcanais pode ser da variedade de arquitetura de folhas de microcomponentes, tal como exposta na patente Ü.S. N° 6.200.536 Bl, a qual fica incorporada neste contexto por referência. Cada um dos microcanais de processo 104 pode ter pelo menos uma di- mensão interna de altura ou largura de até cerca de 10 mm, e em uma concretização entre cerca de 0,05 até cer- ca de 10 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 5 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 2 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 1,5 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 1 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 0,5 mm. A outra dimensão interna de altu- ra ou largura poderá ser de qualquer valor, por exem- plo, ela poderá variar entre cerca de 0,1 até cerca de 100 cm, e em uma concretização entre cerca de 0,1 até cerca de 75 cm, e em uma concretização entre cerca de 0,1 até cerca de 50 cm, e em uma concretização cerca de 0,2 cm até cerca de 25 cm. 0 comprimento de cada um dos microcanais de processo 104 pode ser de qualquer valor, por exemplo, ele poderá variar desde cerca de 1 cm até cerca de 500 cm, e em uma concretização desde 1 cm até cerca de 250 cm, e em uma concretização desce 1 cm até cerca de 100 cm, e em uma concretização desde 1 cm até cerca de 50 cm, e em uma concretização cerca de 2 até cerca de 25 cm.
Em uma concretização, os microcanais de processo 104 os microcanais de processo 104 contêm uma trajetória de fluxo em volume. 0 termo "trajetória de fluxo em volume" refere-se a uma trajetória aberta (re- gião de fluxo em volume contígua) dentro dos microca- nais de processo. Uma região de fluxo em volume contí- gua permite fluxo de fluido rápido através dos microca- nais sem grandes quedas de pressão. De acordo com uma concretização, o fluxo de fluido na região de fluxo em volume é laminar. As regiões de fluxo em volume dentro de cada microcanal de processo podem ter uma área sec- cional de cerca de 0,05 até cerca de 10.000 mm2, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 5000 mm2, e em uma concretização cerca de 0,1 até cerca de 2500 mm2, e em uma concretização cerca de 0,2 até cerca de 1000 mm2, e em uma concretização cerca de 0,3 até cerca de 500 mm2, e em uma concretização cerca de 0,4 até cerca de 250 mm2, e em uma concretização cerca de 0,5 até cerca de 125 mm2. As regiões de fluxo em volume podem compreender entre cerca de 5% até cerca de 95% e em uma concretização cerca de 30% até cerca de 80% da seção dos microcanais de processo 104. O cabeçote 102, pedestal 108 e os microca- nais de processo 104 podem ser fabricados a partir de qualquer material que proporcione características de resistência, de estabilidade dimensional e de transfe- rência de calor que sejam suficientes para permitirem a operação do processo da invenção. Estes materiais in- cluem aço (por exemplo, aço inoxidável, aço carbono, e outros assemelhados); monel; inconel; alumínio, titâ- nio; níquel, platina; ródio; cobre, cromo; bronze; li- gas de quaisquer dos materiais precedentes; polímeros (por exemplo, resinas de termofixação); cerâmica; vi- dro; compostos que compreendem um ou mais polímeros (por exemplo, resinas de termofixação) e fibra de vi- dro; quartzo; silício; ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos. A composição reativa que flui dentro do reator de microcanais 100 compreende um reagente de hi- drocarboneto, oxigênio ou uma fonte de oxigênio, e op- cionalmente amônia. O reagente de hídrocarboneto flui através da linha 120 para dentro do cabeçote 102. O oxigênio ou fonte de oxigênio flui através da linha 122 para dentro do cabeçote 102. Quando usada, a amônia flui através da linha 124 para dentro do cabeçote 102. A composição reativa é misturada no cabeçote 102 e flui através dos microcanais de processo 104 em contacto com o catalisador 106. Alternativamente, os reagentes po- dem ser misturados nos microcanais de processo 104utilizando-se misturadores dispostos dentro dos mi- crocanais de processo. De conformidade com uma concre- tização, poderá ser de utilidade um misturador de mi- crocanais que alimenta reagentes para dentro do cabeço- te 102. Com esse misturador de microcanais, os micro- canais que ficam adjacentes no misturador contêm dife- rentes reagentes que se misturam rapidamente ao deixa- rem seus respectivos microcanais na região de cabeçote.
Opcionalmente, um ou mais dos reagentes (por exemplo, oxigênio ou fonte de oxigênio) poderão ser adicionados ao fluxo de reagente principal em diferentes pontos ao longo do comprimento do microcanal, para controlarem a liberação de calor ao longo do comprimento do microca- nal. Dentro dos microcanais de processo 104 a composi- ção reativa é submetida a uma reação exotérmica que re- sulta na formação do produto. O produto flui através dos microcanais de processo 104 para o pedestal 108. O produto flui do pedestal 108 através da linha 130 para a válvula 132, através da válvula 132 para a linha 134, e da linha 134 para o aparelho de resfriamento brusco 136 onde o produto é resfriado bruscamente. O produto resfriado bruscamente sai do aparelho de resfriamento brusco 136 através da linha 138. De acordo com uma concretização, o produto resfriado bruscamente que sai do aparelho de resfriamento brusco 136 flui através de um segundo aparelho ou estágio de resfriamento brusco sem fluir através de uma válvula intermediária.
Opcionalmente, o produto e as partes que não reagiram provenientes da composição reativa podem ser ainda processadas em um segundo reator de microca- nais que é de concepção e operação semelhante ao reator de microcanais 100, ou eles poderão ser reciclados a partir da válvula 132 para a linha 144, através da li- nha 144 para a linha 146, através da linha 146 para a linha 148, através da linha 148 para a linha 150, e a- través da linha 150 para o reator de microcanais 100.
Em uma concretização, o produto desejado pode ser sepa- rado das partes que não reagiram da composição reativa utilizando-se técnicas conhecidas, e as partes que não reagiram podem ser ainda processadas em um segundo rea- tor de microcanais semelhante em concepção e operação ao reator de microcanais 100 ou elas podem ser recicla- das de volta ao reator de microcanais 100, tal como se descreveu anteriormente. Entretanto, uma vantagem do processo da invenção é a de que é possível obter-se um nível de conversão relativamente alto do reagente de hidrocarboneto em um único ciclo ou uma única passagem através do reator de microcanais, isto é, sem a etapa de reciclagem precedente ou uma outra passagem em um segundo reator.
Durante o processo da invenção, a reação dentro dos microcanais de processo 104 é exotérmica e o reator de microcanais 100 é refrigerado utilizando-se um permutador de calor em contacto térmico com os mí- crocanais de processo 104. O permutador de calor pode estar na forma de canais permutadores de calor (não i- lustrados nos desenhos) que ficam dispostos adjacentes aos microcanais de processo 104. Os canais permutado- res de calor podem ser microcanais. Um fluido permuta- dor de calor flui proveniente do cabeçote permutador de calor 110 através dos canais permutadores de calor para o pedestal permutador de calor 112. Os canais permuta- dores de calor podem ser alinhados de maneira a propor- cionarem um fluxo em uma direção em contra-corrente em relação aos microcanais de processo 104 tal como indi- cado pelas setas 114 e 116. Os microcanais de processo 104 transferem calor para os canais permutadores de ca- lor. O fluido permutador de calor pode ser levado a recircular utilizando-se técnicas conhecidas. Alterna- tivamente, os canais permutadores de calor podem ser orientados de maneira a proporcionarem o fluxo do flui- do permutador de calor em uma direção co-corrente ou em contracorrente em relação à direção do fluxo de fluido através dos microcanais de processo 104.
Cada um dos canais permutadores de calor pode ter pelo menos uma dimensão interna de altura ou largura de até cerca de 10 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 10 mm, e em uma concretiza- ção cerca de 0,05 até cerca de 5 mm, e em uma concreti- zação cerca de 0,05 até cerca de 2 mm, e em uma concre- tização de cerca de 0,5 até cerca de 1 mm. A outra di- mensão interna poderá variar desde cerca de 1 mm até cerca de 0,5 mm, e em uma concretização cerca de 1 mm até cerca de 0,5 m, e em uma concretização cerca de 2 mm até cerca de 10 cm. O comprimento dos canais permu- tadores de calor poderá variar desde cerca de 1 mm até cerca de 1 m, e em uma concretização cerca de 1 cm até cerca de 0,5 m. A separação entre cada um dos microca- nais de processo 104 e o canal permutador de calor ad- jacente poderá variar desde cerca de 0,05 mm até cerca de 5 mm, e em uma concretização cerca de 0,2 mm até cerca de 2 mm.
Os canais permutadores de calor podem ser fabricados a partir de qualquer material que proporcio- ne características de resistência, de estabilidade di- mensional e de transferência de calor que sejam sufici- entes para permitirem a operação do processo da inven- ção. Estes materiais incluem aço (por exemplo, aço i- noxidável, aço carbono, e outros assemelhados); monel; inconel; alumínio, titânio; níquel, platina; ródio; co- bre, cromo; bronze; ligas de quaisquer dos materiais precedentes; polímeros (por exemplo, resinas de termo- fixação); cerâmica; vidro; compostos que compreendem um ou mais polímeros (por exemplo, resinas de termofixa- ção) e fibra de vidro; quartzo; silício; ou uma combi- nação de dois ou mais dos mesmos. 0 fluido permutador de calor poderá ser qualquer fluido. Estes fluidos incluem ar, vapor, água líquida, nitrogênio gasoso, nitrogênio líquido, outros gases que incluem gases inertes, monóxido de carbono, sal fundido, óleos tais como óleo mineral, e fluidos permutadores de calor, tais como Dowtherm A e Thermi- nol, que se estão disponíveis a partir da Dow-Union Carbide. 0 fluido permutador de calor poderá com- preender uma ou mais das correntes de reagentes. Isto pode proporcionar pré-aquecimento do processo e aumen- tar a eficiência térmica global do processo.
De acordo com uma concretização, os canais permutadores de calor compreendem canais de processo em que é realizada uma reação endotérmica. Estes canais de processo permutador de calor podem ser microcanais.
Exemplos de reações endotérmicas que podem ser realiza- das nos canais permutadores de calor incluem reações de reforma e desidrogenação de vapor. Um fluxo térmico típico para refrigeração de convecção em um reator de microcanais é da ordem de cerca de 1 até cerca de 10 W/cm2. A incorporação de uma reação endotérmica simul- tânea para proporcionar uma diminuição de calor aper- feiçoada pode possibilitar um fluxo de calor típico a- proximadamente de uma ordem de grandeza acima do fluxo térmico de refrigeração por convecção.
De acordo com uma concretização, o fluido permutador de calor passa por uma troca de fase quando ele flui através dos canais permutadores de calor. Es- ta mudança de fase proporciona remoção de calor adicio- nal dos microcanais de processo além daquela que é pro- porcionada pela refrigeração de convecção. Para um fluido permutador de calor líquido que está sendo vapo- rizado, o calor adicional que é transferido a partir dos mícrocanais de processo resultará do calor de vapo- rização latente requerido pelo fluido permutador de ca- lor. Um exemplo dessa mudança de fase será um óleo ou água que é submetido a ebulição. 0 resfriamento adicionado dos mícrocanais de processo 104 proporcionado pela etapa (B) do proces- so da invenção é essencial para controlar a seletivida- de no sentido do produto principal ou desejado, devido ao fato de que esse resfriamento adicionado reduz ou elimina a formação de subprodutos indesejados a partir de reações paralelas indesejadas com energias de ativa- ção mais altas. Como um resultado deste resfriamento adicionado, em uma concretização, a temperatura da com- posição reativa na entrada para os mícrocanais de pro- cesso 104 pode estar dentro (mais ou menos) de cerca de 200°C, e de acordo com uma concretização dentro de cer- ca de 150°C, e de acordo com uma concretização dentro de cerca de 100°C, e de acordo com uma concretização dentro de cerca de 50°C, e em uma concretização dentro de cerca de 25°C, e de acordo com uma concretização dentro de cerca de 10°C, da temperatura do produto (ou mistura de produto e reagentes que não reagiram), na saída dos mícrocanais de processo. De acordo com uma concretização, a reação dentro dos mícrocanais de pro- cesso 104 é conduzida sob condições isotérmicas ou a- proximadamente isotérmicas, como um resultado desse resfriamento adicionado. O reator de mícrocanais 100 pode ser pro- duzido utilizando-se técnicas conhecidas. Estas técni- cas incluem a laminaçâo de calços intercalados, onde calços projetados para os microcanais de processo 104 são intercalados com calços projetados para os canais permutadores de calor. 0 aparelho de resfriamento brusco 136 pode compreender um aparelho permutador de calor capaz de reduzir a temperatura do produto que flui proveniente do reator de microcanais em até cerca de 950°C dentro de um período de até cerca de 500 milíssegundos (ms) . A temperatura pode ser reduzida era até cerca de 50°C, e em uma concretização em até cerca de 100°C, e em uma concretização em até cerca de 250°C, e em uma concreti- zação em até cerca de 500°C, e em uma concretização em até cerca de 750°C, dentro de um período de tempo de até cerca de 500 ms, e em uma concretização em até cer- ca de 400 ms, e em uma concretização em até cerca de 300 ms, e em uma concretização em até cerca de 200 ms, e em uma concretização em até cerca de 100 ms, e em uma concretização em até cerca de 50 ms, e em uma concreti- zação em até cerca de 35 ms, e em uma concretização em até cerca de 10 ms, e em uma concretização em até cerca de 5 ms. De acordo com uma concretização, a temperatu- ra é reduzida em até 500°C dentro de um período de tem- po de cerca de 5 até cerca de 100 ms, e em uma concre- tização em até cerca de 10 até cerca de 50 ms. O apa- relho de resfriamento brusco pode ser integral com o reator de microcanais, ou ele pode ser separado do rea- tor de microcanais. 0 aparelho de resfriamento brusco pode compreender um permutador de calor de microcanais. 0 aparelho de resfriamento brusco poderá compreender um permutador de calor que fica disposto adjacente ou in- tercalado com a corrente de produto que sai do reator de microcanais. 0 aparelho de resfriamento brusco po- derá compreender um misturador capaz de misturar rapi- damente o produto com um fluido de resfriamento secun- dário. 0 fluido de resfriamento secundário pode ser um vapor de baixa temperatura ou um hidrocarboneto capaz de ser condensado injetado como um líquido.
Alternativamente, o aparelho de resfria- mento brusco poderá compreender um estreito intervalo ou passagem para os reagentes fluírem através da mesma, sendo o intervalo ou passagem dotado de uma dimensão igual ou inferior ao diâmetro de resfriamento brusco para a reação. Nesta concretização, a reação termina quando os reagentes fluem através do intervalo ou pas- sagem como um resultado de colisões nas paredes. 0 in- tervalo ou passagem podem ter uma altura ou largura de até cerca de 5 mm, e em uma concretização até cerca de 3 mm, e em uma concretização até cerca de 1 mm, e em uma concretização até cerca de 0,5 mm, e era uma concre- tização até cerca de 0,1 mm, e em uma concretização até cerca de 0,05 mm. Este aparelho de resfriamento brusco pode compreender um microcanal ou uma pluralidade de microcanais paralelos. Este aparelho de resfriamento brusco pode compreender parte dos microcanais de pro- cesso usados com o processo da invenção a jusante do catalisador contido dentro dos mícrocanais. 0 interva- lo ou passagem estreita pode ser usado em conjunto com um ou mais dos outros aparelhos de resfriamento brusco (por exemplo, permutadores de calor) que foram discuti- dos anteriormente. 0 processo ilustrado na Figura 2 é o mesmo que está ilustrado na Figura 1, com a exceção de que o aparelho de premistura e preaquecimento 200 foi adicio- nado a montante do reator de mícrocanais 100. O apare- lho de premistura e preaquecimento pode compreender um misturador de mícrocanais que é separado do reator de mícrocanais 100 ou integral com o mesmo. O reagente de hidrocarboneto entra no aparelho de premistura e prea- quecimento 200 através da linha 120. O oxigênio ou fonte de oxigênio entra no aparelho de premistura e preaquecimento 200 através da linha 122. Quando utili- zada, a amônia entra no aparelho de premistura e prea- quecimento 200 através da linha 124. O aparelho de premistura e preaquecimento 200 pode ser de qualquer traçado convencional e pode ser aquecido utilizando-se um fluido permutador de calor que flui através do apa- relho 200 conforme indicado pelas setas 204 e 206.
