BRPI0710432A2

BRPI0710432A2 - sistema de reator para a reação de fase gasosa de pelo menos duas correntes de alimentação de fluido em uma correntes de produto

Info

Publication number: BRPI0710432A2
Application number: BRPI0710432-4A
Authority: BR
Inventors: Nathan A Pawlak; Robert W Carr; Roger J Grunch
Original assignee: Gas Tech Llc
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2007-02-19
Publication date: 2011-08-09
Also published as: MX2008014389A; MY146553A; MX2008014384A; BRPI0710435A2; BRPI0710431A2; MY146551A; MY151270A; MX2008014386A

Abstract

SISTEMA DE REATOR PARA A REAçAO DE FASE GASOSA DE PELO MENOS DUAS CORRENTES DE ALIMENTAçAO DE FLUIDO EM UMA CORRENTE DE PRODUTO. Trata-se de um sistema de reator para a reação de fase gasosa de pelo menos duas correntes de alimentação de fluido, onde o sistema de reator tem uma câmara de reação retromisturação injetivamente misturada em comunicação fluida com reator de fluxo tubular. A câmara de reação de retromisturação injetivamente misturada tem um anteparo que deslize durante a operação em tempo real para diminuir ou então expandir o volume interno da câmara de reação de retromisturação. Em uma realização, o espaço de passagem eficaz através do anteparo também pode ser ajustado de maneira variável. Em uma outra realização, o reator de fluxo tubular compartilha o anteparo de modo que o movimento axial do anteparo expande comensuravelmente um espaço de reação enquanto diminui o outro espaço de reação. As correntes do gás de entrada entram na câmara de reação de retromisturação com uma velocidade suficiente para agitar de maneira turbulenta o conteúdo da câmara de reação de retromisturação injetivamente misturada ao misturar de maneira injetiva a corrente de alimentação de gás contendo alcano e a corrente de alimentação de gás contendo oxigênio. Uma aplicação focal é para a conversão oxidativa direta (parcial) do gás natural em oxigenados de alquila.

Description

SISTEMA DE REATOR PARA A REAÇÃO DE FASE GASOSA DEPELO MENOS DUAS CORRENTES DE ALIMENTAÇÃO DE FLUIDO EM UMACORRENTE DE PRODUTO

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um aparelho parareagir duas correntes fluidas gasosas (por exemplo, semlimitação, gás natural e oxidante sob as condições paraotimizar a formação de oxigenados de alquila desejados, talcomo o metanol). Mais especificamente, as realizaçõesreferem-se a um sistema de reator que permite o controleindividualizado de uma sub-reação de indução de radicaislivres primária separadamente das sub-reações subseqüentesque respondem aos radicais livres induzidos. Uma área focaide aplicação para tal sistema de reator refere-se à conversãodireta de oxidação (sob condições de oxidação parcial) de umalcano C1-C4 e oxigênio em um oxigenado de alquila e, maisparticularmente, de metano em metanol onde um conjuntoinicial de radicais livres de metila é gerado primeiramente,promovendo subseqüentemente uma série substancial de sub-reações de etapas cinéticas derivadas.

A prática industrial atual para a produção dometanol é um processo químico do tipo Fischer-Tropsch de duasetapas. A primeira etapa é a reforma endotérmica do metano apartir do gás natural em monóxido de carbono e hidrogênio,seguida por uma segunda etapa que consiste em uma reaçãocatalisada por sólido entre o monóxido de carbono e ohidrogênio para a formação do metanol. Esta tecnologia requerenergia intensiva, e a economia do processo é desfavorávelpara todas com exceção das fábricas de metanol em largaescala.

Vários métodos e aparelhos para a conversão dometano em metanol são conhecidos. A realização de umaconversão da fase de vapor do metano em um gás de síntese(mistura de CO e H2) com a sua conversão catalíticasubseqüente em metanol é conhecida, conforme descrito, porexemplo, em Karavaev M. M., Leonov B. E., et al "Technologyof Synthetic Methanol", Moscow, "Chemistry" 1984, páginas 72-125. No entanto, a fim de praticar este processo, énecessária a provisão de um equipamento complicado, opreenchimento de requisitos elevados para a pureza do gás, ogasto de quantidades elevadas de energia para obter o gás desíntese e para sua purificação, e um número significativo deestágios intermitentes do processo. Além disso, para empresasmédias e pequenas com a capacidade de menos de 2.000toneladas/dia, isto não é economicamente viável.

A Patente Russa n°. 2.162.460 inclui uma fonte degás contendo hidrocarboneto, um compressor e um aquecedorpara a compressão e o aquecimento do gás, e uma fonte de gáscontendo oxigênio com um compressor. Inclui adicionalmentereatores arranjados sucessivamente com zonas de mistura e dereação alternadas e um dispositivo para prover o gás contendohidrocarboneto em uma primeira zona de mistura do reator e ogás contendo oxigênio em cada zona de mistura, um trocador decalor recuperador para a refrigeração da mistura de reaçãoatravés de uma parede por uma corrente de gás contendohidrocarboneto frio do gás contendo hidrocarboneto aquecidopara um aquecedor, um líquido refrigerante-condensador, umcondensador parcial para a separação dos gases residuais e deprodutos líquidos com uma separação subseqüente do metanol,uma tubulação para a alimentação do gás residual no gáscontendo hidrocarboneto inicial e uma tubulação para aalimentação de produtos contendo oxigênio residuais naprimeira zona de mistura do reator.

Neste aparelho, no entanto, a retirada rápida docalor da reação de oxidação altamente exotérmica do gáscontendo hidrocarboneto não é executável por causa daslimitações inerentes do trocador de calor. Isto conduz ànecessidade de uma redução na quantidade do gás contendohidrocarboneto provido e, adicionalmente, reduz o grau deconversão do gás contendo hidrocarboneto. Além disso, atémesmo com a utilização de oxigênio como um oxidante, não épossível prover uma recirculação eficiente do gás contendohidrocarboneto devido ao rápido aumento da concentração deóxidos de carbono. Uma parte significativa do oxigênioprovido é desperdiçada para a oxidação do CO em CO2 e reduz,desse modo, adicionalmente, o grau de conversão do gáscontendo hidrocarboneto inicial para produtos úteis e provêum superaquecimento adicional da mistura de reação. 0aparelho também requer a queima de uma quantidade adicionaldo gás contendo hidrocarboneto inicial a fim de prover asnecessidades de utilidade de uma retificação de produtoslíquidos. Uma vez que é necessário refrigerar a mistura degás-líquido após cada reator para a separação de produtoslíquidos e o aquecimento subseqüente antes de um reatorseguinte, o aparelho é substancialmente complicado e o númerode unidades é aumentado.