Dentro do aparelho de premistura e preaquecimento 200, o reagente de hidrocarboneto, o oxigênio ou fonte de oxigênio e, quando usada, a amônia, sâo misturados e aquecidos a uma temperatura desejada para entrada nos mícrocanais de processo 104. A composição reativa pre- misturado e preaquecido flui proveniente do aparelho de premistura e preaquecimento 200 através da linha 202 para o cabeçote 102. Do cabeçote 102, a composição re- ativa flui através dos microcanais 104 em contacto com o catalisador 106 e sofre uma reação exotérmica que re- sulta na formação do produto desejado. O produto flui para o pedestal 108 e do pedestal 108 através da linha 130 para a válvula 132, através da válvula 132 para a linha 134, através da linha 134 para o aparelho de res- friamento brusco 136, em que o produto é resfriado bruscamente. 0 produto resfriado bruscamente sai do aparelho de resfriamento brusco 136 através da linha 138. Opcionalmente, as partes que não reagiram da com- posição reativa e opcionalmente o produto, podem ser ainda processados em um segundo reator de microcanais ou reciclados da válvula 132 para a linha 144, através da linha 144 para a linha 146, através da linha 146 pa- ra a linha 148, através da linha 148 para a linha 150, e através da linha 150 para o reator de microcanais 100, tal como discutido anteriormente. O aparelho de premistura e preaquecimento 200 pode compreender qualquer aparelho de mistura capaz de misturar o reagente de hidrocarboneto, oxigênio ou fonte de oxigênio, e opcionalmente amônia, e aquecer a composição reativa resultante para a temperatura dese- jada para entrada no reator de microcanais 100. A com- posição reativa pode ser aquecida a uma temperatura na faixa de cerca de 200°C até cerca de 800°C, e em uma concretização cerca de 300°C até cerca de 700°C, e em uma concretização cerca de 400°C até cerca de 600°C.
Exemplos dos misturadores que poderão ser utilizados incluem os misturadores de microcanais, ejetores de gás, bocais concêntricos, jatos, e outros assemelhados. A mistura pode ser realizada ao fazerem-se fluir os re- agentes para dentro de um material poroso, tal como uma espuma, feltro, bucha ou leito de materiais partícula- dos preparados de qualquer material adequado, FeCrAIY, e outros assemelhados. 0 processo da invenção poderá ser conduzi- do tal como ilustrado nas Figuras 3A e 3B. Com refe- rência à Figura 3A, o processo é operado utilizando-se o reator de microcanais 300 que inclui o núcleo de rea- tor de microcanais 301, cabeçote de reagente 302, cabe- çote de oxídante 304, pedestal de produto 306, cabeçote de permutador de calor 310, pedestal de permutador de calor 312, e aparelho de resfriamento brusco 314. O núcleo de reator de microcanais 301 inclui uma zona de reator 307, e coletor de distribuição e recuperador 308. A composição reativa que compreende o reagente de hidrocarboneto, e opcionalmente amônia, flui para o re- ator de microcanais 300 através do cabeçote de reagente 302, conforme indicado pela seta direcional 316. O o- xigênio ou fonte de oxigênio flui para o reator de mi- crocanais 300 através do cabeçote de oxidante 304, con- forme indicado pela seta direcional 318. 0 reagente de hidrocarboneto, oxigênio ou fonte de oxigênio, e opcio- nalmente amônia, flui para dentro e através do coletor de distribuição e recuperador 308 na zona de reator 307, em que eles contactam um catalisador e reagem para formarem o produto desejado. O produto flui provenien- te da zona de reator 307 através do coletor de distri- buição e recuperador 308 para o pedestal de produto 306, e do pedestal de produto 306 através do aparelho de resfriamento brusco 314 conforme indicado pelas se- tas direcionais 320 e 322. Um fluido permutador de ca- lor flui para dentro do cabeçote permutador de calor 310, conforme indicado pela seta direcional 324, e pro- veniente do cabeçote permutador de calor 310 através do reator de microcanais 301 para o pedestal permutador de calor 312, e para fora do pedestal permutador de calor 312, tal como está indicado por meio da seta direcional 326. Dentro do núcleo de reator de microcanais 301, o oxigênio ou fonte de oxigênio é adicionado ao reagente de hidrocarboneto, e opcionalmente amônia, utilizando- se uma adição escalonada. Esta condição está ilustrada na Figura 3B.
Com referência à Figura 3B, a mesma ilus- tra a unidade de repetição 330 que é usada no reator de microcanais 300 ilustrado na Figura 3Ά, e fica alojada dentro da unidade de alojamento 331. O processo da in- venção é conduzido utilizando-se microcanais de proces- so 340 e 350, microcanal de oxídante 360, orificios 370, e microcanais permutadores de calor 380 e 390. O reagente de hidrocarboneto e opcionalmente amônia, flui através dos microcanais de processo 340 e 350, conforme indicado pelas setas direcionais 341 e 351, respectiva- mente. Oxigênio ou uma fonte de oxigênio flui através do microcanal de oxidante 360 para os orifícios 370, tal como indicado pelas setas direcionais 361. Oxigê- nio ou fonte de oxigênio mistura-se com o reagente de hidrocarboneto, e opcionalmente amônía, nos microcanais de processo 340 e 350. Os microcanais de processo 340 e 350 têm zonas de reação 342 e 352, respectivamente, em que o catalisador 106 está presente e os reagentes entram em contacto com o catalisador e são submetidos a reação, e as zonas de canais 343 e 353, respectivamen- te, em que maior contacto com o catalisador pode ser efetuado ou pode ser realizada refrigeração e/ou res- friamento brusco de produto. Dentro dos microcanais de processo 340 e 350, os reagentes contactam o catalisa- dor e reagem para formar o produto desejado. 0 produto sai pelos microcanais de processo 340 e 350, conforme indicado pelas setas direcionais 344 e 354, respectiva- mente. 0 produto que sai dos microcanais de processo 340 e 350 flui para o coletor de distribuição e recupe- rador 308, e proveniente do coletor de distribuição e recuperador 308 através do pedestal de produto 306 para o aparelho de resfriamento brusco 314, tal como indica- do anteriormente. O produto resfriado sai do aparelho de resfriamento brusco 314, conforme indicado pela seta direcional 322. 0 fluido permutador de calor flui pro- veniente do cabeçote 310 através dos canais permutado- res de calor 380 e 390, conforme indicado pelas setas direcionais 381, e 391 e 392, respectivamente, para o pedestal permutador de calor 312. A unidade de repeti- ção 330 ilustrada na Figura 3B pode ocorrer uma vez dentro do reator de microcanais 300 ou pode ser repeti- do qualquer número de vezes, por exemplo, duas, três, quatro, cinco, dez, vinte, cinqüenta, uma centena, vá- rias centenas, um milhar, vários milhares, dez milha- res, dezenas de milhares, uma centena de milhares, vá- rias centenas de milhares ou milhões de vezes. A adi- ção de oxigênio escalonada proporcionada para este pro- cesso proporciona a vantagem de abaixar a pressão de oxigênio local e favorecer reações de oxidação parcial de ordem mais baixa desejadas sobre reações de combus- tão concorrentes e indesejadas de ordem mais alta.
Cada um dos microcanais de processo 340 e 350 e o microcanal de oxidante 360 podem ter pelo menos uma dimensão interna de altura ou largura de até cerca de 10 mm, e em uma concretização entre cerca de 0,05 até cerca de 10 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 5 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 2 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 1,5 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 1 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 0,5 mm. A outra dimensão interna de altura ou largura poderá ser de qualquer valor, por exemplo, ela poderá variar entre cerca de 0,1 até cerca de 100 cm, e em uma concretização entre cerca de 0,1 até cerca de 75 cm, e em uma concretização entre cerca de 0,1 até cerca de 50 cm, e em uma concretização cerca de 0,2 cm até cerca de 25 cm. 0 comprimento de cada um dos microcanais de processo 340 e 350, e do microcanal de oxidante 360, pode ser de qualquer valor, por exem- plo, ele poderá variar desde cerca de 1 cm até cerca de 500 cm, e em uma concretização desde 1 cm até cerca de 250 cm, e em uma concretização desce 1 cm até cerca de 100 cm, e em uma concretização desde 1 cm até cerca de 50 cm, e em uma concretização cerca de 2 até cerca de 25 cm.
Cada um dos canais permutadores de calor 380 e 390 pode ter pelo menos uma dimensão interna de altura ou largura de até cerca de 10 mm, e em uma con- cretização cerca de 0,05 até cerca de 10 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 5 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 2 mm, e em uma concretização de cerca de 0,5 até cerca de 1 mm. A ou- tra dimensão interna poderá variar desde cerca de 1 mm até cerca de 0,5 mm, e em uma concretização cerca de 1 mm até cerca de 0,5 m, e em uma concretização cerca de 2 mm até cerca de 10 cm. O comprimento dos canais per- mutadores de calor poderá variar desde cerca de 1 mm até cerca de 1 m, e em uma concretização cerca de 1 cm até cerca de 0,5 m. Estes canais permutadores de calor poderão ser microcanais. A separação entre cada um dos microcanais de processo 340 ou 350 e o canal permutador de calor adjacente 380 ou 390 poderá variar desde cerca de 0,05 mm até cerca de 5 mm, e em uma concretização cerca de 0,2 mm até cerca de 2 mm. 0 alojamento 301, microcanais de processo 340 e 350, microcanal de oxidante 360, e canais permu- tadores de calor 380 e 390 podem ser fabricados a par- tir de qualquer material que proporcione característi- cas de resistência, de estabilidade dimensional e de transferência de calor que sejam suficientes para per- mitirem a operação do processo da invenção. Estes ma- teriais incluem aço (por exemplo, aço inoxidável, aço carbono, e outros assemelhados); monel; inconel; alumí- nio, titânio; níquel, platina; ródio; cobre, cromo; bronze; ligas de quaisquer dos materiais precedentes; polímeros (por exemplo, resinas de termofixação); cerâ- mica; vidro; compostos que compreendem um ou mais polí- meros (por exemplo, resinas de termofixação) e fibra de vidro; quartzo; silício; ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
Alternativamente, a adição escalonada do oxigênio ou fonte de oxigênio ao reator de microcanais pode ser realizada utilizando-se dispositivos separa- dos, através do uso de pequenos orifícios ou jatos den- tro de um dispositivo, ou a partir de uma membrana mi- croporosa ou folha aspersora alternada. A adição de oxigênio escalonada às reações de oxidação parcial, e especificamente reações de desidrogenaçâo oxidante, en- contra-se exposta em Tonkovich, Zilka, Jimenz, Roberts, and Cox, 1996, "Experimental investigations og Inorga- nic Membrane Reactors: a Distributed Feed Approach for Partial Oxidation Reactions", Chemical Engineering Sci- ence, 51(5), 789-806), que fica incorporado neste con- texto por referência. O processo da invenção pode ser conduzido no reator de microcanais 100A que se encontra ilustrado na Figura 4. Com referência à Figura 4, o reator de microcanais 100A contém um ordenamento de microcanais de processo 104 que se estendem paralelos uns aos ou- tros e ficam dispostos em ordenamentos 400. Os ordena- mentos 400 ficam posicionados em planos separados uns sobre os outros. O reator de microcanais 100A também contém um ordenamento de microcanais permutadores de calor 420 que se estendem paralelos uns aos outros e dispostos em fileiras 422. As fileiras 422 dos micro- canais permutadores de calor 420 são posicionadas em planos separados uns sobre os outros. Os microcanais permutadores de calor 420 estendem-se transversalmente e em contacto térmico com os microcanais de processo 104. As fileiras 422 de microcanais permutadores de calor 420, e as fileiras 400 de microcanais de processo 104 são posicionadas em planos alternados separados uns sobre os outros. O reator de microcanais 100A contém nove fileiras 400 dos canais de processo 104, com seis mi- crocanais de processo 104 dispostos em cada fileira 400, para um total de 54 microcanais de processo 104.
Deverá ser compreendido, entretanto, que o reator de microcanais 100A poderá conter qualquer número de mi- crocanais de processo 104, por exemplo, centenas, mi- lhares, dezenas de milhares, centenas de milhares, ou milhões de microcanais de processo 104. De uma forma assemelhada, o reator de microcanais 100A contém 10 fi- leiras 422 de microcanais permutadores de calor 420.
Cada fileira 422 contém 11 microcanais permutadores de calor 420 para um total de 110 microcanais permutadores de calor 420. Deverá ser compreendido, não obstante, que muito embora o reator de microcanais ilustrado con- tenha um total de 110 microcanais permutadores de calor 420, microcanais permutadores de calor 420 adicionais, por exemplo, milhares, dezenas de milhares, centenas de milhares, ou milhões de microcanais permutadores de ca- lor 420 poderão ser empregados com o reator de microca- nais 100A.
Os microcanais de processo 104 no reator de microcanais 100A têm seções na forma de quadrados ou de retângulos. A menor dimensão interna para cada mi- crocanal de processo 104, seja ela altura ou largura, poderá ser de até cerca de 10 mm, e em uma concretiza- ção de cerca de 0,05 até cerca de 10 mm, e em uma con- cretização desde cerca de 0,05 até cerca de 5 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 2 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 1,5 mm. A outra dimensão interna de altura ou largura poderá es- tar na faixa de cerca de 0,1 até cerca de 100 cm, e em uma concretização cerca de 0,2 até cerca de 25 cm. O comprimento de cada microcanal de processo 104 poderá ser de cerca de 1 até cerca de 500 cm, e em uma concre- tização cerca de 1 até cerca de 250 cm, e em uma con- cretização cerca de 1 até cerca de 100 cm, e em uma concretização cerca de 1 até cerca de 50 cm, e em uma concretização cerca de 2 até cerca de 25 cm.
Cada microcanais permutadores de calor 420 poderá ter uma seção máxima na forma de um quadrado, retângulo, triângulo, losango, circulo ou elipse e ter uma largura ou altura de cerca de 0,025 até cerca de 10 mm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 5 mm, e em uma concretização cerca de 0,1 até cerca de 2 mm. 0 comprimento de cada microcanais permutadores de calor 420 poderá variar entre cerca de 1 mm até cerca de 1 metro, e em uma concretização cerca de 1 cm até cerca de 0,5 metro. A separação entre cada fileira 422 de mi- crocanais permutadores de calor 420 e a fileira adja- cente seguinte 400 de microcanais de processo 104 pode- rá variar desde cerca de 0,05 até cerca de 10 mm, e em uma concretização cerca de 0,1 até cerca de 5 mm, e em uma concretização cerca de 0,1 até cerca de 2 mm.