Um outro método e outro aparelho para produzir ometanol são descritos no documento de patente RU 2.200.731,em que o gás contendo hidrocarboneto comprimido e aquecido eo gás contendo oxigênio comprimido são introduzidos em zonasde mistura de reatores sucessivamente arranjados, e a reaçãoé executada com uma captação de calor controlada mediante arefrigeração a mistura de reação com condensado de água, demodo que o vapor seja obtido, e um grau de refrigeração damistura de reação é regulado por parâmetros de escape devapor, que é utilizado no estágio de retificação do produtolíquido.

Outros documentos de patente tais como as PatentesNorte-americanas n°. 2.196.188, 2.722.553, 4.152.407,4.243.613, 4.530.826, 5.177.279, 5.959.168 e a PublicaçãoInternacional WO 96/06901 descrevem soluções adicionais paraa transformação dos hidrocarbonetos.

Também há uma necessidade quanto a um processo de etapa única que também seja apropriado para o processamentoem pequena escala, superando as limitações de escala doprocesso do método de Fischer Tropsch e também tornando o"gás encalhado" um produto valioso. Esta abordagem empregauma reação de oxidação parcial homogênea, de fase gasosa,realizada ao contato do gás natural e um oxidante, com ooxidante como reagente limitador. Os produtos mais abundantessão o metanol e o formaldeído, que provêm do metano, ocomponente principal do gás natural. Quantidades menores deetanol e outros compostos orgânicos oxigenados são formadospela oxidação do metano, do etano, do propano e dehidrocarbonetos superiores que são todos constituintesmenores do gás natural. Estes produtos de reação são todoslíquidos, e são transportáveis a um local central para aseparação e/ou a utilização subseqüente como combustíveis oucomo intermediários químicos. Uma característica primordialde tais processos é que a química do processo pode serexecutada em campo em locais remotos.

A Patente Norte-americana n° . 4.618.732 ("Directconversion of natural gas to methanol by controlledoxidation" a Gesser, et al.) descreve um processo paraconverter o gás natural em metanol. A seletividade para ometanol é indicada como resultante da pré-mistura cuidadosado metano e do oxigênio juntamente com a utilização dereatores revestidos com vidro para minimizar interações com oequipamento de processamento durante a reação. A necessidadede mistura antes da entrada em um reator para a iniciação dareação é indicada no seguinte trecho:"A mistura de gases ocorre preferivelmente em umacâmara de pré-mistura ou "de cruzamento" de volumerelativamente pequeno e passa então através de uma seçãocurta de pré-reator antes de entrar na zona de reaçãoaquecida. No entanto, ao misturar gases ã alta pressão em umvolume relativamente pequeno, o fluxo laminar ocorrefreqüentemente com o oxigênio ou o ar, formando uma correntehomogênea estreita dentro do fluxo geral do gás natural. Ooxigênio ou o ar tem pouca possibilidade de se dispersaratravés da corrente de reação antes de atingir a zona dereação. Sem desejar ficar limitado pela teoria, quando istoocorre, é postulado que o gás natural é oxidado inicialmenteem metanol, que é adicionalmente oxidado, na periferia dacorrente de oxigênio, isto é, em um ambiente rico emoxigênio, em produtos de oxidação superiores".

A Patente Norte-americana n°. 4.618.732 concedida aGesser também enfatiza a necessidade de manter a reação apartir da iniciação até que a mistura esteja terminada (---"mistura do oxigênio e do gás natural antes de sua introduçãoem um reator").

A Patente Norte-americana n°. 4.982.023 ("Oxidationof methane to methanol" a Han, et al.) estabelece que umapluralidade de reações está ocorrendo na oxigenação direta dometano em metanol. Sob este aspecto, a Patente Norte-americana n° . 4.982.023 indica alguma consideração comrelação aos problemas da cinética de reação na discussão doassunto dessa patente:

"Acredita-se que o mecanismo da formação do metanolenvolva o radical de metilperóxi (CH3OO) que abstrai ohidrogênio do metano. Infelizmente, até agora, os rendimentospor passe foram limitados. Este rendimento limitado foiracionalizado como resultante da baixa reatividade dasligações de C-H no metano vis-à-vis a reatividade maiselevada do produto oxigenado primário, o metanol, que resultana formação seletiva dos produtos de oxidação profunda CO eCO2 quando são feitas tentativas para aumentar a conversão".

A Patente Norte-americana n°. 4.982.023 tambémdeixa claro que o metano e o oxigênio devem ser previamentemisturados antes da reação, conforme observado no seguintetrecho: "... o gás natural e o oxigênio ou o ar são mantidosseparados até que sejam misturados imediatamente antes deserem introduzidos no reator. No entanto, caso desejado, ooxigênio e o gás natural podem ser previamente misturados earmazenados conjuntamente antes da reação".

Infelizmente, os resultados de laboratório arespeito da seletividade do metanol e do rendimento deposicao unica para a oxigenacao direta nao catalisada dometano em metanol não foram duplicados de maneira confiávelao calcular a tecnologia de reação para sistemas demanufatura sob medida. A necessidade de um método eficiente ede baixo custo que permita a oxigenação direta não-catalisadado metano em metanol ainda não foi atendida.

DESCRIÇÃO RESUMIDA

Consequentemente, um objetivo da presente invençãoconsiste na provisão de um sistema de reator para a reação dafase gasosa de pelo menos duas correntes de alimentação defluido em uma corrente do produto, onde o sistema de reatorcompreende uma câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada em comunicação fluida com um reatorde fluxo tubular. A câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada tem um invólucro da câmara da reaçãode retromistura, um anteparo em interface vedada de maneiradeslizável com o invólucro da câmara da reação deretromistura, em que um volume interno da câmara de reação deretromistura injetavelmente misturada é definido peloinvólucro da câmara da reação de retromistura e peloanteparo, e uma porção do invólucro em uma disposição opostaao anteparo. 0 anteparo é móvel de maneira deslizável durantea operação em tempo real do sistema de reator para progredirdentro do invólucro da câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada para a porção do invólucro paradiminui comensuravelmente o volume interno da câmara dereação de retromistura injetavelmente misturada ou então,alternativamente, para retrair se afastando da porção doinvólucro para expandir desse modo comensuravelmente o volumeinterno da câmara de reação de retromistura injetavelmentemisturada.