Durante a operação do processo da inven- ção, a composição de reagente e produto flui através dos microcanais de processo 104 na direção indicada pe- la seta 430. 0 catalisador 106 fica contido dentro dos microcanais de processo 104. Um fluido permutador de calor flui através dos microcanais permutadores de ca- lor 420 na direção indicada pela seta 432. O reator de microcanais 100A pode ser construído de qualquer material que proporcione carac- terísticas de resistência, de estabilidade dimensional e de transferência de calor que sejam suficientes para permitirem a realização do processo da invenção. Exem- plos de materiais adequados incluem aço (por exemplo, aço inoxidável, aço carbono, e outros assemelhados), alumínio, titânio, níquel e ligas de quaisquer dos me- tais precedentes, plásticos (por exemplo, resinas de epóxidos, resinas curadas por UV, resinas de termofixa- ção, e assemelhadas), monel, inconel, cerâmica, vidro, compostos, quartzo, silício, ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos. O reator de microcanais 100A pode ser fabricado utilizando-se técnicas conhecidas, inclu- indo usinagem por eletrodescarga de fio, usinagem con- vencional, corte por laser, usinagem fotoquímica, usi- nagem eletromecânica, moldagem, jato de água, estampa- gem, causticação, (por exemplo, causticação química, fotoquímica ou por plasma), e as suas combinações. O reator de microcanais 100A pode ser construído pela formação de camadas ou folhas com detalhes removidos que proporcionam passagens de fluido. Uma pilha de fo- lhas pode ser montada por meio de aglutinação por difu- são, soldagem a laser, soldagem sol solda forte por di- fusão, e métodos assemelhados para formarem um disposi- tivo integrado. O reator de microcanais 100A é dotado de cabeçotes, pedestais, válvulas, linhas condutoras e outros apropriados, para controlarem a entrada de rea- gentes, saída do produto, e fluxo do fluido permutador de calor. Estes não estão ilustrados na Figura 4, mas podem ser facilmente proporcionados por aqueles versa- dos na técnica. A composição de reagente pode estar na forma de um fluido. Este fluido poderá ser um líquido ou um gás, e em uma concretização está na forma de um gás. Este fluido pode estar na forma de um gás que contém gotículas de líquido dispersadas. A composição de reagente compreende pelo menos um reagente de hidro- carboneto. A pureza da composição reativa não é da maior importância, muito embora seja desejável evitar a presença de compostos que possam envenenar o catalisa- dor. Como um resultado, a composição reativa poderá compreender ainda impurezas tais como ar, bíóxido de carbono, e assemelhados. A composição reativa poderá incluir um ma- terial diluente. Exemplos desses diluentes incluem ni- trogênio, hélio, bióxido de carbono, água líquida, va- por, e assemelhados. A relação em volume de diluente para reagente de hidrocarboneto na composição reativa poderá variar desde zero até cerca de 80%, em volume, e de acordo com uma concretização desde zero até cerca de 50%, em volume. Entretanto, uma vantagem de pelo menos uma concretização da invenção é a de que é possível conduzir o processo da invenção sem o uso de tais dilu- entes, assim poderá ser proporcionado um processo mais eficiente e compacto. 0 reagente de hidrocarboneto poderá com- preender qualquer composto de hidrocarboneto que seja capaz de ser submetido a uma reação de oxidaçào ou de amoxidação, e é um fluido (e em uma concretização um vapor) sob a temperatura e pressão utilizadas dentro dos microcanais de processo. Exemplos incluem compos- tos alifáticos saturados {por exemplo, alcanos), com- postos alífáticos não-saturados (por exemplo, monoenos, polienos, e assemelhados), aldeídos, compostos aromáti- cos alquila substituídos, compostos aromáticos alquile- no substituídos, e assemelhados.
Os compostos alifáticos saturados incluem alcanos que contêm de 1 até cerca de 20 átomos de car- bono por molécula, e em uma concretização de 1 até cer- ca de 18 átomos de carbono, e em uma concretização 1 até cerca de 16 átomos de carbono, e em uma concretiza- ção 1 até cerca de 14 átomos de carbono, e em uma con- cretização 1 até cerca de 12 átomos de carbono, e em uma concretização 1 até cerca de 10 átomos de carbono, e em uma concretização 1 até cerca de 8 átomos de car- bono, e em uma concretização 1 até cerca de 6 átomos de carbono, e em uma concretização 1 até cerca de 4 átomos de carbono. Estes incluem metano, etano, propano, iso- propano, butano, isobutano, os pentenos, os hexanos, os heptanos, os octanos, os nonanos, os decanos, e outros assemelhados.
Os compostos alifáticos não-saturados in- cluem alquenos ou alquilenos que contêm de 2 até cerca de 20 átomos de carbono, e em uma concretização 2 até cerca de 18 átomos de carbono, e em uma concretização 2 até cerca de 16 átomos de carbono, e em uma concretiza- ção 2 até cerca de 14 átomos de carbono, e em uma con- cretização 2 até cerca de 12 átomos de carbono, e em uma concretização 2 até cerca de 10 átomos de carbono, e em uma concretização 2 até cerca de 8 átomos de car- bono, e em uma concretização 2 até cerca de 6 átomos de carbono por molécula, e em uma concretização 2 até cer- ca de 4 átomos de carbono. Estes incluem etíleno; pro- pileno; 1-buteno; 2-buteno; isobutileno; 1-penteno; 2- penteno; 3-metil-l-buteno; 2-metil-2-buteno; 1-hexeno; 2,3-dimetil-2-buteno; 1-hepteno; 1-octeno; 1-noneno; 1- deceno; e assemelhados.
Os compostos alifáticos não-saturados po- dem compreender polienos. Estes incluem dienos, trie- nos, e outros assemelhados. Estes compostos podem con- ter de 3 até cerca de 20 átomos de carbono por molécu- la, e em uma concretização 3 até cerca de 18 átomos de carbono, e em uma concretização 3 até cerca de 16 áto- mos de carbono, e em uma concretização 3 até cerca de 14 átomos de carbono, e em uma concretização 3 até cer- ca de 12 átomos de carbono, e em uma concretização 3 até cerca de 10 átomos de carbono, e em uma concretiza- ção cerca de 4 até cerca de 8 átomos de carbono, e em uma concretização cerca de 4 até cerca de 6 átomos de carbono. Exemplos incluem 1,2-propadieno (também co- nhecido como aleno); 1,3-butadieno; 2-metil-l,3-butadi- eno (também conhecido como isopreno); 1,3-pentadieno; 1,4-pentadieno; 1,5-hexadieno; 2,,4-hexadieno; 2,3- dimetil-1,3-butadieno, e assemelhados.
Os aldeídos podem ser saturados ou não- saturados. Eles podem ser alifáticos ou aromáticos.
Os aldeidos podem conter de 1 até cerca de 20 átomos de carbono por molécula, e em uma concretização 1 até cer- ca de 18 átomos de carbono, e em uma concretização 1 até cerca de 16 átomos de carbono, e em uma concretiza- ção 1 até cerca de 14 átomos de carbono, e em uma con- cretização 1 até cerca de 12 átomos de carbono, e em uma concretização 1 até cerca de 10 átomos de carbono, e em uma concretização 1 até cerca de 8 átomos de car- bono, e em uma concretização 2 até cerca de 8 átomos de carbono, e em uma concretização 3 até cerca de 6 átomos de carbono. Exemplos incluem formaldeído; acetaldeído; propionaldeído; n-butiraldeído; n-valeraldeído; capro- aldeído; acroleína; trans-2-cis-6-nonadienal; n- heptilaldeído; trans-2-hexenal; hexadeconal; benzaldeí- do; fenilacetaldeído; o-tolualdeído; m-tolualdeído; p tolualdeído; salicilaldeído; p-hidroxibenzaldeído; e outros assemelhados.
Os compostos aromáticos alquila ou alqui- leno substituídos podem conter um ou mais substituintes de alquila ou alquileno. Estes compostos podem ser mo- nocíclicos (por exemplo, fenil) ou um policíclico (por exemplo, naftílio). Estes compostos incluem compostos aromáticos substituídos por alquila que contêm um ou mais grupos de alquila que contêm de 1 a 20 átomos de carbono, e em uma concretização 1 até cerca de 18 áto- mos de carbono, e em uma concretização 1 até cerca de 16 átomos de carbono, e em uma concretização 1 até cer- ca de 14 átomos de carbono, e em uma concretização 1 até cerca de 12 átomos de carbono, e em uma concretiza- ção 1 até cerca de 10 átomos de carbono, e em uma con- cretização 1 até cerca de 8 átomos de carbono, e em uma concretização 2 até cerca de 6 átomos de carbono, e em uma concretização 2 até cerca de 4 átomos de carbono.
Estes também incluem os compostos aromáticos substituí- dos por alquíleno que contêm um ou mais grupos de al- quileno que contêm 2 até cerca de 20 átomos de carbono, e em uma concretização 2 até cerca de 18 átomos de car- bono, e em uma concretização 2 até cerca de 16 átomos de carbono, e em uma concretização 2 até cerca de 14 átomos de carbono, e em uma concretização 2 até cerca de 12 átomos de carbono, e em uma concretização 2 até cerca de 10 átomos de carbono, e em uma concretização 2 até cerca de 8 átomos de carbono, e em uma concretiza- ção 2 até cerca de 6 átomos de carbono, e em uma con- cretização 2 até cerca de 4 átomos de carbono. Exem- plos incluem tolueno, o-xileno, m-xileno, p-xileno, he- mimeliteno, pseudocumeno, meitileno, prehniteno, isodu- reno, dureno, pentametilbenzeno, hexametilbenzeno, e- tilbenzeno, n-propilbenzeno, cumeno, n-butilbenzeno, isobutilbenzeno, sec-butilbenzeno, tert-butilbenzeno, p-cimeno, estireno, e outros assemelhados. 0 oxigênio ou fonte de oxigênio pode com- preender oxigênio molecular, ar ou outros oxidantes, tais como óxidos de nitrogênio, que podem funcionar co- mo uma fonte de oxigênio. A fonte de oxigênio pode ser bióxido de carbono, monóxido de carbono ou um peróxido (por exemplo, peróxido de hidrogênio). Misturas gaso- sas que contêm oxigênio, tais como misturas de oxigênio e ar, ou misturas de oxigênio e um gás inerte (por e- xemplo, hélio, argônio, e outros) ou um gás diluente (por exemplo, bióxido de carbono, vapor de água, e as- semelhados) podem ser usados. A relação molar do rea- gente de hidrocarboneto para oxigênio pode variar de cerca de 0,2:1 até cerca de 8:1, e em uma concretização cerca de 0,5:1 até cerca de 4:1, e em uma concretização cerca de 1:1 até cerca de 3:1. Em uma concretização, a relação molar é cerca de 2:1 ou mais alta, e em uma concretização cerca de 2,5:1 ou mais alta. Em uma con- cretização, a relação molar é cerca de 1,8 ou menor. A amônia pode ser obtida a partir de qual- quer fonte. Quando usada, a relação molar do reagente de hidrocarboneto para amônia pode variar de cerca de 0,5:1 até cerca de 5:1, e em uma concretização cerca de 0,5:1 até cerca de 2:1. 0 catalisador pode compreender qualquer catalisador que seja de utilidade como um catalisador de oxidação ou de amoxidação. 0 catalisador pode com- preender um metal, óxido de metal ou oxido de metal misturado de um metal selecionado a partir de Mo, W, V, Nb, 3b, Sn, Pt, Pd, Cs, Zr, Cr, Mg, Mn, Ni, Co, Ce ou uma mistura de dois ou mais deles. Estes catalisadores também podem compreender ura ou mais metais alcalinos ou metais alcalino-terrosos ou outros metais de transição, metais de terras raras, ou lantanidas. Adicionalmente, elementos tais como P e Bi podem estar presentes. 0 catalisador pode ser suportado, e se assim for, materi- ais de suporte de utilidade incluem óxidos de metais (por exemplo, alumina, titânia, zircônia), sílica, ma- teriais mesoporosos, zeólitos, materiais refratários, ou combinações de dois ou mais dos mesmos. 0 catalisador pode compreender um catali- sador de oxidação representado pela fórmula em que: a está entre 0 e 5, b está entre 0,5 e 5, c es- tá entre 0,1 e 10, d está entre 0,5 e 10, e está entre 0 e 10, f está entre 0 e 15, g está entre 0 e 1, h está entre 0 e 2, e x é a quantidade de oxigênio aglutinado aos outros elementos e depende de seus estados de oxi- dação. Estes catalisadores encontram-se descritos na patente U.S. N° 6.251.821 BI como sendo de utilidade para produzir acroleina a partir de propileno por oxi- dação. Esta patente fica incorporada neste contexto por referência. O catalisador pode compreender um catali- sador de oxidação representado pela fórmula em que X1 é V, Nb, Ta, Cr, W, Ga, Ce e/ou La; X2 é Li, Na, K, Rb, Cs, Cu, Ag, Au, Pd e/ou Pt; X3 é Sn, Pb, Sb, Bi Te, Fe, Co e/ou Ni; X4 é Si, Al, Ti e/ou Zr; a vai de 0 a 2; d vai de 0 a 2, com a condição de que a soma de a e d seja pelo menos 0,20; b vai de 0 a 1,5, c vai de 0 a 10, com a condição de que a soma de b e c seja pelo menos 0,1; e vai de 0 a 0,5, f vai de 0 a 0,5, g vai de 0 a 20 e h é um número diferente de zero, o qual é determinado pela valência e freqüência dos elementos diferentes de oxigênio. Este catalisador encontra-se exposto na patente U.S. N° 6.252.122 Bl como sendo de utilidade para converter propano em acroleína. Esta patente fica incorporada neste contexto por referência. 0 catalisador pode compreender um catali- sador de oxidação representado pela fórmula onde X1 é Ni e/ou Co; X2 é TI, um metal alcalino e/ou um metal alcalino-terroso; X3 é Zn, P, As, B, Sb, Sn, Ce, Pb, e/ou X; X4 é Si, Al, Ti e/ou Zr; a varia de 0,5 a 5; b varia de 0,01 a 5, e em uma concretização de 2 a 4; c varia de 0 a 10, e em uma concretização de 3 a 10; d varia de 0 a 2, e em uma concretização de 0,02 a 2; e varia de 0 a 8, e em uma concretização de 0 a 5; f va- ria de 0 a 10; e n é um número que é determinado pela valêncía e freqüência dos elementos que não sejam oxi- gênio. Estes catalisadores encontram-se expostos na patente U.S. N° 6.395.936 Bl como sendo de utilidade para a oxidação de propileno em acroleina. Esta paten- te fica incorporada neste contexto por referência. 0 catalisador pode compreender um catali- sador de oxidação representado pela fórmula em que A é pelo menos um elemento selecionado a partir do grupo que consiste de B, P e Mo; E é pelo um elemen- to que tem a valêncía atômica de 2; quando m é 1, n é 0,001 a 3, a vai de 0 a 3, e vai de 0 a 3, f vai de 0,01 a 5, g vai de 0,1 a 5, e z vai de 0 a 90; e x e y são números tais que os requisitos de valêncía dos ou- tros elementos para oxigênio na fase catalítica de nú- cleo e corpo, respectivamente, são atendidos. Este ca- talisador encontra-se exposto na patente U.S. N° 6.410.800 Bl como sendo de utilidade para a oxidação de propileno em acroleina. Esta patente fica incorporada neste contexto por referência. O catalisador pode compreender um catali- sador de oxidação representado pelas fórmulas ou onde x é a quantidade de oxigênio aglutinado aos outros elementos e depende do seu estado de oxidação. Estes catalisadores estão expostos na patente U.S. N° 6.437.193 BI como sendo de utilidade para a oxidação de propileno em acroleina. Esta patente fica incorporada neste contexto por referência. 0 catalisador pode compreender'' um catali- sador de oxidação representado pela fórmula em que A é um ou mais de K, Na, Li, Cs e Tl; D é um ou mais de Fe, Ni, Co, Zn, Ce ou La; E pode ser um ou mais de W, Nb, Sb, Sn, P, Cu, Pb, B, Mg, Ca ou Sr; cada um de a, d e e vai de 0 a 10; b vai de 0,1 a 20; v vai de 0,1 a 10; c:b varia de 2:1 a 30:1; v:b varia de 1,5 a 8:1; e x é determinado pela freqüência e pela valência dos elementos que não sejam oxigênio na fórmula supra.