Em uma realização, o anteparo tem pelo menos umapassagem para a comunicação fluida da corrente do produto dacâmara de reação de retromistura injetavelmente misturada aoreator de fluxo tubular. Em um aspecto disto, o anteparoprovê à passagem pelo menos uma abertura que tem uma área emseção transversal, e o sistema de reator tem um componente debloqueio para bloquear de maneira variável uma porção da áreaem seção transversal do uso da passagem durante a operação emtempo real do sistema de reator. Em um outro aspecto, oanteparo tem pelo menos uma abertura como uma primeiraabertura, o componente de bloqueio tem pelo menos uma segundaabertura, em que a primeira abertura e a segunda abertura têmessencialmente dimensões idênticas, e a primeira abertura e asegunda abertura são dispostas mutuamente para alinharposicionalmente, em um posicionamento relativo do anteparo edo componente de bloqueio, para definir a passagem para quetenha uma área em seção transversal essencialmenteequivalente à área em seção transversal da primeira abertura.

Em uma outra realização, o reator de fluxo tubulartem um volume interno do reator de fluxo tubular definidopelo invólucro do reator de fluxo tubular e pelo anteparo. Emum aspecto disto, o movimento deslizável do anteparo para aporção do invólucro diminui comensuravelmente o volumeinterno da câmara de reação de retromistura injetavelmentemisturada enquanto expande o volume interno do reator defluxo tubular, e o movimento deslizável alternativo do anteparo se afastando da porção do invólucro expandecomensuravelmente o volume interno da câmara de reação deretromistura injetavelmente misturada enquanto diminui ovolume interno do reator de fluxo tubular.

Em ainda uma outra realização, a câmara de reação de retromistura injetavelmente misturada tem uma primeiraentrada de fluido e uma segunda entrada de fluido para osistema de reator; a câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada tem uma saída da câmara da reação deretromistura; o reator de fluxo tubular tem uma entrada doreator de fluxo tubular em comunicação fluida com a saída dacâmara da reação de retromistura; a primeira entrada defluido recebe uma primeira corrente de alimentação de fluidona câmara de reação de retromistura injetavelmente misturada;a segunda entrada de fluido recebe uma segunda corrente dealimentação de fluido na câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada; e a câmara de reação deretromistura injetavelmente misturada tem um espaço-tempo,respectivo a uma taxa de alimentação combinada da primeiracorrente de alimentação de fluido e da segunda corrente dealimentação de fluido, de aproximadamente 0,05 segundo aaproximadamente 1,5 segundo.

Contudo, em uma outra realização, uma primeiracorrente de fluido nas correntes de alimentação de fluidocompreende o metano, e uma segunda corrente de fluido nascorrentes de alimentação de fluido compreende o oxigênio. Emum aspecto disto, pelo menos um oxigenado de alquila (porexemplo, sem limitação, o metanol, o formaldeído e/ou oetanol) é manufaturado através da reação de oxidação parcialde uma primeira corrente de fluido (nas correntes dealimentação de fluido) que compreende uma corrente dealimentação de gás contendo alcano (que contêm metano, etano,propano e/ou butano) e uma segunda corrente de fluido nascorrentes de alimentação de fluido que compreendem o oxigêniode uma corrente de alimentação de gás contendo oxigênio; acâmara de reação de retromistura injetavelmente misturada temuma entrada de gás alcano, uma entrada de gás oxigênio, e umasaída da câmara da reação de retromistura; o reator de fluxotubular tem uma entrada do reator de fluxo tubular emcomunicação fluida com a saída da câmara de reação deretromistura; a entrada de gás alcano recebe a corrente dealimentação de gás contendo alcano na câmara de reação deretromistura injetavelmente misturada; a entrada de gásoxigênio recebe a corrente de alimentação de gás contendooxigênio na câmara de reação de retromistura injetavelmentemisturada; e a câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada tem um espaço-tempo, respectivo auma taxa de alimentação combinada da corrente de alimentaçãode gás contendo alcano e da corrente de alimentação de gáscontendo oxigênio, suficiente para a indução de radicaislivres de alquila do alcano dentro da câmara de reação deretromistura injetavelmente misturada e para prover pelomenos uma porção dos radicais livres de alquila à entrada doreator de fluxo tubular. Em um aspecto disto, a entrada degás alcano e a entrada de gás oxigênio são configuradas paraagitar de maneira turbulenta a câmara de reação deretromistura injetavelmente misturada mediante a misturainjetável da corrente de alimentação de gás contendo alcano eda corrente de alimentação de gás contendo oxigênio.

Contudo, em uma outra realização, o reator de fluxotubular tem uma saída do reator de fluxo tubular, e o reatorde fluxo tubular tem pelo menos uma entrada de gásrefrigerante disposta entre a entrada do reator de fluxotubular e a saída do reator de fluxo tubular para receber umacorrente de gás refrigerante, e desse modo refrigerar comresfriamento brusco o reator de fluxo tubular. Em um aspecto, o reator de fluxo tubular tem um eixo geométrico, e a entradade gás refrigerante gás é móvel ao longo do eixo geométricodurante a operação do reator de fluxo tubular.

Contudo, em outras realizações, a câmara de reaçãode retromistura injetavelmente misturada tem um volume interno definido em parte por uma superfície cilíndrica quetem um eixo geométrico da câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada, e uma corrente de alimentação dascorrentes de alimentação é inserida no volume interno umapluralidade de aberturas dispostas ao longo do eixogeométrico e em uma orientação não-paralela ao eixogeométrico.

Contudo, em uma outra realização, a câmara dereação de retromistura injetavelmente misturada tem umdesviador de fluxo interno definido por uma superfície cônicaque tem um eixo geométrico, em que o desviador define umabase cônica em uma extremidade do eixo geométrico, asuperfície cônica define uma extremidade apical naextremidade oposta do eixo geométrico, o eixo geométrico dodesviador é alinhado com o eixo geométrico da câmara dereação de retromistura injetavelmente misturada, o desviadoré disposto dentro do invólucro de maneira tal que a saída dacâmara da reação de retromistura fica mais próxima daextremidade apical do que da base cônica, e uma corrente dealimentação das correntes de alimentação é inserida no espaçode fluxo interno de uma pluralidade de aberturas dispostas aolongo do eixo geométrico da câmara da reação de retromisturainjetavelmente misturada e em uma orientação não-paralela aoeixo geométrico da câmara da reação de retromisturainjetavelmente misturada.