Este catalisador encontra-se exposto na patente U.S. N° 5.198.580 como sendo de utilidade para a conversão de propano em ácido acrílico, propileno, acroleina e ácido acétido. O catalisador pode compreender um catali- sador de oxidação representado pela fórmula onde M1 é Co, Ni, Mg, Zn, Mn e/ou Cu; M2 é W, V, Te, Nb, P, Cr, Fe, Sb, Ce, Sn e/ou La; a varia de 0,5 a 1,5, b varia de 0 a 0,5; exéum número que é determi- nado pela valência e freqüência dos elementos que não sejam oxigênio. Estes catalisadores encontrampse ex- postos nas patentes U.S. N°s 6.388.129 Bl; 6.423.875 Bl; e 6.426.433 Bl como sendo de utilidade para a con- versão de propano em acroleina e/ou ácido acrílico.
Estas patentes ficam incorporadas neste contexto por referência. 0 catalisador pode compreender um catali- sador de oxidação representado pela fórmula onde A é um ou mais de Li, Na, K, Rb ou Cs; B é um ou mais de Mg, Sr, Mn, Ni, Co ou Zn; C é um ou mais de Ce, Cr, Al, Sb, P, Ge, Sn, Cu, V ou W; a vai de 0,01 a 1,0; b e e vão de 1,0 a 10; c vai de 0 a 5,0, e em uma con- cretização 0,05 a 5,0, e em uma concretização 0,05 a 4,0; d e f vão de 0,05 a 5,0; e x é um número determi- nado pelos requisitos de valência dos outros elementos presentes. Estes catalisadores encontram-se expostos na patente U.S. N° 6.268.529 Bl como sendo de utilidade para a conversão de propano em acroleina e ácido acrí- lico. Esta patente fica incorporada neste contexto por referência. 0 catalisador pode compreender um catali- sador de oxidação representado pela fórmula onde x é a quantidade de oxigênio aglutinado aos outros elementos e depende do seu estado de oxidação. Este catalisador encontra-se exposto na patente U.S. N° 6.310.240 Bl como sendo de utilidade na conversão de acroleína em ácido acrílico. Esta patente fica incor- porada neste contexto por referência. O catalisador pode compreender um catali- sador de oxidação representado pela fórmula em que A é Fe, Cu, Bi, Cr, Sn, Sb, Ní, Co, Mn, Ce ou Ti; B é um metal alcalino ou alcalino-terroso; e a, b, cf d, e e x, respectivamente, indicam a relação atômica para Mo, W, V, A, B e 0. Quando a é 10, b vai de 1,5 a 4, c vai de 1 a 5, d vai de 1 a 4, e vai de 0 a 2, e x é determinado de acordo com os estados de oxidação dos outros elementos. Este catalisador encontra-se exposto na patente U.S. No. 6.384.275 B2 como sendo de utilida- de para a conversão de acroleína em ácido acrílico.
Esta patente fica incorporada neste contexto por refe- rência. O catalisador pode compreender um catali- sador de oxidação representado pela fórmula onde X1 é W, Nb, Ta, Cr e/ou Ce; X2 é Cu, Ni, Co, Fe, Mn e/ou Zn; X3 é Sb e/ou Bi; X4 é um ou mais metais al- calinos; X5 é um ou mais metais alcalino-terrosos; X6 é Si, Al, Ti e/ou Zr; a varia de 1 a 6; b varia de 0,2 a 4; c varia de 0,5 a 18; d varia de 0 a 40; e varia de 0 a 2; f varia de 0 a 4; g varia de 0 a 40; e n é um nú- mero que é determinado pela valência e frequência dos elementos que não sejam oxigênio. Este catalisador en- contra-se exposto na patente U.S. No. 6.403.829 B2 como sendo de utilidade para a conversão de acroleina em á- cido acrílico. Esta patente fica incorporada neste contexto por referência. O catalisador pode compreender um catali- sador de oxidação representado pela fórmula em que X é pelo menos um elemento selecionado a partir do grupo que consiste de Mg, Ca, Sr e Ba, e a, b, c, d, e, e g são relações atômicas respectivamente de Mo, V, W, Cu, X e O, de maneira tal que quando a é 12, b está na faixa de 2 a 14, c na faixa de 0 a 12, d na faixa de 0 a 6 excluindo 0 (0,1 a 6, por exemplo), e está na faixa de 0 a 3, e g é um numeral a ser determinado pe- los estados de oxidação dos elementos. Este catalisa- dor encontra-se exposto na patente U.S. No. 6.429.332 Bl como sendo de utilidade para a conversão de acroleí- na em ácido acrílico. Esta patente fica incorporada neste contexto por referência. O catalisador pode compreender um catali- sador de oxidação representado pela fórmula em que: A é Ni ou Co; B é Na, K, Rb, Concretizações ou Tl; C é um metal alcalino-terroso; D é P, Te, Sb, Sn, Ce, Pb, Nb, Mn, As, B ou Zn; e E é Si, Al, Ti ou Zr.
Quando a é 12, b varia de 0 a 10, c varia de 0 a 10, d varia de 0 a 10, e varia de 2 a 15, f varia de 0 a 10, g varia de 0 a 10, h varia de 0 a 4, i varia de 0 a 30, e x é determinado pelo grau de oxidação de cada um dos elementos. Este catalisador encontra-se exposto na pa- tente U.S. No. 6.383,973 BI como sendo de utilidade pa- ra a conversão de propileno, isobutileno, t-butanol ou metil-t-butil éter em ácido (met)acroleína ou (met)a- crílico. Esta patente fica incorporada neste contexto por referência. O catalisador pode compreender um catali- sador de oxidação representado pela fórmula em que A é pelo menos um elemento selecionado a partir do grupo que consiste de As, Sb, Ge, Bi, Zr, Ce e Se; B é pelo menos um elemento selecionado a partir do grupo que consiste de Cu, Fe, Cr, Ni, Mn, Co, Sn, Ag, Zn, Pd, Rh e Te; C é pelo menos um elemento selecionado a par- tir do grupo que consiste de V, W e Nb; D é pelo menos um elemento selecionado a partir do grupo que consiste de metais alcalinos, metais alcalino-terrosos e Tl, e a, bf c, d, e, f, e x são relações atômicas respectiva- mente de Mo, P, A, B, C, D e O, de uma maneira tal que quando a é 12, b é um número na faixa de 0,5 a 4, e em uma concretização 0,5 a 3; c está na faixa de 0 a 5, e em uma concretização 0,01 a 3; d está na faixa de 0 a 3, e em uma concretização 0,01 a 2; e está na faixa de 0 a 4, e em uma concretização 0,01 a 3; f está na faixa de 0,01 a 4, e em uma concretização 0,01 a 3, e x é um número a ser determinado pelos estados oxidados dos e- lementos. Este catalisador encontra-se exposto na pa- tente U.3. No. 5.618.974 como sendo de utilidade para a conversão de metacroleína, isobutil aldeido, ou ácido isobutírico em ácido metacrilico. Esta patente fica incorporada neste contexto por referência. O catalisador pode compreender um catali- sador de oxidaçâo que contém Mo, V, Nb e Pd, ou Mo, La, V e Pd. Exemplos específicos incluem e Estes catalisadores encontram-se expostos na patente U.S. No. 6.274.764 Bl, a qual fica incorporada neste contexto por referência. A patente U.S. No. 6.143.921, que fica in- corporada neste contexto por referência, expõe três ca- talisadores de oxidaçâo, qualquer um dos quais pode ser usado com o processo da invenção. O primeiro catalisa- dor é representado pela fórmula em que: a vai de 1 a 5; b vai de 0 a 0,5; c vai de 0,01 a 0,5; e d vai de 0 a 0,2. Os valores numéricos de a, b, c e d representam as relações grama-átomo relativas dos ele- mentos Mo, V, Nb e Pd, respectivamente, no catalisador.
Os elementos estão presentes em combinação com o oxigê- nio na forma de vários óxidos. 0 segundo catalisador tem uma composição que compreende os elementos Mo, V, Pd, Nb, La e X, onde X é Al, Ga, Si ou Ge na forma de óxidos na relação em que: a é 1; b vai de 0,01 a 0,9; c vai de >0 a 0,2; d vai de >0 a 0,2; e vai de >0 a 0,2; e f vai de >0 a 0,3. O terceiro cata- lisador é formado a partir de uma composição calcinada representada pela fórmula em que X é pelo menos um elemento promotor selecionado a partir do gru- po que consiste de: P, B, Hf, Te e As; a vai de 1 a 5; b é 1; c vai de 0,01 a 0,5; e d vai de 0 a 0,1. 0 catalisador pode ser um catalisador de oxidação que compreende em combinação com oxigênio os elementos molibdênio, vanádio, nióbio e ouro, de acordo com a fórmula: em que: Y é um ou mais elementos selecionados a partir do grupo que consiste de Cr, Mn, Ta, Ti, B, Al, Ga, In, Pt, Zn, Cd, Bi, Ce, Co, Rh, Ir, Cu, Ag, Fe, Ru, Os, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Zr, Hf, Ni, P, Pb, Sb, Si, Sn, Tl, U, Re, Te, La e Pd; a, br c, d, e e f representam as relações átomo grama dos elementos, de maneira tal que 0<aál; 0áb<l; a+b=l; 10'5<c^0,02; 0<d^2; 0<eál; e 0<f<2. Este catalisador encontra-se exposto na patente U.S. No. 6.333.444 BI como sendo de utilidade para a oxidação de etano ou etileno era ácido acético. Esta patente fica incorporada neste contexto por referência. 0 catalisador pode ser um catalisador de oxidação dotado de uma composição calcinada representa- da pela fórmula em que: a vai de 1 a 5; b vai de 0 a 0,5; c vai de 0,01 a 0,5; e d vai de 0 a 0,2. Este catalisador encontra-se exposto na patente U.S. No. 6.383.977 BI para a conversão de etano em áci- do acético. Esta patente fica incorporada neste con- texto por referência. A patente U.S. No. 6.441.277 Bl, que fica incorporada neste contexto por referência, expõe dois catalisadores de oxidação que podem ser usados separa- damente ou em combinação um com o outro no processo da invenção. 0 primeiro catalisador é um óxido de metal misturado representado pela fórmula em que: X1 é pelo menos um ou mais de Co, Ni, V, Pt ou Rh; X2 é pelo menos um ou mais de Al, Ga, Ge, Mn, Nb, Zn, Ag, P, Si ou W; X3 é pelo menos um ou mais de K, Mg, Rb, Ca, Sr, Ba, Na ou In? 0 é oxigênio, e a é 1; 0<b<0,3; 0<c<0,9; 0<d^0,9; 0<e<0,9; 0<f^0,9; 0<g<0,3; e z é um número que satisfaz as valências dos outros ele- mentos na fórmula. Este catalisador encontra-se des- crito como sendo de utilidade para converter olefinas em aldeídos alfa-beta nâo-saturados. 0 segundo catali- sador é um óxido de metal representado pela fórmula em que: X é W ou Mn, ou os dois; Y é pelo menos um ou mais de Pd, Sb, Ca, P, Ga, Ge, Si, Mg, Nb ou K; O é o- xigênio, e ai é 1; bi é 0,01 a 0,9; 0<ci^0,2; 0<di^0,5; 0<ei^0,5; e zi é um número que satisfaz as valências dos outros elementos na fórmula. Este catalisador está descrito como sendo adequado para converter um aldeído alfa-beta não-saturado em um ácido carboxilico alfa- beta não-saturado. 0 catalisador pode compreender um catali- sador de amoxidaçâo representado pela fórmula em que A é ura ou mais dos elementos selecionados a par- tir de Co, Mn, Cr, P, Sb, Te, Na, Ce ou W, a é um núme- ro de 0 a 5; b é um número de 0 a 0,4; c é um número de 0 a 0,4, a partir do momento que a soma de b e c seja de 0,1 a 0,4; d, e, f e g são números de cerca de 0,2 a 10, e x é um número determinado pelos requisitos de va- lência dos outros elementos. Este catalisador encon- tra-se exposto na patente U.S. No. 5.093.299 como sendo de utilidade para a conversão de uma olefina (por exem- plo, propileno ou isobutileno) no correspondente nitri- lo não-saturado (por exemplo, acrilonitrilo ou metacri- lonitrilo) pela reação da olefina, amônia e oxigênio na presença do catalisador precedente. Esta patente fica incorporada neste contexto por referência. 0 catalisador pode compreender um catali- sador de amoxidação representado pela fórmula onde a vai de 0,5 a 2; M é um ou mais de Sn, Ti, Ge ou Ga; m vai de 0,05 a 3; N é um ou mais de: W, Bi, Mo, Li, Mg, P, Sn, Te, Ge, Nb, Zr, Cr, Al, Cu, Ce ou B; n vai de 0,0 a 0,5; e x é um número determinado pelo grau de oxidaçâo de cada um dos elementos. Este catalisador encontra-se exposto na patente U.S. No. 5.258.543 como sendo de utilidade para a amoxidação de monolefinas C3 a C5 em nitrilos aciclicos alfa, beta-mono-não- saturados (por exemplo, acrilonitrilo} tendo de 3 a 5 átomos de carbono. A patente Ü.S. No. 6.486.091 Bl, que fica incorporada neste contexto por referência, expõe um ca- talisador de amoxidação representado pela fórmula em que: A é um ou mais elementos selecionados a partir dos grupos VB (por exemplo, V, Nb, Ta), VIB (por exem- plo, Cr, Mo, W), VIIB (por exemplo, Mn, Tc, Re) ou VIII (por exemplo, Fe, Co, Ni) da tabela periódica; B é pelo menos um promotor alcalino selecionado a partir dos grupos IA (por exemplo, Li, Na, K) ou IIA (por exemplo, Mg, Ca) da tabela periódica; a vai de 0,01 a 12; b vai de 0,01 a 12; c vai de 0,01 a 2; d vai de 0,01 a 10; e vai de 0,01 a 1; f vai de 0 a 2; g vai de 0 a 1; e x é o número de átomos de oxigênio requeridos para satisfa- zer os requisitos de valência dos elementos presentes.
Este catalisador está descrito como sendo de utilidade para converter olefinas em nitrilos não-saturados.
De acordo com uma concretização, o catali- sador é diferente de um catalisador baseado em óxido de vanádio fósforo. De acordo com uma concretização, o catalisador é diferente de um catalisador representado pela fórmula V2O5/P2O5/TÍO2. 0 catalisador pode ter qualquer dimensão e configuração geométrica que se adapte dentro dos micro- canais de processo 104. O catalisador pode estar na forma de sólidos particulados (por exemplo, grãos, pó, fibras, e assemelhados} dotados de um diâmetro médio de partícula de cerca de 1 até cerca de 1000 pm, e em uma concretização cerca de 10 até cerca de 500 pm, e em uma concretização cerca de 25 até cerca de 250 pm. 0 cata- lisador pode ser compreendido de uma estrutura porosa tal como uma espuma, feltro, bucha ou uma combinação dos mesmos. O termo "espuma" é utilizado neste contex- to para referir-se a uma estrutura com paredes contí- nuas que definem poros através da estrutura. O termo "feltro" é utilizado neste contexto para referir-se a uma estrutura de fibras com espaços intersticiais entre elas. O termo "bucha" é utilizado neste contexto para referir-se a uma estrutura de cordões emaranhados, tais como lã de aço. O catalisador pode ter uma estrutura de colméía, ou a estrutura de uma palheta inserível. A palheta pode ter canais retos ou pode ter a forma de uma palheta de tiras deslocadas. 0 número de palhetas por centímetro (polegada) poderá variar entre cerca de 1,6 (4) até cerca de 35 (90). As palhetas podem ter uma espessura de cerca de 0,02 até cerca de 2,5 mm. 0 catalisador pode estar na forma de uma estrutura de escoamento, tal como um feltro com um a- fastamento adjacente, uma espuma com um afastamento ad- jacente, uma estrutura de palhetas com afastamentos, uma capa em qualquer substrato inserido, ou uma tela que fica paralela à direção de fluxo com um afastamento correspondente para fluxo. Um exemplo de uma estrutura de escoamento encontra-se ilustrada na Figura 5. Na Figura 5, o catalisador 106 está contido dentro do mi- crocanal de processo 104. Uma passagem aberta 500 per- mite o fluxo de fluido através do microcanal de proces- so 104 em contacto com o catalisador 106, conforme in- dicado pelas setas 502 e 504. 0 catalisador pode estar na forma de uma estrutura de fluxo traspassante, tal como uma espuma, bucha, grânulo ou pó, ou tela. Um exemplo de uma es- trutura traspassante está ilustrada na Figura 6. Na Figura 6, o catalisador de fluxo traspassante 106 está contido dentro do microcanal de processo 104 e o fluido flui através do catalisador 106, conforme indicado pe- las setas 600 e 602. 0 catalisador pode ser revestido direta- mente nas paredes internas dos microcanais de processo, desenvolvido nas paredes a partir de solução, ou cober- to in si tu era uma estrutura de palheta. 0 catalisador pode estar na forma de uma única peça de material con- tíguo poroso, ou muitas peças em contacto físico. De acordo com uma concretização, o catalisador é compreen- dido de um material contíguo e tem uma porosídade con- tígua de maneira tal que moléculas podem espalhar-se através do catalisador. Nesta concretização, os flui- dos fluem através do catalisador em vez de em torno do mesmo. De acordo com uma concretização, a área seccio- nal do catalisador ocupa cerca de 1 até cerca de 99%, e em uma concretização cerca de 10 até cerca de 95% da área seccional dos microcanais de processo. 0 catali- sador pode ter uma área de superfície, quando medida por BET, maior do que cerca de 0,5 mz/g, e em uma con- cretização maior do que cerca de 2 m2/g. O catalisador pode compreender um suporte poroso, uma camada interfacial no suporte poroso, e um material catalisador na camada interfacial. A camada interfacial pode ser uma solução depositada no suporte e pode ser depositada por meio de deposição por vapor química ou deposição por vapor física. De acordo com uma concretização o catalisador tem um suporte poroso, uma camada amortecedora, uma camada interfacial, e um material catalisador. Qualquer uma das camadas prece- dentes pode ser contínua ou descontínua, tal como na forma de pontos ou salpicos, ou na forma de uma camada com afastamentos ou furos. 0 catalisador pode ser suportado em um substrato poroso dotado de uma porosidade de pelo menos cerca de 5% quando medida por porosimetria de mercúrio e uma dimensão média de poro (soma dos diâmetros de po- ros dividida pelo número de poros) de cerca de 1 até cerca de 1000 μια. O suporte poroso pode ser uma cerâ- mica porosa ou uma espuma de metal. Outros suportes porosos que podem ser usados incluem carbonetos, nitre- tos, e materiais compostos. O suporte poroso pode ter uma porosidade de cerca de 30% até cerca de 99%, e em uma concretização cerca de 60% até cerca de 98%. O su- porte poroso poderá estar na forma de uma espuma, fel- tro, bucha, ou uma combinação dos mesmos. As células abertas da espuma de metal podem variar entre cerca de 8 poros por cm (ppcm) (20 poros por polegada (ppi)) até cerca de 1.200 ppcm (3000 ppi), e em uma concretização cerca de 8 ppcm até cerca de 400 ppcm (20 até cerca de 1000 ppi), e em uma concretização cerca de 18 até cerca de 48 ppcm (40 até cerca de 120 ppi) . O termo "ppcm" ("ppi") refere-se ao maior número de poros por centíme- tro (polegada) (em materiais isotrópicos a direção da medição é irrelevante; entretanto, em materiais aniso- trópicos, a medição é realizada na direção que eleva ao máximo o número de poros). A camada amortecedora, quando presente, pode ter uma composição e/ou densidade diferente daque- las das camadas de suporte e interfacial, e em uma con- cretização tem um coeficiente de expansão térmica que é intermediário aos coeficientes de expansão térmica do suporte poroso e da camada interfacial. A camada amor- tecedora pode ser um óxido de metal ou carboneto de me- tal. A camada amortecedora pode ser compreendida de Al203, Ti02, Si02, Zr02, ou combinação dos mesmos. 0 A1203 pode ser α-Α1203, γ-Α1203 ou uma combinação dos mesmos. 0 α-Α1203 proporciona a vantagem de excelente resistência à difusão de oxigênio. A camada amortece- dora pode ser formada de duas ou mais subcamadas de composições diferentes. Por exemplo, quando o suporte poroso é metal, por exemplo, uma espuma de aço inoxidá- vel, poderá ser utilizada uma camada amortecedora for- mada de duas subcamadas de composições diferentes. A primeira subcamada (em contacto com o suporte poroso) pode ser Ti02. A segunda subcamada pode ser a-Al203 que é colocada no Ti02. de acordo com uma concretização, a subcamada de α-Α1203 é uma camada densa que proporciona proteção da superfície de metal subjacente. Uma camada interfacial de alta área de superfície, menos densa, tal como alumina, poderá ser então depositada como su- porte para uma camada cataliticamente ativa. 0 suporte poroso pode ser dotado de um co- eficiente de expansão térmico diferente daquele da ca- mada interfacial. Nesse caso, uma camada amortecedores poderá ser necessária para transição entre os dois coe- ficientes de expansão térmica. 0 coeficiente de expan- são térmica da camada amortecedora pode ser conformado pelo controle da sua composição para obtenção de um co- eficiente de expansão que é compatível com os coefici- entes de expansão do suporte poroso e camadas interfa- ciais. A camada amortecedora deverá ser isenta de a- berturas e perfurações para proporcionar proteção supe- rior do suporte subjacente. A camada amortecedora pode ser não porosa. A camada amortecedora pode ter uma es- pessura que é menor do que metade da dimensão média de poro do suporte poroso. A camada amortecedora poderá ter uma espessura de cerca de 0,05 até cerca de 10 pm, e em uma concretização cerca de 0,05 até cerca de 5 pm.
De acordo com uma concretização da inven- ção, aderência e estabilidade química adequadas podem ser obtidas sem uma camada amortecedora. Nesta concre- tização, a camada amortecedora pode ser omitida. A camada interfacial pode ser compreendida de nitretos, carbonetos, sulfuretos, halogenetos, óxi- dos de metais, carbono, ou uma combinação dos mesmos. A camada interfacial proporciona alta área de superfí- cie e/ou proporciona uma interação catalisador-suporte desejável para catalisadores suportados. Ά camada in- terfacial pode ser compreendida de qualquer material que seja convencionalmente utilizado como um suporte de catalisador. A camada interfacial poderá ser compreen- dida de um óxído de metal. Exemplos de óxidos de me- tais que podem ser utilizados incluem γ-Α1203, S1O2, Zr02, Ti02, óxido de tungstênio, óxido de magnésio, ó- xido de vanádio, óxido de cromo, óxido de manganês, ó- xido de ferro, óxido de níquel, óxido de cobalto, óxido de cobre, óxido de zinco, óxido de molibdênio, óxido de estanho, óxido de cálcio, óxido de alumínio, óxido(s) da(s) série(s) de lantânio, zeólito(s), e as suas com- binações, A camada interfacial pode servir como uma camada catalitícamente ativa sem qualquer outro materi- al cataliticamente ativo depositado na mesma. usual- mente, entretanto, a camada interfacial é usada em com- binação com uma camada cataliticamente ativa. A camada interfacial também pode ser formada de duas ou mais subcamadas de composições diferentes. A camada inter- facial pode ter uma espessura que é menor do que metade da dimensão de poro média do suporte poroso. A espes- sura da camada interfacial pode variar entre cerca de 0,5 até cerca de 100 pm, e em uma concretização entre cerca de 1 até cerca de 50 pm. A camada interfacial poderá ser ou cristalina ou amorfa. A camada interfa- cial pode ter uma área de superfície BET de pelo menos cerca de 1 m2/g. O catalisador poderá compreender qualquer um dos materiais catalisadores discutidos anteriormente depositados na camada interfacial. Alternativamente, o material catalisador poderá ser depositado simultanea- mente com a camada interfacial. A camada de catalisa- dor poderá ser intimamente dispersada na camada inter- facial. Essa camada de catalisador que é "disposta na" ou "depositada na" camada interfacial inclui a compre- ensão convencional de que se proporciona a dispersão de partículas de catalisador microscópicas: na superfície da camada de suporte (isto é, camada interfacial), em fissuras na camada de suporte, e em poros abertos na camada de suporte. 0 tempo de contacto dos reagentes e/ou produtos com o catalisador 106 dentro dos microcanais de processo 104 poderá variar entre cerca de 0,1 ms até cerca de 100 segundos, e em uma concretização cerca de 0,1 ms até cerca de 20 segundos, e em uma concretização cerca de 0,1 ms até cerca de 10 segundos, e em uma con- cretização cerca de 0,1 ms até cerca de 5 segundos, e em uma concretização cerca de 0,1 ms até cerca de 1 se- gundo, e em uma concretização cerca de 1 ms até cerca de 750 ms, e em uma concretização cerca de 5 ms até cerca de 750 ms, e em uma concretização cerca de 10 ms até cerca de 500 ms, e em uma concretização cerca de 10 até cerca de 250 ms. A velocidade espacial (ou velocidade espa- cial horária para gás) para o fluxo da composição de reagente e produto através dos microcanais de processo poderá ser pelo menos cerca de 100 hr"1 (litros normais de hidrocarboneto/hora/litro de câmara de reação) ou pelo menos cerca de 100 ml alimentação/(g de catalisa- dor) (h). A velocidade espacial poderá variar entre cerca de 100 até cerca de 2.000.000 hr-1 com base no volume dos microcanais de processo, ou entre cerca de 100 até cerca de 2.000.000 ml alimentação/(g de catali- sador) (h). De acordo com uma concretização, a veloci- dade espacial poderá variar entre cerca de 500 até cer- ca de 1.000.000 hr’1, ou cerca de 500 até cerca de 1.000. 000 ml alimentação/(g de catalisador)(h), e em uma concretização entre cerca de 1000 até cerca de 1.000. 000 hr’1, ou de cerca de 1000 até cerca de 1.000. 000 ml alimentação/(g de catalisador)(h). A temperatura da composição de reagente que ingressa nos microcanais de processo 104 pode vari- ar entre cerca de 150°C até cerca de 1000°C, e em uma concretização cerca de 150°C até cerca de 700°C, e em uma concretização cerca de 150°C até cerca de 600°C, e em uma concretização cerca de 200°C até cerca de 600°C.
Em uma concretização a temperatura pode estar na faixa de cerca de 150°C até cerca de 500°C, e em uma concre- tização cerca de 150°C até cerca de 400°C, e em uma concretização cerca de 200°C até cerca de 300°C, Em uma concretização, a temperatura poderá estar na faixa de cerca de 335°C até cerca de 1000°C. A composição de reação que entra nos mi- crocanais de processo 104 pode estar sob uma pressão de pelo menos cerca de 0,5 atmosfera, e em uma concretiza- ção pelo menos cerca de 0,9 atmosfera. De acordo com uma concretização a pressão pode variar entre cerca de 0,5 até cerca de 100 atmosferas, e em uma concretização entre cerca de 0,9 até cerca de 50 atmosferas, e em uma concretização cerca de 0,9 até cerca de 40 atmosferas, e em uma concretização entre cerca de 0,9 até cerca de 35 atmosferas. A queda de pressão dos reagentes e/ou dos produtos quando eles fluem através dos microcanais de processo 104 pode variar até cerca de 206,8 kPa/30 cm (30 libras por polegada quadrada por pé (psi/pé)) de comprimento do microcanal de processo e em uma concre- tização até cerca de 103,4 kPa/30 cm (15 psi/pé), e em uma concretização até 34,5 kPa/30 cm (5 psi/pé), e em uma concretização até cerca de 13,8 kpa/30 cm (2 psi/pé). O fluxo dos reagentes e/ou produtos atra- vés dos microcanais de processo pode ser laminar ou em transição, e em uma concretização é laminar. O Número de Reynolds para o fluxo de reagentes e/ou produtos a- través dos microcanais de processo poderá atingir até cerca de 4000, e em uma concretização até cerca de 2300, e em uma concretização na faixa de cerca de 10 até cerca de 2000, e em uma concretização cerca de 100 até cerca de 1500. 0 fluido permutador de calor que entra nos canais permutadores de calor poderá ter uma temperatura de cerca de -70°C até cerca de 650°C, e em uma concre- tização cerca de 0°C até cerca de 500°C, e em uma con- cretização cerca de 100°C até cerca de 300°C. O fluido permutador de calor que sai dos canais permutadores de calor poderá ter uma temperatura na faixa de cerca de - 60°C até cerca de 630°C, e em uma concretização cerca de 10°C até cerca de 490°C. 0 tempo de permanência do fluido permutador de calor nos canais permutadores de calor poderá variar desde cerca de 1 até cerca de 1000 ms, e em uma concretização cerca de 1 até cerca de 500 ms, e em uma concretização cerca de 1 até cerca de 100 ms. A queda de pressão para o fluido permutador de ca- lor quando ele flui através dos canais permutadores de calor pode variar desde cerca de 0,345 até cerca de 344,7 kPa/30 cm (0,05 até cerca de 50 psi/pé), e em uma concretização entre cerca de 6,89 até cerca de 172,37 kPa/30 cm (1 até cerca de 25 psi/pé). O fluxo do flui- do permutador de calor através dos canais permutadores de calor pode ser laminar ou em transição, e em uma concretização é laminar. O Número de Reynolds para o fluxo do fluido permutador de calor que flui através dos canais permutadores de calor poderá ser de até cer- ca de 4000, e em uma concretização até cerca de 2300, e em uma concretização na faixa de cerca de 10 até cerca de 2000, e em uma concretização cerca de 10 até cerca de 1500. 0 produto que sai do reator de microcanais pode estar a uma temperatura na faixa de cerca de 100°C até cerca de 1000°C, e em uma concretização cerca de 200°C até cerca de 800°C, e em uma concretização cerca de 300°C até cerca de 600°C; e durante a etapa (C) ele pode ser refrigerado para uma temperatura na faixa de cerca de 50°C até cerca de 300°C, e em uma concretiza- ção cerca de 50°C até cerca de 200°C, e em uma concre- tização cerca de 50°C até cerca de 150°C, e em uma con- cretização cerca de 50°C até cerca de 100°C, em cerca de 5 até cerca de 100 ms, e em uma concretização cerca de 5 até cerca de 75 ms, e em uma concretização cerca de 5 até cerca de 50 ms, e em uma concretização cerca de 10 até cerca de 50 ms. 0 produto formado pelo processo da inven- ção pode compreender um oxigenado ou um nitrilo. Os oxigenados incluem álcoois, epóxidos, aldeidos, ácidos carboxilicos, anidridos de ácidos carboxilicos, ésteres e assemelhados. Os oxigenados incluem, com a exceção dos epóxidos e ésteres, um ou mais dos oxigenados indi- cados anteriormente que contêm de 1 até cerca de 20 á- tomos de carbono por molécula, e em uma concretização de 1 até cerca de 18 átomos de carbono, e em uma con- cretização 1 até cerca de 16 átomos de carbono, e em uma concretização 1 até cerca de 14 átomos de carbono, e em uma concretização 1 até cerca de 12 átomos de car- bono, e em uma concretização 1 até cerca de 10 átomos de carbono, e em uma concretização 2 até cerca de 6 á- tomos de carbono, e em uma concretização 2 até cerca de 4 átomos de carbono por molécula. Os epóxidos e éste- res devem conter pelo menos 2 átomos de carbono, mas em todos os outros aspectos incluem compostos dentro das faixas indicadas anteriormente, por exemplo, 2 até cer- ca de 20 átomos de carbono, e assim por diante. Os ál- coois incluem monóis e polióis. Exemplos específicos incluem metanol, álcool etílico, álcool propílico, ál- cool butílico, álcool isobutílico, álcool pentílico, álcool ciclopentílico, álcool crotílico, álcool hexíli- co, álcool cicloexílico, álcool alílico, álcool benzí- lico, glicerol, e outros assemelhados. Os epóxidos in- cluem óxido de etileno, óxido de propileno, oxido de butileno, óxido de isobutileno, óxido de ciclopenteno, óxido de cicloexeno, óxido de estireno, e outros asse- melhados. Os aldeídos incluem formaldeído; cetaldeído; propionaldeído; n-butiraldeído; n-valeraldeido; capro- aldeído; acroleina; trans-2-cís-6-nonadienal; n- heptilaldeído; trans-2-hexenal; hexadeconal; benzaldeí- do; fenilacetaldeido; o-tolualdeido; m-tolualdeído; p- tolualdeído; salicilaldeido; p-hidroxibenzaldeído; e outros assemelhados. Os ácidos carboxilicos incluem ácido fórmico, ácido acético, ácido propiônico, ácido butírico, ácido isobutirico, ácido valérico, ácido ca- próico, ácido caprilico, ácido cáprico, ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido benzóico, ácido toluico, ácido ftálico, ácido salicílico, e outros assemelhados. Os anidridos de ácido carboxílico incluem anidrido acéti- co, anidrido maléico, anidrido ftálico, anidrido ben- zóico, e outros assemelhados. Os ésteres incluem ace- tato de metilo, acetato de vinilo, acetato de etílo, n- propil acetato, n-butil acetato, n-pentil acetato, iso- pentil acetato, benzil acetato, fenil acetato, e outros assemelhados.