Contudo, em uma outra realização, o anteparo tempelo menos uma passagem para a comunicação fluida de umacorrente do produto da câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada da câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada ao reator de fluxo tubular, em que oreator de fluxo tubular tem uma entrada do reator de fluxotubular em comunicação fluida com a saída da câmara da reaçãode retromistura, o anteparo provê à passagem pelo menos umaabertura que tem uma área em seção transversal, o invólucrodo reator de fluxo tubular tem um eixo geométrico e umaprimeira porção e uma segunda porção fixadas de maneirarosqueada ao invólucro da câmara da reação de retromistura, eo sistema de reator compreende adicionalmente: um componentede bloqueio para bloquear de maneira variável uma porção daárea em seção transversal de uso da passagem durante aoperação em tempo real do sistema de reator; e uma entrada degás refrigerante de posição variável disposta na. segundaporção em uma orientação em espiral ao longo do eixogeométrico para refrigerar com resfriamento brusco o reatorde fluxo tubular com uma corrente de gás refrigerante; onde asegunda porção do invólucro do reator de fluxo tubular éfixada de maneira rosqueada ao invólucro da câmara de reaçãode retromistura com roscas que movem a segunda porção aolongo do eixo geométrico quando a segunda porção é girada, ea rotação da segunda porção reposiciona simultaneamente oanteparo ao longo do eixo geométrico, a entrada de gásrefrigerante ao longo do eixo geométrico, e o componente debloqueio para modificar a área em seção transversal.

As novas características que são consideradas comocaracterísticas para a presente invenção são indicadas emdetalhes nas reivindicações em anexo. A própria invenção, porsua construção e seu método de operação juntamente com osobjetivos e vantagens adicionais da mesma, será mais bemcompreendida a partir da seguinte descrição de realizaçõesespecíficas, quando lida com relação aos desenhos em anexo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 mostra esquematicamente um sistema de umaparelho para produzir o oxigenado de alquila (por exemplo,sem limitação, o metanol) de acordo com os presentesensinamentos;

as Figuras 2 e 3 são vistas que ilustramconcentrações de oxigênio, formaldeído e metanol durante asreações de acordo com a técnica anterior e de acordo com apresente invenção de modo correspondente;

a Figura 4 representa um gráfico que descreve osoxigenados resultantes do sistema como uma função da relaçãode reciclagem;

a Figura 5 representa um alcano Ci-C4 para a usinade oxigenado de alquila de acordo com os ensinamentos dapresente invenção;

a Figura 6 representa uma usina de produção deoxigênio opcional mostrada na Figura 5;

a Figura 7 descreve uma porção de processamento degás da usina mostrada na Figura 5;

a Figura 8 representa a porção de processamento delíquido da usina mostrada na Figura 5;

a Figura 9 representa um outro alcano Ci-C4alternativo (por exemplo, sem limitação, o metano) para ausina de oxigenado de alquila (por exemplo, sem limitação, ometanol) de acordo com os ensinamentos da presente invenção;

a Figura 10 representa, contudo, um outro alcanoC1-C4 alternativo (por exemplo, sem limitação, o metano) paraa usina de oxigenado de alquila (por exemplo, sem limitação,o metanol) de acordo com os ensinamentos da presenteinvenção;

a Figura 11 representa, contudo, um outro alcanoC1-C4 alternativo (por exemplo, sem limitação, o metano) paraa usina de oxigenado de alquila (por exemplo, sem limitação,o metanol) de acordo com os ensinamentos da presenteinvenção;

a Figura 12 apresenta uma vista em seçãotransversal simplificada de uma realização de um sistema dereator que tem uma câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada em acoplamento próximo a um reatorde fluxo tubular;

as Figuras 13A e 13B apresentam vistas em seçãotransversal simplificadas dos detalhes na modificação dovolume interno da câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada da Figura 12;

a Figura 14A apresenta uma vista em seçãotransversal simplificada de um desenho alternativo para acâmara de reação de retromistura injetavelmente misturada daFigura 12;

a Figura 14B mostra uma vista da câmara de reaçãode retromistura injetavelmente misturada da Figura 12 com umvolume interno modificado com relação àquele mostrado naFigura 12;

as Figuras 15A e 15B apresentam uma vista em seçãotransversal simplificada de um encastre de aplicação defluido de "escova de cabelos" para a câmara de reação deretromistura injetavelmente misturada das realizações dosistema de reator das Figuras 12 e 20;

a Figura 16 apresenta uma vista em seçãotransversal simplificada de posições de fluidos internos parao encastre de aplicação de fluido cônico para a câmara dereação de retromistura injetavelmente misturada dasrealizações do sistema de reator das Figuras 12 e 20;

as Figuras 17A e 17B apresentam uma vista em seçãotransversal simplificada de detalhes do defletor e doposicionamento na interface entre a câmara de reação deretromistura injetavelmente misturada e o reator de fluxotubular das realizações do sistema de reator das Figuras 12 e20;

as Figuras 18A e 18B apresentam uma vista em seçãotransversal simplificada dos detalhes e do posicionamentopara uma entrada de resfriamento brusco de posição variáveldas realizações do sistema de reator das Figuras 12 e 20;

as Figuras 19A a 19C apresentam uma série de perfisde temperatura para um reator de fluxo tubular dasrealizações do sistema de reator das Figuras 12 e 20;

a Figura 20 apresenta uma vista em seçãotransversal simplificada de uma realização alternativa de umsistema de reator que tem uma câmara de reação deretromistura injetavelmente misturada em acoplamento próximoa um reator de fluxo tubular;

a Figura 21 apresenta detalhes do anteparo/defletorpara uma realização da interface entre a câmara de reação deretromistura injetavelmente misturada e o reator de fluxotubular das realizações do sistema de reator das Figuras 12 e20;

as Figuras 22A a 22C mostram os detalhes doposicionamento axial para a interface entre a câmara dereação de retromistura injetavelmente misturada e um reatorde fluxo tubular da realização do sistema de reator da Figura20;

a Figura 23 mostra um detalhe adicional na entradade resfriamento brusco para a realização do sistema de reatorda Figura 20;as Figuras 24A e 24B mostram detalhes da vistaaxial para a realização do sistema de reator da Figura 20; e

as Figuras 25A e 25B mostram vistas dos sistemas dereator de fluxo tubular que têm zonas de entradainjetavelmente misturadas, resfriamento brusco em múltiplasposições e detecção de temperatura em múltiplas posições.