Os nitrilos incluem aqueles que contêm de 1 até cerca de 20 átomos de carbono, e em uma concreti- zação 1 até cerca de 18 átomos de carbono, e em uma concretização 1 até cerca de 16 átomos de carbono, e em uma concretização 1 até cerca de 14 átomos de carbono, e em uma concretização 1 até cerca de 12 átomos de car- bono, e em uma concretização 1 até cerca de 10 átomos de carbono, e em uma concretização 1 até cerca de 8 á- tomos de carbono, e em uma concretização 2 até cerca de 6 átomos de carbono, e em uma concretização 3 ou 4 áto- mos de carbono por molécula. Estes nitrilos incluem nitrilos não-saturados. Exemplos específicos incluem formonitrilo, acrilonitrilo, metacrilonitrilo, e outros assemelhados.
Em uma concretização, o reagente de hidro- carboneto utilizado na composição de reagente compreen- de metano, e o produto compreende metanol, formaldeído, formonitrilo, ou uma mistura dos mesmos.
Em uma concretização, o reagente de hídro- carboneto utilizado na composição de reagente compreen- de etano, e o produto compreende álcool etílico, óxído de etileno, ácido acético, acetato de vinilo, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
Em uma concretização, o reagente de hidro- carboneto utilizado na composição de reagente compreen- de etileno, e o produto compreende álcool etílico, oxi- do de etileno, ácido acético, acetato de vinilo, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
Em uma concretização, o reagente de hidro- carboneto utilizado na composição de reagente compreen- de propano, e o produto compreende óxido de propileno, ácido acrílico, acroleína, acrilonitrilo, ou uma mistu- ra dos mesmos.
Era uma concretização, o reagente de hidro- carboneto utilizado na composição de reagente compreen- de propileno, e o produto compreende óxido de propile- no, ácido acrílico, acroleína, acrilonitrilo, ou uma mistura dos mesmos.
Em uma concretização, o reagente de hidro- carboneto utilizado na composição de reagente compreen- de n-butano, e o produto compreende n-butanol, anidrido maléico, ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
Em uma concretização, o reagente de hidro- carboneto utilizado na composição de reagente compreen- de n-buteno, e o produto compreende n-butanol, anidrido maléico, ou uma mistura dos mesmos.
Em uma concretização, o reagente de hidro- carboneto utilizado na composição de reagente compreen- de isobutano, e o produto compreende isobutanol, ácido metacrílico, metacrilonitrilo, ou uma mistura dos mes- mos.
Em uma concretização, o reagente de hidro- carboneto utilizado na composição de reagente compreen- de isobutileno, e o produto compreende isobutanol, áci- do metacrílico, metacrilonitrilo, ou uma mistura dos mesmos.
Em uma concretização, o reagente de hidro- carboneto utilizado na composição de reagente compreen- de ciclopenteno, e o produto compreende óxido de ciclo- penteno.
Em uma concretização, o reagente de hidro- carboneto utilizado na composição de reagente compreen- de cicloexeno, e o produto compreende óxido de cicloe- xeno.
Em uma concretização, o reagente de hidro- carboneto utilizado na composição de reagente compreen- de estireno, e o produto compreende óxido de estireno.
Em uma concretização, o reagente de hidro- carboneto utilizado na composição de reagente compreen- de tolueno, e o produto compreende álcool benzilico, benzaldeido, ácido benzóico, ou uma mistura dos mesmos.
Em uma concretização, o reagente de hidro- carboneto utilizado na composição de reagente compreen- de xileno, e o produto compreende ácido toluico, ácido ftálico, anidrido ftálico, ou uma mistura dos mesmos.
Em uma concretização, o reagente de hidro- carboneto utilizado na composição de reagente compreen- de acroleina e o produto compreende ácido acrílico.
Vantagens do processo da invenção incluem: elevação ao máximo do contacto entre o reagente de hi- drocarboneto, oxigênio ou fonte de oxigênio, e opcio- nalmente amônia, e o catalisador; e redução ao mínimo das reações não-seletivas de fase gasosa homogêneas, tais como aquelas que convertem reagentes de hidrocar- boneto ou produtos oxigenados ou de nitrilo em óxidos de carbono (CO e CO2) . Em uma concretização, a seleti- vidade para óxidos de carbono (numa base de átomo de carbono) é menor do que cerca de 60%, e em uma concre- tização menor do que cerca de 401, e em uma concretiza- ção menor do que cerca de 20%, e em uma concretização menor do que cerca de 10%, e em uma concretização menor do que cerca de 5%.
As vantagens do processo da invenção in- cluem a possibilidade de intensificação do processo.
Os processos convencionais da técnica anterior freqüen- temente operam sob condições de diluição de reagente para impedir reações de evasão, enquanto o processo da invenção pode ser operado, se desejado, sob condições mais intensas que conduzem a um maior rendimento. Pela combinação de processamento de microcanais catalíticos com troca de calor é possível operar sob relações de alimentação de hidrocarboneto/oxigênio que conduziría convencionalmente a altas temperaturas e perda de sele- tividade, mas pela remoção de calor rapidamente através da troca de calor, a temperatura nos microcanais de processo pode ser mantida relativamente baixa, por e- xemplo, abaixo de cerca de 700°C, e em uma concretiza- ção abaixo de cerca de 600°C, e em uma concretização abaixo de cerca de 500°C, elevando assim ao máximo a seletividade para os produtos desejados.
As vantagens do processo da invenção in- cluem intensificação da seletividade de reação devido às dimensões do reator de microcanais. Nos reatores de dimensão convencional, reações propagadas homogeneamen- te na fase gasosa promovem uma contribuição significa- tiva para o reprocessamento total do produto. Estas reações tendem a ser indiscriminadas e freqüentemente resultam na produção de subprodutos indesejáveis, tais como CO e C02 ou produtos de pirólise de hidrocarbone- to. Por exemplo, se a mistura de reagente contiver propano, poderá ocorrer oxidação plena e parcial, bem como pirólise conduzindo à produção de etano e metano.
Aumentos significativos na seletividade de reação para o produto oxigenado ou de nitrilo podem ser alcançados quando conduzida em um reator de microcanais de acordo com a invenção, em que o reator de microcanais é dotado de uma altura ou largura interna situada no diâmetro de resfriamento brusco, ou próximo do mesmo, para a reação em questão. 0 nivel de conversão do reagente de hidro- carboneto poderá ser cerca de 10% ou mais elevada, e em uma concretização cerca de 50% ou mais alta, e em uma concretização cerca de 75% ou mais alta, e em uma con- cretização cerca de 90% ou mais alta. 0 nivel de seletividade do produto deseja- do pode ser cerca de 40% ou mais alto, e em uma concre- tização pode ser cerca de 50% ou mais alto, e em uma concretização pode ser cerca de 60% ou mais alto, e em uma concretização pode ser cerca de 70% ou mais alto, e em uma concretização pode ser cerca de 80% ou mais al- to, e em uma concretização pode ser cerca de 85% ou mais alto, e em uma concretização pode ser cerca de 90% ou mais alto, e em uma concretização pode ser cerca de 95% ou mais alto. Em uma concretização, o nível de se- letividade para o produto desejado pode estar na faixa de cerca de 50% até cerca de 95%, e em uma concretiza- ção cerca de 75% até cerca de 95%. 0 rendimento do produto desejado poderá ser cerca de 40% ou mais alto por ciclo, e em uma con- cretização cerca de 50% ou mais alto, e em uma concre- tização cerca de 60% ou mais alto, e em uma concretiza- ção cerca de 70% ou mais alto por ciclo, e em uma con- cretização cerca de 80% ou mais alto, e em uma concre- tização cerca de 85% ou mais alto, e em uma concretiza- ção cerca de 90% ou mais alto por ciclo. 0 temo "ci- clo" é usado neste contexto para fazer referência a uma única passagem dos reagentes através dos microcanais de processo.
De acordo com uma concretização, o nível de conversão do reagente de hidrocarboneto é de pelo menos cerca de 95%, o nível de seletividade do produto desejado é de pelo menos cerca de 95%, e o rendimento do produto desejado é de pelo menos cerca de 90%, por ciclo.
De acordo com uma concretização, o proces- so é conduzido em um reator que contém uma pluralidade de canais permutadores de calor que operam em paralelo, a queda de pressão total para o fluido permutador de calor que flui através dos canais permutadores de calor atinge até cerca de 10 atmosferas, e em uma concretiza- ção até cerca de 5 atmosferas, e em uma concretização até cerca de 2 atmosferas.
De acordo com uma concretização, a efici- ência térmica do permutador de calor utilizado no rea- tor de microcanais é suficiente para a temperatura da corrente de saída de produto (por exemplo, corrente de produto 130 na Figura 1, ou corrente de produto 320 na Figura 3A) ficar situada dentro de cerca de 100°C da temperatura da corrente de entrada de reagente e/ou corrente de oxidante (por exemplo, corrente de reagente 120 e/ou corrente de oxidante 122 na Figura 1, ou cor- rente de reagente 316 e/ou corrente de oxidante 318 na Figura 3A}, e em uma concretização dentro de cerca de 75°C, e em uma concretização dentro de cerca de 50°C, e em uma concretização dentro de cerca de 25°C, e em uma concretização dentro de cerca de 10°C.
Diferentemente dos vasos de reação conven- cionais para oxidações e amoxidações que têm de levar em consideração a possibilidade de explosões para mis- turas de oxigênio e hidrocarboneto, a possibilidade dessas explosões com o processo da invenção é de menor preocupação. Acredita-se que isto seja devido aos tem- pos de contacto de catalisador relativamente breve em- pregados nos microcanais de processo, ao resfriamento adicionado proporcionado pela Etapa (B) do processo, e às dimensões dos microcanais que os tornam efetivos pá- ra-chamas que impedem a propagação das reações de com- bustão e chamas que normalmente conduziríam a explosões e/ou detonações. Assim, com o processo da invenção é permissível operar pelo menos parcialmente na faixa de explosão sem incorrer em uma explosão.
Exemplos 1-8 Nos exemplos 1-8 seguintes, utiliza-se o processo de reação ilustrado nas Figuras 3A e 3B. 0 reator de mícrocanais 300 é fabricado a partir de seis peças distintas: o núcleo 301 de reator de microca- nais,cabeçote de reagente 302, cabeçote de oxidante 304, pedestal de produto 306, cabeçote de permutador de calor 310 e pedestal de permutador de calor 312. Cada peça é fabricada a partir de aço inoxidável 316. al- ternativamente, outras ligas de aço, Inconel 617 ou ou- tras ligas de níquel, FeCrAlY ou outras ligas de alta temperatura poderíam ser usadas. O cabeçote de reagen- te, cabeçote de oxidante e pedestal de produto têm um traçado e construção comuns. O cabeçote de permutador de calor e pedestal de permutador de calor têm um tra- çado e construção comuns. Os cabeçotes e pedestais são formados pela usinagem de um escaninho em um bloco só- lido utilizando uma fresagem de topo. Alternativamen- te, os cabeçotes e pedestais poderão ser fabricados por meio de soldagem a partir de tubo padrão, ou qualquer método que seja adequado para o material de construção e dimensão global do dispositivo, incluindo empilhamen- to e aglutinação de folhas laminadas. O núcleo de reator de mícrocanais 301 é fabricado utilizando-se arquitetura de folhas de micro- componentes. 0 núcleo de reator de mícrocanais 301 contém duas zonas, zona de reator 307, e zona de cole- tor de distribuição e recuperador 308. Estas zonas são diferenciadas principalmente pelo fato de que na zona de reator 307 microcanais permutadores de calor 380 e 390 estendem-se em planos alternados aos microcanais de oxidante 360 e microcanais de processo 340 e 350. O catalisador está presente nos microcanais de processo 340 e 350 na zona de reação 307 na forma de um leito de pó adensado. Alternativamente, o catalisador podería estar na forma de uma espuma, feltro bucha ou inserto revestido. O catalisador podería ser diretamente re- vestido nas paredes internas dos microcanais de proces- so 340 e 350. O reator de núcleo de microcanais 301 é montado mediante a junção combinada de todas as folhas de microcomponentes por meio de aglutinação mediante difusão. Alternativamente, as folhas poderão ser uni- das por meio de soldagem de difusão, por solda forte, por soldagem a laser ou outras técnicas adequadas. O cabeçote de reagente 302, cabeçote de oxidante 304, pe- destal de produto 306 e cabeçote de permutador de calor 310 e pedestal de permutador de calor 312 são fixados ao reator de núcleo de microcanais 301 por soldagem co- mum ou solda forte. Alternativamente, o cabeçote de reagente, cabeçote de oxidante, pedestal de produto, e o cabeçote e pedestal de permutador de calor podem ser fixados ao reator de núcleo de microcanais durante a etapa de junção. A composição de reagente que compreende o reagente de hidrocarboneto, e opcionalmente amônia, flui para o reator de microcanais 300 através do cabe- çote de reagente 302, conforme indicado pela seta dire- cional 316, O oxigênio ou fonte de oxigênio flui para o reator de microcanais 300 através do cabeçote de oxi- dante 304, tal como indicado pela seta direcional 318. O reagente de hidrocarboneto, oxigênio ou fonte de oxi- gênio, e opcionalmente amônia, fluem dentro e através do coletor de distribuição e recuperador 308 dentro da zona de reator 307, em que eles entram em contacto com o catalisador e reagem para formarem o produto deseja- do. 0 produto flui proveniente da zona de reator 307 através de um coletor de distribuição interno para o recuperador 308, onde pode ocorrer resfriamento brusco do produto, então para o pedestal de produto 306, e do pedestal de produto 306, opcionalmente através do apa- relho de resfriamento brusco 314, tal como indicado pe- las setas direcionais 320 e 322. Um fluido permutador de calor flui para dentro do cabeçote de permutador de calor 310, como indicado pela seta direcional 324, e então do cabeçote de permutador de calor 310 através do núcleo de reator de microcanais 301 para o pedestal de permutador de calor 312, e então para fora do pedestal de permutador de calor 312, conforme indicado pela seta direcional 326. Dentro do núcleo de reator de microca- nais 301, o oxigênio ou fonte de oxigênio é adicionado ao reagente de hidrocarboneto, e opcionalmente amônia, utilizando-se adição escalonada conforme ilustrada na Figura 3B e como discutida anteriormente.