DESCRIÇÃO DAS REALIZAÇÕES PREFERIDAS

As seguintes definições e diretrizes nãolimitadoras devem ser levadas em consideração na revisão dadescrição da invenção aqui apresentada.

Os títulos (tais como "Introdução" e "DescriçãoResumida") e os subtítulos (tais como "Amplificação")utilizados na presente invenção se prestam somente para aorganização geral dos tópicos dentro da descrição da invençãoe não se prestam a limitar a descrição da invenção ou algumaspecto da mesma. Em particular, o assunto descrito na"Introdução" pode incluir aspectos tecnológicos dentro doâmbito da invenção e pode não constituir uma citação datécnica anterior. 0 assunto descrito na "Descrição Resumida"não é uma descrição exaustiva ou completa de todo o âmbito dainvenção ou de quaisquer realizações da mesma.

A citação de referências na presente invenção nãoconstitui uma admissão que essas referências sejam da técnicaanterior nem que tenham qualquer relevância com relação àpatenteabilidade da invenção aqui descrita. Todas asreferências citadas na seção "Descrição" deste relatóriodescritivo são aqui incorporadas a título de referência emsua totalidade.

A descrição e os exemplos específicos, emboraindiquem as realizações da invenção, prestam-se a finalidadesde ilustração somente e não se prestam a limitar o âmbito dainvenção. Além disso, a citação de múltiplas realizações quetêm as características declaradas não se presta a excluiroutras realizações que tenham características adicionais ououtras realizações que incorporem combinações diferentes dascaracterísticas declaradas.

Conforme utilizadas na presente invenção, aspalavras "preferido" e "preferivelmente" referem-se arealizações da invenção que apresentam determinadosbenefícios, sob determinadas circunstâncias. No entanto,outras realizações também podem ser preferidas, sob as mesmascircunstâncias ou outras ainda. Além disso, a citação de umaou mais realizações preferidas não implica que outrasrealizações não sejam úteis e não se presta a excluir outrasrealizações do âmbito da invenção.

Conforme utilizada na presente invenção, a palavra'inclui' e suas variantes se presta a ser não limitadora, demaneira que a citação de itens em uma lista não se presta aexcluir outros itens similares que também podem ser úteis nascomposições, nos materiais, nos dispositivos e nos métodos dapresente invenção.

Os exemplos e outras realizações descritas napresente invenção são exemplificadores e não se prestam alimitar a descrição do âmbito completo das composições e dosmétodos da presente invenção. As mudanças, modificações evariações equivalentes de realizações, materiais, composiçõese métodos específicos podem ser feitas dentro do âmbito dapresente invenção, com resultados substancialmente similares.

As realizações referem-se à conversão de oxigenaçãodireta de pelo menos um alcano Ci-C4 em pelo menos umoxigenado de alquila. A conversão de oxigenação direta dometano em metanol é um objetivo da tecnologia de conversãofocai.

Um aparelho para produzir o metanol de acordo com apresente invenção tem um reator 100 que facilita uma oxidaçãoda fase gasosa de um gás contendo hidrocarboneto tal comomostrado na Figura 1. Na vista geral do reator 100, umacorrente de gás contendo hidrocarboneto aquecido (da válvula120 e do aquecedor 13 6) e um gás contendo oxigênio da linha29 são introduzidos no reator 100. Conforme explicado emdetalhes a seguir, o gás contendo oxigênio tempref erivelmente um teor de oxigênio de mais de 80% parareduzir a acumulação de gases inertes pelo processo dereciclagem.

O reator 10 0 recebe, adicional e opcionalmente, umacorrente de gás contendo hidrocarboneto frio com resfriamentobrusco da válvula 120 e do trocador de calor 121 para reduzira temperatura da reação durante a operação do aparelho.

O aparelho tem um dispositivo 114 para refrigerar amistura da corrente do produto de reação antes da separação.Adicionalmente, o condensador parcial 122 incorpora umtrocador de calor gasoso-líquido para reduzir adicionalmentea temperatura dos produtos. O condensador 122 separa a H2O eos álcoois de uma mistura de hidrocarboneto-CO2. 0condensador parcial 122 é preferivelmente isobárico, e nãoisotérmico, para evitar perdas de pressão. A corrente doproduto de reação entra e uma corrente líquida e uma correntegasosa saem do condensador 122.

O bloco 13 9 representa o equipamento que éconfigurado para separar os contaminadores e os produtos deum componente de gás de reciclagem contendo hidrocarboneto.Sob este aspecto, o equipamento 13 9 é configurado pararemover o CO2 da corrente de produto reduzida. O equipamento139 pode assumir a forma de uma válvula de remoção,absorvente, separador de membrana ou de um adsorvente. Estáprevisto que o equipamento 13 9 pode ser utilizado pararegular a porcentagem de outros componentes não-reativos taiscomo o N2 com, por exemplo, uma válvula de remoção.Na eventualidade de o sistema ser configurado pararecuperar o formaldeido, a corrente de produto reduzidagasosa sai do condensador isobárico 122 e é passada para odepurador 134. Outros métodos potenciais que podem serutilizados empregam materiais tais como várias aminasconhecidas para remover o CO2 e o formaldeido.

Para satisfazer os requisitos mínimos de absorção,a modificação da vazão do metanol ou da temperatura deoperação da coluna do depurador pode ser utilizada. Se fordesejável a operação a vazões absorventes extremamentebaixas, então uma temperatura mais baixa pode ser utilizada,por exemplo, 0°C. Se for desejável a operação a temperaturasambiente ou a temperaturas executáveis através darefrigeração da água, então uma vazão elevada pode serutilizada, por exemplo, dez vezes a vazão para 0°C. Em ambasas situações, a corrente absorvente do metanol túrgido 14 éregenerada completamente pela coluna de destilação deformaldeido 138. Opcionalmente, a corrente 14 do depurador134 pode ser passada através do condensador 122 para prover arefrigeração da corrente do produto e o preaquecimento dareciclagem do metanol para incrementar a eficiência deenergia da coluna de destilação de formaldeido 138.