Exemplo 1 0 reagente de hidrocarboneto é etileno. A fonte de oxigênio é ar. 0 oxigênio é misturado com o etileno utilizando-se adição escalonada, sendo a rela- ção volumétrica de ar para etileno, quando plenamente misturados, da ordem de 86:14. 0 catalisador é um ca- talisador de oxidação. 0 fluido permutador de calor é Dowtherm A. 0 fluido permutador de calor é submetido a ebulição parcial nos microcanais permutadores de calor 380 e 390. O etileno e ar são preaquecidos para uma temperatura de 100°C. O etileno flui através do cabe- çote 302 para as zonas de reação 342 e 352 dos microca- nais de processo 340 e 350, respectivamente. 0 ar flui através do cabeçote 304 para dentro do microcanal de oxidante 360. O ar flui através do microcanal de oxi- dante 360 para os orifícios 370, e através dos orifí- cios 370 para as zonas de reação 342 e 352 onde ele se mistura com o etileno. O etileno e ar contactam o ca- talisador e são submetidos a reação para formarem um produto que compreende ácido acético. 0 tempo de con- tacto do catalisador é 50 ms. 0 produto sai das zonas de reação 342 e 352 a uma temperatura de 285°C. O pro- duto é resfriado bruscamente para uma temperatura de 125°C em 50 milissegundos no recuperador 308.
Exemplo 2 A composição de reagente contém uma mistu- ra de etileno, ácido acético, água e nitrogênio, sob uma relação volumétrica de 50:20:1:21. A fonte de oxi- gênio é oxigênio. O oxigênio é misturado com a compo- sição de reagente utilizando-se adição escalonada, sen- do a relação volumétrica de composição de reagente para o oxigênio, quando plenamente misturados, da ordem de 92:8. 0 catalisador é um catalisador de oxidação. 0 fluido permutador de calor é Dowtherm A. 0 fluido per- mutador de calor é submetido a ebulição parcial nos mi- crocanaís permutadores de calor 380 e 390. A composi- ção de reagente e oxigênio são preaquecidos para uma temperatura de 100°C. A composição de reagente flui através do cabeçote 302 para as zonas de reação 342 e 352 dos microcanais de processo 340 e 350, respectiva- mente. 0 oxigênio flui através do cabeçote 304 para dentro do microcanal de oxidante 360. O oxigênio flui através do microcanal de oxidante 360 para os orifícios 370, e através dos orifícios 370 para as zonas de rea- ção 342 e 352 onde ele se mistura com a composição de reação. A composição de reagente e oxigênio contactam o catalisador e são submetidos a reação para formarem um produto que compreende acetato de vinilo. O tempo de contacto do catalisador é 50 ms. O produto sai das zonas de reação 342 e 352 a uma temperatura de 160°C. 0 produto é resfriado bruscamente para uma temperatura de 110°C em 50 milissegundos no recuperador 308.
Exemplo 3 O reagente de hidrocarboneto é propileno. A fonte de oxigênio é ar. O ar é misturado com o pro- pileno utilizando-se adição escalonada, sendo a relação volumétrica de ar para propileno, quando plenamente misturados, da ordem de 94:6. 0 catalisador é um cata- lisador de oxidação. 0 fluido permutador de calor é Dowtherm A. 0 propileno e ar são preaquecidos para uma temperatura de 200QC. 0 propileno flui através do ca- beçote 302 para as zonas de reação 342 e 352 dos micro- canais de processo 340 e 350, respectivamente. O ar flui através do cabeçote 304 para dentro do microcanal de oxidante 360. O ar flui através do microcanal de oxidante 360 para os orifícios 370, e através dos ori- fícios 370 para as zonas de reação 342 e 352 onde ele se mistura com o propileno. O propileno e ar contactam o catalisador e são submetidos a reação para formarem um produto que compreende acroleína. O tempo de con- tacto do catalisador é 50 ms. O produto sai das zonas de reação 342 e 352 a uma temperatura de 360°C. O pro- duto é resfriado bruscamente para uma temperatura de 210°C no recuperador 308. 0 produto é então resfriado bruscamente para uma temperatura de 100°C em 50 milis- segundos no aparelho de resfriamento brusco 314.
Exemplo 4 A composição de reagente contém acroleína e vapor sob uma relação volumétrica de 6:10. A fonte de oxigênio é ar. O ar é misturado com a composição de reagente utilizando-se adição escalonada, sendo a rela- ção volumétrica de ar para composição de reagente, quando plenamente misturados, da ordem de 84:16. O ca- talisador é um catalisador de oxidação. O fluido per- mutador de calor é Dowtherm A. A composição de reagen- te e ar são preaquecídos para uma temperatura de 100°C. A composição de reagente flui através do cabeçote 302 para as zonas de reação 342 e 352 dos microcanais de processo 340 e 350, respectivamente. O ar flui através do cabeçote 304 para dentro do microcanal de oxidante 360. O ar flui através do microcanal de oxidante 360 para os orifícios 370, e através dos orifícios 370 para as zonas de reação 342 e 352 onde ele se mistura com a composição de reação. A composição de reagente e ar contactam o catalisador e são submetidos a reação para formarem um produto que compreende ácido acrílico. O tempo de contacto do catalisador é de 50 ms. O produto sai das zonas de reação 342 e 352 a uma temperatura de 275°C. O produto é resfriado bruscamente para uma tem- peratura de 50°C em 50 milissegundos no recuperador 308.
Exemplo 5 A composição de reagente contém propano e vapor sob uma relação volumétríca de 25:65. A fonte de oxigênio é oxigênio. O oxigênio é misturado com a com- posição de reagente utilizando-se adição escalonada, sendo a relação volumétríca de oxigênio para a composi- ção de reagente, quando plenamente misturados, da ordem de 10:90. 0 catalisador é um catalisador de oxidação. O fluido permutador de calor é vapor. A composição de reagente e oxigênio são preaquecídos para uma tempera- tura de 200°C. A composição de reagente flui através do cabeçote 302 para as zonas de reação 342 e 352 dos microcanais de processo 340 e 350, respectivamente. O oxigênio flui através do cabeçote 304 para dentro do microcanal de oxidante 360. O oxigênio flui através do microcanal de oxidante 360 para os orifícios 370, e a- través dos orifícios 370 para as zonas de reação 342 e 352 onde ele se mistura com a composição de reação. A composição de reagente e oxigênio contactam o catalisa- dor e são submetidos a reação para formarem um produto que compreende ácido acrílico. O tempo de contacto do catalisador é 50 ms. O produto sai das zonas de reação 342 e 352 a uma temperatura de 400°C. O produto é res- friado bruscamente para uma temperatura de 210°C em 50 milissegundos no recuperador 308. O produto é resfria- do bruscamente para uma temperatura de 50°C em 50 mi- lissegundos no aparelho de resfriamento brusco 314.
Exemplo 6 A composição de reagente contém propeno, nitrogênio e vapor sob uma relação volumétrica de 6,7:62:20. A fonte de oxigênio é oxigênio. 0 oxigênio é misturado com a composição de reagente utilizando-se adição escalonada, sendo a relação volumétrica de oxi- gênio para a composição de reagente, quando plenamente misturados, da ordem de 11,3:88,7. O catalisador é um catalisador de oxidação. 0 fluido permutador de calor é Dowtherm A. A composição de reagente e oxigênio são preaquecidos para uma temperatura de 200°C. A composi- ção de reagente flui através do cabeçote 302 para as zonas de reação 342 e 352 dos microcanais de processo 340 e 350, respectivamente. 0 oxigênio flui através do cabeçote 304 para dentro do microcanal de oxidante 360. O oxigênio flui através do microcanal de oxidante 360 para os orifícios 370, e através dos orifícios 370 para as zonas de reação 342 e 352 onde ele se mistura com a composição de reação. A composição de reagente e oxi- gênio contactam o catalisador e são submetidos a reação para formarem um produto que compreende ácido acrílico. O tempo de contacto do catalisador é 50 ms. O produto sai das zonas de reação 342 e 352 a uma temperatura de 360°C. O produto é resfriado bruscamente para uma tem- peratura de 225°C no recuperador 308. O produto é res- friado bruscamente para uma temperatura de 50°C em 50 mílissegundos no aparelho de resfriamento brusco 314.
Exemplo 7 0 reagente de hidrocarboneto é xileno. A fonte de oxigênio é oxigênio. O oxigênio é misturado com o xileno utilizando-se adição escalonada, sendo a relação volumétrica de oxigênio para o xileno, quando plenamente misturados, da ordem de 99:1. O catalisador é um catalisador de oxidaçâo. O fluido permutador de calor é vapor. 0 xileno e oxigênio são preaquecidos para uma temperatura de 120°C. O xileno flui através do cabeçote 302 para as zonas de reação 342 e 352 dos microcanais de processo 340 e 350, respectivamente. O oxigênio flui através do cabeçote 304 para dentro do microcanal de oxidante 360. O oxigênio flui através do microcanal de oxidante 360 para os orifícios 370, e a- través dos orifícios 370 para as zonas de reação 342 e 352 onde ele se mistura com o xileno. O xíleno e oxi- gênio contactam o catalisador e são submetidos a reação para formarem um produto que compreende anidrido itáli- co. O tempo de contacto do catalisador é 50 ms. O produto sai das zonas de reação 342 e 352 a uma tempe- ratura de 450°C. O produto é então resfriado brusca- mente para uma temperatura de 175°C no recuperador 308. O produto é resfriado bruscamente para uma temperatura de 50°C em 50 milissegundos no aparelho de resfriamento brusco 114.
Exemplo 8 A composição de reagente contém propano e amônia sob uma relação volumétrica de 6:7. A fonte de oxigênio é ar. O ar é misturado com a composição de reagente utilizando-se adição escalonada, sendo a rela- ção volumétrica de ar para a composição de reagente quando plenamente misturados da ordem de 87:13. O ca- talisador é um catalisador de amoxidação. O fluido permutador de calor é vapor. A composição de reagente e oxigênio são preaquecidos para uma temperatura de 150°C. A composição de reagente flui através do cabe- çote 302 para as zonas de reação 342 e 352 dos microca- nais de processo 340 e 350, respectivamente. O ar flui através do cabeçote 304 para dentro do microcanal de oxidante 360. O ar flui através do microcanal de oxi- dante 360 para os orifícios 370, e através dos orifí- cios 370 para as zonas de reação 342 e 352 onde ele se mistura com a composição de reação. A composição de reagente e ar contactam o catalisador e são submetidos a reação para formarem um produto que compreende acri- lonitrilo. O tempo de contacto do catalisador é 50 ms. 0 produto sai das zonas de reação 342 e 352 a uma tem- peratura de 460°C. O produto é resfriado bruscamente para uma temperatura de 160°C em 50 milissegundos no recuperador 308.
Exemplos 9~12 Nos Exemplos 9-12 seguintes, utiliza-se o processo de reação ilustrado na Figura 2. Nestes exem- plos, o reagente de hidrocarboneto, e oxigênio ou fonte de oxigênio, e opcionalmente amônia, são previamente misturados e preaquecidos antes do seu ingresso nos mi- crocanais de processo. Quando da entrada nos microca- nais de processo, os reagentes contactam um catalisador e são submetidos a uma reação exotérmica para formar um produto desejado. Os microcanais de processo são sub- metidos a resfriamento durante esta reação utilizando- se um permutador de calor adjacente. O produto é então resfriado bruscamente. Os microcanais de processo têm uma zona de reação que contém o catalisador, e uma zona de canal a jusante do catalisador em que o produto é submetido a resfriamento antes de sair dos microcanais de processo.
Exemplo 9 O reagente de hidrocarboneto é etano. A fonte de oxigênio é oxigênio. 0 oxigênio é misturado com o etano, sendo a relação volumétrica de oxigênio para etano da ordem de 18:82. 0 catalisador é um cata- lisador de oxidação. 0 fluido permutador de calor é ar. 0 etano e oxigênio são preaquecidos para uma tem- peratura de 200°C e então fluem para dentro dos micro- canais de processo onde eles contactam o catalisador e são submetidos a uma reação exotérmica para formarem um produto que compreende ácido acético. 0 tempo de con- tacto do catalisador é 50 ms. O produto sai da zona de reação dentro dos microcanaís de processo a uma tempe- ratura de 260°C e sai da zona de canais dentro dos mi- crocanais de processo sob uma temperatura de 210°C. 0 produto é resfriado bruscamente para uma temperatura de 50°C em 50 milissegundos no aparelho de resfriamento brusco 136.
Exemplo 10 0 reagente de hidrocarboneto é propano. A fonte de oxigênio é ar. O ar é misturado com o propa- no, sendo a relação volumétrica de ar para propano da ordem de 20:80. 0 catalisador é um catalisador de oxi- dação. O fluido permutador de calor é vapor. 0 propa- no e ar são preaquecidos para uma temperatura de 200°C e então fluem para dentro dos microcanaís de processo onde eles contactam o catalisador e são submetidos a uma reação exotérmica para formarem um produto que com- preende ácido acroleína. O tempo de contacto do cata- lisador é 25 ms. O produto sai da zona de reação den- tro dos microcanais de processo a uma temperatura de 480°C e sai da zona de canais dentro dos microcanais de processo sob uma temperatura de 220°C. 0 produto é resfriado bruscamente para uma temperatura de 100°C em 50 milissegundos no aparelho de resfriamento brusco 136.
Exemplo 11 A composição de reagente contém uma mistu- ra de n-butano e água sob uma relação volumétrica de 1:1. A fonte de oxigênio é ar. O ar é misturado com a composição de reagente, sendo a relação volumétrica de ar para a composição de reagente da ordem de 98:2. O catalisador é um catalisador de oxidação. O fluido permutador de calor é vapor. A composição de reagente e ar são preaquecidos para uma temperatura de 200°C e então fluem para dentro dos microcanais de processo on- de eles contactam o catalisador e são submetidos a uma reação exotérmica para formarem um produto que compre- ende anidrido maléico. O tempo de contacto do catali- sador é 50 ms. O produto sai da zona de reação dentro dos microcanais de processo a uma temperatura de 460°C e sai da zona de canais dentro dos microcanais de pro- cesso sob uma temperatura de 220°C. O produto é res- friado bruscamente para uma temperatura de 150°C em 50 milissegundos no aparelho de resfriamento brusco 136.