O reator 100 é conectado com um compressor 124 eaquecedor 126 para a alimentação do gás contendo oxigêniocomprimido e aquecido. O gás contendo hidrocarboneto bruto émisturado com o gás de hidrocarboneto limpo do depurador 134e aquecido ao utilizar um aquecedor 136. Na eventualidade doshidrocarbonetos brutos terem um teor elevado de CO2, oshidrocarbonetos brutos podem ser misturados com a corrente dehidrocarboneto de produto reduzida do condensador 122 antesda entrada do depurador 134 para a remoção de gasescontaminantes antes de entrar no reator.O aparelho tem adicionalmente uma unidade para aretificação do metanol que inclui um cilindro de evaporação132, uma coluna de retificação 128 e um recipiente 130 doqual o metanol é provido para armazenagem ou processamentoadicional. Esta coluna de retificação 128 é utilizada paraseparar o metanol (componente chave leve) do etanol(componente chave pesado) e da água (não um componentechave). Conforme observado anteriormente, é desejável que umaporção do componente chave pesado entre na corrente dodestilado (conforme ditado pela especificação comercial paraa formalina). Para a retificação do metanol, 99% ou mais depureza são típicos e 99,999% são praticáveis com múltiplascolunas. A corrente 4 entra na coluna e o destilado, nacorrente 5 e a parte inferior, na corrente 8, saem da colunana fase líquida. A corrente 8 tem alguma quantidade de etanol(e talvez de metanol, se metanol ultrapuro for produzido) eserá utilizada como a base da composição aquosa da correntede formalina comercial (corrente 11 e armazenagem deformalina 191) . Dessa maneira, parte do etanol é recuperadaantes que o restante seja descartado na corrente residuallíquida.

Um cilindro de evaporação 132 para a remoção de CO2e de formaldeído da corrente de produto líquida é dispostoentre a coluna 128 e o condensador 122. A finalidade docilindro de evaporação 132 é deixar cair a pressão até umnível apropriado antes da entrada na coluna de retificação dometanol 128 e remover substancialmente todos os gasesdissolvidos, tipicamente o CO2 e o formaldeído, da correntede produto líquida.

Em operação, a corrente de gás contendohidrocarboneto bruto com um teor de, por exemplo, até 98% demetano e a corrente de produto de hidrocarboneto reduzida sãoprovenientes de uma instalação para a preparação de gás ou dequalquer outra alimentação ao aquecedor 136, em que sãoaquecidas à temperatura de 430-470°C. 0 gás contendohidrocarboneto aquecido é então passado ao reator 100. 0 arcomprimido com pressão, por exemplo, de 7-8 Mpa, e com umarelação de 80% a 100% e, preferivelmente, de 90% a 95% deoxigênio, também é provido pelo compressor 124 ao reator 100.A reação de oxidação do metano em metanol e/ou formaldeídoocorre no reator 100. Entre 2% e 3% de O2 do volume total dosreagentes são reagidos com a corrente de gás contendohidrocarboneto aquecido, conforme descrito previamente. Paralimitar a quantidade de N2 dentro do sistema, por exemplo, amenos de 30%-40%, ou para reduzir o tamanho requerido dacorrente de purga para atingir o mesmo, a corrente de O2 épreferivelmente substancialmente pura, desse modo limitando aquantidade de N2 que entra no sistema.

Uma segunda corrente opcional de líquidorefrigerante frio (ou, em outras palavras, um líquidorefrigerante a uma temperatura mais baixa do que os gases) noreator é provida ao reator 100, conforme esboçadopreviamente. Esta corrente é regulada pelo dispositivo deregulagem (válvula) 12 0, que pode ser formado como umdispositivo de regulagem de alimentação de gás conhecido, umaválvula de regulagem, ou outros ainda. Esta corrente friapode, por exemplo, ser composta por uma corrente dehidrocarboneto bruto, uma corrente reciclada ou uma porção ouuma combinação dos dois. 0 regulador é configurado paraajustar o volume ou a pressão do gás contendo hidrocarbonetofrio com base em parâmetros do sistema tais como, mas semficar a elas limitados, à pressão, temperatura ouporcentagens do produto da reação em um local adicionalmentea jusante no sistema.O líquido refrigerante, que é proveniente de umaalimentação de líquido refrigerante, funciona para reduzir atemperatura do metano parcialmente oxidado para reduzir aoxidação ou a decomposição continuada do formaldeído. Estelíquido refrigerante pode ser qualquer material que possa serfacilmente separado da corrente do produto de reação. Porexemplo, tal como mais bem descrito a seguir, o líquidorefrigerante pode ser um hidrocarboneto ou um metano nãoaquecido contendo a corrente de gás.

Preferivelmente, o líquido refrigerante pode serqualquer material não-oxidante separado facilmente dosprodutos de reação. Sob este aspecto, o líquido refrigerantepode ser gasoso, um aerossol ou um líquido enevoado de, porexemplo, CO2, formaldeído, metanol, água e/ou vapor. Estáadicionalmente previsto que o líquido refrigerante pode seradicionalmente uma mistura de produtos de reação reciclados,água, vapor, e/ou de gases de hidrocarboneto bruto.

Dependendo do modo de operação pretendido doaparelho, particularmente da produção de metanol ou demetanol e de formaldeído pretendida, a mistura de reação ésubmetida à reação no reator sem a introdução do gás contendohidrocarboneto frio se for desejada a produçãoessencial/exclusiva de metanol. A introdução do gás contendohidrocarboneto frio é utilizada quando o metanol e oformaldeído são desejados como produtos. Pela introdução dogás contendo hidrocarboneto frio, a temperatura da reação éreduzida para, por exemplo, 30-90°C, de modo a preservar oteor de formaldeído na mistura separada, mediante a reduçãoda decomposição do formaldeído em CO2-

A mistura de reação é provida ao trocador de calor114 para transferência do calor à corrente da entrada do reator da mistura de reação que sai do reator, e, apósrefrigeração adicional, é passada ao condensador parcial 122.A separação da mistura em componentes de baixa e elevadavolatilidade (gás seco e líquido bruto, respectivamente) éexecutada no condensador parcial 122, que pode absorver pelomenos parte do formaldeído na corrente líquida bruta, casodesejado. O gás seco é enviado a um depurador 134, enquantoos líquidos brutos do condensador 122 são providos aocilindro de evaporação 132.

0 depurador 134 funciona para remover o CO2 e oformaldeído da corrente de gás seco. Sob este aspecto, odepurador 134 utiliza H2O e metanol a uma pressão de 7-8 MPae de aproximadamente O0C e aproximadamente 50°C para absorvero CO2 e o formaldeído. Uma vez que o CO2 e o formaldeído sãoremovidos, a corrente de gás de hidrocarboneto reduzida éreciclada ao misturar a corrente reduzida com a corrente degás contendo hidrocarboneto bruto antes ou dentro do reator,caso desejado. As correntes reduzidas ou de hidrocarbonetobruto, individualmente ou em combinação, são entãointroduzidas na câmara de reação 100 depois de seremaquecidas pelo trocador de calor 116 e pelo aquecedor 13 6,tal como descrito previamente.

A coluna de retificação 138 é utilizada para

separar o dióxido de carbono (não um componente chave) e oformaldeído (componente chave leve) do metanol (componentechave pesado) e da água (não um componente chave). 0 vapor demetanol túrgido, a corrente 14, entra na coluna deretificação 138 e é separado na corrente de destilado deformaldeído 16 e na corrente inferior 15. Alguma quantidadede metanol na corrente do destilado é desejável, uma vez queo metanol é utilizado como um estabilizante para a produçãode formalina do tipo comercial (6-15% de estabilizante deálcool, 37% de formaldeído e o restante consiste em água). Ao

deixar uma porção do componente chave pesado na corrente dodestilado, a separação é obtida mais facilmente; além disso,as perdas do processo experimentadas tipicamente durante aregeneração absorvente são subseqüentemente anuladas à medidaque o metanol dentro do destilado é utilizado para a produçãode formalina. A corrente 15 é suplementada pela corrente 31para substituir qualquer metanol que for transferido àcorrente do destilado, a corrente 16. A combinação dacorrente 31 e da corrente 15 resulta na corrente 17, queretorna então ao depurador 134 como o absorvente de metanolregenerado. Enquanto isso, o destilado de formaldeído, acorrente 16, combina com os vapores do cilindro de evaporação132, a corrente 7, para formar uma mistura de formaldeído,metanol e dióxido de carbono.

O formaldeído, a água, o metanol e o CO2 removidopelo depurador 134 são passados à coluna de retificação deformaldeído 138. A coluna 138 remove o formaldeído e o CO2 dacorrente de metanol-água. Pequenas quantidades de metanol sãocombinadas com o metanol produzido e são introduzidas nodepurador 134 para remover as quantidades adicionais de CO2 ede formaldeído da corrente de hidrocarboneto reduzida.

O formaldeído livre ou não-aquoso pode entãopermanecer na fase de gás pela operação do condensadorisobárico 122. A corrente de produto de metanol líquida, ouos líquidos brutos, compreendem, portanto, o metanol, oetanol e a água uma vez que o formaldeído permanece nacorrente gasosa. Neste caso, a corrente líquida que sai docondensador isobárico 122 pode contornar a porção deretificação de formaldeído do processo e entrar na coluna deretificação de metanol depois de ter passado opcionalmenteatravés do cilindro de evaporação 132.

As Figuras 2 e 3 mostram diagramas da concentraçãode oxigênio, formaldeído e metanol nas reações sem e comlíquido refrigerante, respectivamente.

Conforme pode ser observado na Figura 2,aproximadamente após dois segundos do tempo de reação, ooxigênio é essencial e completamente reagido. Neste momento,a temperatura da reação atinge o seu máximo, e o metanol e oformaldeído são produzidos em suas proporções respectivasdentro da mistura de reação. O metanol é um produto maisestável no final da reação e a sua concentração permanecesubstancialmente estável depois de ter atingido a suaconcentração máxima. O formaldeído é menos estável e,portanto, com um aumento da temperatura (a temperaturaaumenta até que o oxigênio seja essencial e completamenteconsumido), a sua concentração é reduzida em parte.

Na reação com o líquido refrigerante mostrada na

Figura 3, através da introdução de gás frio quando a formaçãode metanol e de formaldeído é terminada, a temperatura de umperíodo final da reação é reduzida para inibir a decomposiçãodo formaldeído.

A Figura 4 representa um gráfico que ilustra orendimento de oxigenados para o sistema como uma função darelação entre a reciclagem dos gases de hidrocarboneto. Émostrado um gráfico que ilustra a utilização do gás deMichigan Antrim que tem 97% de CH4 e 1% de N2. Sob esteaspecto, o gráfico mostra um aumento significativo norendimento do produto, utilizando a mesma corrente de entradae com pouco aumento nos custos financeiros. Uma vez que osistema controla eficientemente a pressão e integra autilização de energia do processo, os requisitos de energiasão minimizados, aumentando desse modo a economia total dosistema.

A Figura 5 representa um metano alternativo para ausina de metanol 150. A usina 150 é posicionada paraprocessar o metano do gás que está sendo descarregado de umcampo de óleo e gás combinado 152 ou de um campo de gás 154.A usina 150, que está localizada preferivelmente nasproximidades do furo de poço, é formada geralmente por umausina de processamento de gás 156, uma usina de processamentode líquido 158 e uma usina de produção de oxigênio 160. Asusinas de tratamento de água residual e de utilidade 162 e164 são associadas adicionalmente com a usina 150.

Conforme mostrado na Figura 6, uma usina deprodução de oxigênio opcional 160 pode ser utilizada paraajudar na regulação da oxidação parcial da corrente dehidrocarboneto no reator 100. A usina de produção de oxigênio160 tem um compressor 161 acoplado a um trocador de calor 163que funciona para preparar o oxigênio comprimido para injeçãoa uma pluralidade de absorventes 165. Após ter passadoatravés dos absorventes, a corrente de oxigênio produzida écomprimida e enviada diretamente ao reator 100.

Com referência geral à Figura 7, a porção deprocessamento de gás da usina 156 funciona geralmenteconforme descrito acima (vide a Figura 1). Sob este aspecto,a usina de processamento de gás 156 tem os compressores 170 e172 para aumentar a pressão de uma corrente de hidrocarbonetode entrada limpa 174. Esta corrente 174 é então dividida ereagida com o oxigênio no reator 100 para oxidar parcialmenteo metano, conforme descrito acima.