Exemplo 12 A composição de reagente contém uma mistu- ra de propileno e amônia sob uma relação volumétrica de 8,5:10,5. A fonte de oxigênio é ar. O ar é misturado com a composição de reagente, sendo a relação volumé- trica de ar para a composição de reagente da ordem de 81:19. O catalisador é um catalisador de amoxidação. O fluido permutador de calor é vapor. A composição de reagente e ar são preaguecidos para uma temperatura de 200°C e então fluem para dentro dos microcanais de pro- cesso onde eles contactam o catalisador e são submeti- dos a uma reação exotérmica para formarem um produto que compreende acrilonitrilo. 0 tempo de contacto do catalisador é 50 ms. O produto sai da zona de reação dentro dos microcanais de processo a uma temperatura de 440°C e sai da zona de canais dentro dos microcanais de processo sob uma temperatura de 220°C. O produto é resfriado bruscamente para uma temperatura de 150°C em 50 milissegundos no aparelho de resfriamento brusco 136.
Muito embora a invenção fosse exposta cora relação a várias concretizações detalhadas, deverá fi- car entendido que várias modificações da mesma serão evidentes para aqueles versados na técnica quando da leitura do relatório. Conseqüentemente, deverá ficar entendido que a invenção exposta neste contexto preten- de abranger todas as modificações que incidirem no es- copo das reivindicações anexas.

Claims (80)

1. Processo para converter um reagente de hidrocarboneto em um produto que compreende um oxigenado ou um nitrilo caracterizado pelo fato de compreender: (A) fazer fluir uma composição reagente que compreende o reagente de hidrocarboneto, e oxigênio ou uma fonte de oxigênio, e opcionalmente amônia, em um reator de microcanais em contato com um catalisador para converter o reagente de hidrocarboneto no produto, o reagente de hidrocarboneto sendo submetido a uma reação exotérmica no reator de microcanais, o reator de microcanais compreendendo uma pluralidade de microcanais de processo que contêm o catalisador; (B) transferir calor do reator de microcanais para um trocador de calor durante a etapa (A); e (C) (i) resfriar bruscamente a reação por resfriamento do produto proveniente da etapa (A) a uma temperatura na faixa de 50°C a 300°C por um período de tempo na faixa de 5 a 100 ms; ou (ii) o reagente de hidrocarboneto e opcionalmente a amônia fluem nos microcanais de processo, o oxigênio ou fonte de oxigênio sendo adicionado ao reagente de hidrocarboneto e opcionalmente amônia utilizando adição por estágio em que o oxigênio, ou a fonte de oxigênio, é adicionado ao reagente de hidrocarboneto e opcionalmente amônia em diferentes pontos ao longo do comprimento dos microcanais de processo; ou (iii) o trocador de calor compreendendo microcanais de troca de calor em contato térmico com os microcanais de processo, um fluido de troca de calor estando nos microcanais de troca de calor, o fluido de troca de calor passando por uma mudança de fase nos microcanais de troca de calor.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os microcanais de processo são adjacentes aos microcanais de troca de calor.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição reagente entra nos microcanais de processo e o produto sai dos microcanais de processo, a temperatura da composição reagente entrando nos microcanais de processo sendo dentro de 200°C da temperatura do produto saindo dos microcanais de processo.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição de reagente é preaquecida antes da etapa (A).
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição reagente e o oxigênio ou a fonte de oxigênio são misturados antes da etapa (A).
6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição reagente e o oxigênio ou a fonte de oxigênio são misturados durante a etapa (A).
7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reator de microcanais compreende um coletor contendo uma passagem de fluxo para entrada do fluido nos microcanais de processo e uma base contendo uma passagem de fluxo para o fluido deixar os microcanais de processo.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada microcanal de processo tem uma dimensão interna de largura ou de altura de até 10 mm.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um dos microcanais de processo tem uma entrada, uma saída e uma seção alongada que se estende entre a entrada e a saída, cada microcanal de processo compreendendo adicionalmente entradas adicionais na seção alongada, o oxigênio ou a fonte de oxigênio entram nos microcanais de processo através destas entradas adicionais.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os microcanais de processo são feitos de um material que compreende: aço, monel, inconel, alumínio, titânio, níquel, cobre, bronze, uma liga de qualquer um dos metais precedentes, um polímero, cerâmica, vidro, um compósito que compreende um polímero e fibra de vidro, quartzo, silício ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada micronanal de troca de calor tem uma dimensão interna de largura ou de altura de até lOmm.
12. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os microcanais de troca de calor são feitos de material que compreende: aço, monel, inconel, alumínio, titânio, níquel, cobre, bronze, uma liga de qualquer um dos metais precedentes, um polímero, cerâmica, vidro, um compósito que compreende um polímero e fibra de vidro, quartzo, silício ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
13. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que pelo menos um reagente entra nos microcanais de processo através de pelo menos uma entrada adicional compreendendo oxigênio ou fonte de oxigênio.
14. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o produto que sai do reator de microcanais encontra-se a uma temperatura na faixa de 100 a 1000°C, e durante a etapa (C) é resfriado para uma temperatura na faixa de 50 a 300°C em 5 a 100 milissegundos.
15. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reator de microcanais tem uma entrada e uma saida, o produto sai do reator de microcanais através da saida, e pelo menos parte do produto que sai do reator de microcanais é reciclado para a entrada do reator de microcanais.
16. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto compreende: um composto alifático saturado, um composto alifático insaturado, um aldeido, um composto aromático de alquila ou alquileno saturado ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
17. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto compreende um alcano que contém de 1 a 20 átomos de carbono por molécula.
18. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto compreende metano, etano, propano, isopropano, butano, isobutano, um pentano, um hexano, um heptano, um octano, um nonano, um decano ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
19. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto compreende um alqueno que contém de 2 a 2 0 átomos de carbono.
20. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto compreende etileno, propileno, 1-buteno, 2-buteno, isobutileno, 1-penteno, 2-penteno, 3-metil-l-buteno, 2- metil-2-buteno, 1-hexeno, 2,3-dimewtil-2-buteno, 1-hepteno, 1-octeno, 1-noneno, 1-deceno ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
21. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto compreende um polieno que contém de 3 a 2 0 átomos de carbono.
22. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto compreende 1,2-propadieno, 1,3-butadieno, 2-metil-l,3- butadieno, 1,3-pentadieno, 1,4-pentadieno, 1,5-hexadieno, 2,4-hexadieno, 2,3-dimetil-l,3-butadieno ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
23. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto compreende um aldeido que contém de 1 a 2 0 átomos de carbono.
24. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto compreende formaldeido, acetaldeido, propionaldeído, n- butiraldeido, n-valeraldeído, caproaldeido, acroleina, trans-2-cis-6-nonadienal, n-heptilaldeido, trans-2-hexenal, hexadeconal, benzaldeido, fenilacetaldeido, o-tolualdeido, m-tolualdeido, p-tolualdeido, salicilaldeido, p- hidroxibenzaldeido ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
25. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto compreende um composto aromático de alquila ou alquileno substituído.
26. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto compreende tolueno, o-xileno, m-xileno, p-xileno, hemimeliteno, pseudocumeno, mesitileno, prehniteno, isodureno, dureno, pentametilbenzeno, hexametilbenzeno, etilbenzeno, n-propilbenzeno, cumeno, n-butilbenzeno, isobutilbenzeno, sec-butilbenzeno, terc-butilbenzeno, p- cimeno, estireno ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
27. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição reagente compreende amônia.
28. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fonte de oxigênio compreende ar.
29. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição reagente compreende adicionalmente um material diluente.
30. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que os microcanais de processo são refrigerados utilizando-se um fluido de troca de calor que flui através dos canais de troca de calor.
31. Processo, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que o fluido de troca de calor é submetido a uma mudança de fase quando ele flui através dos canais de troca de calor.
32. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os microcanais de processo são resfriados por meio de uma reação quimica endotérmica conduzida nos microcanais de troca de calor.
33. Processo, de acordo com a reivindicação 32, caracterizado pelo fato de que a reação quimica endotérmica compreende uma reação de reforma de valor ou uma reação de desidrogenação.
34. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição reagente flui através dos microcanais de processo em uma primeira direção, e um fluido de troca de calor flui através dos canais de troca de calor em uma segunda direção, a segunda direção sendo orientada em corrente cruzada em relação à primeira direção.
35. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição reagente flui através do fluxo dos microcanais de processo em uma primeira direção, e um fluido de troca de calor flui através dos canais de troca de calor em uma segunda direção, a segunda direção sendo orientada em co-corrente em relação à primeira direção.
36. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a composição reagente de hidrocarboneto flui através dos microcanais de processo em uma primeira direção, e um fluido de troca de calor flui através dos microcanais de troca de calor em uma segunda direção, a segunda direção sendo orientada em contracorrente em relação à primeira direção.
37. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido de troca de calor flui através dos microcanais de troca de calor, o fluido de troca de calor compreendendo ar, vapor, água liquida, dióxido de carbono, nitrogênio gasoso, nitrogênio liquido, um hidrocarboneto gasoso ou um hidrocarboneto liquido.
38. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o catalisador compreende uma estrutura de escoamento ou uma estrutura de fluxo traspassante.
39. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os microcanais de processo têm uma superfície interior e o catalisador é revestido na superfície interior dos microcanais de processo.
40. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o catalisador está na forma de partículas sólidas, espuma, feltro, enchimento, em forma de favo, inserto fino ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
41. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o catalisador tem uma configuração de serpentina.
42. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o catalisador está na forma de uma estrutura de escoamento com um intervalo adjacente, uma espuma com um intervalo adjacente, uma estrutura de nervura com intervalos, um revestimento em um substrato inserido ou uma tela que fica paralela à direção de fluxo com um intervalo correspondente para fluxo.
43. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o catalisador compreende um suporte poroso, uma camada interfacial e um material catalítico.
44. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o catalisador compreende um suporte poroso, uma camada amortecedora, uma camada interfacial e um material catalítico.
45. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o catalisador compreende pelo menos um metal, óxido de metal ou óxido de metal misturado de um metal selecionado a partir do grupo que consiste de Mo, W, V, Nb, Sb, Sn, Pt, Pd, Cs, Zr, Cr, Mg, Mn, Ni, Co, Ce e misturas de dois ou mais dos mesmos.
46. Processo, de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de que o catalisador compreende adicionalmente um metal, óxido ou óxido de metal misturado de um metal alcalino ou alcalino-terroso, um metal de transição, um metal de terras raras, um lantanideo ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
47. Processo, de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de que o catalisador compreende adicionalmente P, Bi ou uma mistura dos mesmos.
48. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o catalisador compreende um suporte que compreende um óxido de metal, silica, material mesoporoso, material refratário ou uma combinação de dois ou mais dos mesmos.
49. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tempo de contato da composição reagente e/ou produto com o catalisador varia entre 0,1 milissegundos a 100 segundos.
50. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a temperatura da composição de reagente que entra nos microcanais de processo está na faixa de 150°C a 1000°C.
51. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pressão da composição de reagente que entra nos microcanais de processo está na faixa de 0,5 a 100 atmosferas.
52. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a velocidade espacial para o fluxo da composição de reagente e produto através dos microcanais de processo é pelo menos 100 h_1.
53. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o produto compreende um monol ou um poliol.
54. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o produto compreende metanol, álcool etilico, álcool propilico, álcool butilico, álcool isobutilico, álcool pentilico, álcool ciclopentilico, álcool crotílico, álcool hexilico, álcool ciclohexilico, álcool alílico, álcool benzílico, glicerol ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
55. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o produto compreende um epóxido.
56. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o produto compreende óxido de etileno, óxido de propileno, óxido de butileno, óxido de isobutileno, óxido de ciclopenteno, óxido de ciclohexeno, óxido de estireno ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
57. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o produto compreende um aldeido.
58. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o produto compreende formaldeido, acetaldeido, propionaldeido, n-butiraldeido, n-valeraldeido, caproaldeído, acroleina, trans-2-cis-6- nonadienal, n-heptilaldeído, trans-2-hexenal, hexadeconal, benzaldeido, fenilacetaldeido, o-tolualdeido, m- tolualdeido, p-tolualdeido, salicilaldeido, p- hidroxibenzaldeido ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
59. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o produto compreende um ácido carboxilico, um anidrido de ácido carboxilico ou uma mistura dos mesmos.
60. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o produto compreende ácido fórmico, ácido acético, ácido propiônico, ácido butirico, ácido isobutirico, ácido valérico, ácido capróico, ácido caprilico, ácido cáprico, ácido acrílico, ácido metacrilico, ácido benzóico, ácido toluico, ácido ftálico, ácido salicilico, anidrido acético, anidrido maléico, anidrido ftálico, anidrido benzóico ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
61. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o produto compreende um éster.
62. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o produto compreende acetato de metilo, acetato de vinilo, acetato de etilo, n-propil acetato, n-butil acetato, n-pentil acetato, isopentil acetato, benzil acetato, fenil acetato ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
63. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o produto compreende um nitrilo.
64. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o produto compreende formonitrilo, acrilonitrilo, metacrilonitrilo ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
65. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto fluido compreende metano, e o produto compreende metanol, formaldeido, formonitrilo ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
66. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto fluido compreende etano, e o produto compreende álcool etilico, óxido de etileno, ácido acético, acetato de vinilo ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
67. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto fluido compreende etileno, e o produto compreende álcool etilico, óxido de etileno, ácido acético, acetato de vinilo ou uma mistura de dois ou mais dos mesmos.
68. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto compreende propano, e o produto compreende óxido de propileno, ácido acrilico, acroleina, acrilonitrilo ou uma mistura dos mesmos.
69. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto fluido compreende propileno, e o produto compreende óxido de propileno, ácido acrilico, acroleina, acrilonitrilo ou uma mistura dos mesmos.
70. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto fluido compreende n-butano, e o produto compreende n- butanol, anidrido maléico ou uma mistura dos mesmos.
71. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto fluido compreende n-buteno, e o produto compreende n- butanol, anidrido maléico ou uma mistura dos mesmos.
72. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto fluido compreende isobutano, e o produto compreende isobutanol, ácido metacrilico, metacrilonitrilo ou uma mistura dos mesmos.
73. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto fluido compreende isobutileno, e o produto compreende isobutanol, ácido metacrilico, metacrilonitrilo ou uma mistura dos mesmos.
74. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto fluido compreende tolueno, e o produto compreende álcool benzilico, benzaldeído, ácido benzóico, ou uma mistura dos mesmos.
75. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto fluido compreende xileno, e o produto compreende ácido toluico, ácido ftálico, anidrido ftálico ou uma mistura dos mesmos.
76. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto fluido compreende ciclopenteno, e o produto compreende óxido de ciclopenteno.
77. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto fluido compreende ciclohexeno, e o produto compreende óxido de ciclohexeno.
78. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto fluido compreende estireno, e o produto compreende óxido de estireno.
79. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o reagente de hidrocarboneto fluido compreende acroleina e o produto compreende ácido acrilico.
80. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um fluido de troca de calor flui através dos microcanais de troca de calor, a queda de pressão total para o fluido de troca de calor que flui através dos canais de troca de calor sendo de até 10atmosferas.
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