É previsto que os parâmetros tais como o tempo dereação e a temperatura e a pressão dentro do reator podem serajustados para controlar seletivamente a quantidade de CO2,H2O, formaldeído e metanol que é produzida no reator 100. Osprodutos da reação 176 do reator são então transferidos àusina de processamento de líquido 158.

Conforme mostrado na Figura 8, a usina deprocessamento de líquido 158 funciona geralmente tal comodescrito acima para separar o metanol e o formaldeído dacorrente do produto de reação 176. São mostrados osdestiladores associados, os misturadores e os cilindros deevaporação que são utilizados para separar os materiaisconstituintes da corrente do produto de reação, conformedescrito em detalhes acima. Especificamente, o CO2 é removidoda corrente do produto de reação como o metanol e, casodesejado, o formaldeido. 0 depurador 134 (vide a Figura 5)impede a acumulação do CO2 e permite a captação física doformaldeido. 0 depurador 134 pode utilizar uma mistura demetanol e água para absorver fisicamente o formaldeido e oCO2 do circuito de reciclagem do gás de hidrocarboneto 135. Aeficiência do depurador 134, que pode operar adequadamentesem refrigeração, é possível devido à elevada pressãooperacional do circuito de reciclagem 135. Isto é oposto àsbaixas temperaturas criogênicas utilizadas pelos processos deabsorção tradicionais. Os gases entram no depurador 134 comoum gás "sujo" com alguma quantidade de formaldeido e de CO2presente. Estes componentes estarão presentes somente emquantidades relativamente diluídas, de modo que a funçãoabsorvente do metanol também seja relativamente pequena.

Conforme previamente mencionado, é previsto que asaída do reator pode ser seletivamente ajustada paraminimizar a quantidade de formaldeido que está sendoproduzida pela porção do processo de gás da usina 156. Emborao CO2 possa ser disperso, é especificamente previsto que oCO2 dos produtos de reação pode ser injetado, a uma distânciapredeterminada do poço, no chão, para aumentar a saída dopoço. Sob este aspecto, é previsto que o CO2 pode serinjetado a qualquer distância apropriada do poço de modo apermitir o aumento das pressões subterrâneas para aumentar asaída do gás ou do óleo do poço. Adicionalmente, é previstoque o CO2 pode ser injetado no invólucro do furo de poço ouna zona próxima ao furo de poço, para aumentar a saída do gásou do óleo e do poço de produção de gás.

Embora seja mostrada como uma usina com base naterra, é especificamente previsto que a usina 150 pode serassociada com um equipamento de óleo costa afora. Sob esteaspecto, a usina 150 deve estar no equipamento costa afora ouestar a uma distância curta predeterminada do equipamento,tal como imediatamente adjacente ao equipamento costa aforaem uma plataforma flutuável. No exemplo de um equipamentocosta afora, que esteja produzindo o gás natural, é previstoque o metanol convertido da corrente de hidrocarbonetocontendo metano será injetado em uma segunda porção dacorrente de hidrocarboneto contendo metano para incrementar ofluxo da corrente de hidrocarboneto a partir do poço de óleocosta afora para a terra. Este metanol é injetado parareduzir a formação de hidratos dentro da tubulação. 0 metanolassociado com o gás natural deve ser então removido dacorrente contendo hidrocarboneto depois que a corrente atingea costa.

É adicionalmente previsto que qualquer um dosoutros produtos de reação, a saber, CO2, água ou metanol,pode ser injetado diretamente nas formações subterrâneascontendo hidrocarboneto que circundam a plataforma ou um poçocom base na terra. Especificamente, é previsto que o metanolpode ser injetado nas estruturas de hidrato que circundam opoço de modo a aumentar a saída do gás natural de um poço deprodução de gás natural.

Retornando brevemente à Figura 5, é previsto que oCO2 pode ser injetado em uma porção do poço, sendo que ometanol ou outros produtos de reação podem ser injetados emoutras porções do poço. Nas situações em que o gás naturalpode ser encalhado ou pode ter teores de nitrogênio maioresdo que 4%, instalações podem ser providas para controlar oacúmulo de nitrogênio no circuito de reciclagem. Quando assaídas de qualquer poço particular 152, 154 estão baixas, éprevisto que uma única usina 100 que tem um processo truncadopode ser utilizada. Nestas situações, somente as porções dainstalação relacionadas à oxidação parcial da corrente dehidrocarboneto e as instalações associadas para a remoção doCO2 serão utilizadas perto do poço.

0 CO2 removido pode ser coletado, disperso oureinjetado na terra. Imediatamente depois da remoção do gásnatural e do CO2 associado pelo depurador, os produtoslíquidos restantes podem ser transportados na forma líquidado local do poço a uma outra localização para a separação doformaldeído, do metanol e da água da corrente residual. Sobeste aspecto, é previsto que uma usina de processamento delíquido centralizada para finalizar o processamento dosprocessos líquidos (158) pode ficar localizada a umadistância significativa das localizações de gás naturalencalhado. Isto permite a utilização de uma instalação deprocesso líquida centralizada 158. Também é previsto que ascondições do reator podem ser ajustadas para produzir umafase líquida que contenha um tipo comercial de formalina.

Uma outra realização do processo 900 é apresentadana Figura 9. 0 ar 902 é introduzido no compressor 934 e éentão refrigerado no trocador de calor 904 para a aplicação aum separador de nitrogênio 906 ou a um separador denitrogênio 908. A alimentação de oxigênio é armazenada notanque 962 e é comprimida com o compressor 910 para aintrodução como uma corrente de alimentação contendo oxigêniono sistema de reator 914 após o aquecimento no aquecedor 912.

A alimentação bruta contendo alcano 926 (pelo menos um alcanoCi-C4, principalmente metano ou gás natural) é comprimida nocompressor 928 e é misturada com a reciclagem de alcano dodepurador 920 para uma pressurização adicional no compressor922 e troca transversal térmica com o reator da corrente deproduto 936 do reator no trocador de calor 930. A corrente dereciclagem provê preferivelmente uma proporção da porcentagemem peso de aproximadamente 4:5 a aproximadamente 20:21 dealcano na corrente de alimentação contendo alcano ao reator914. Em uma realização, onde o depurador 920 é pressurizadoaté uma pressão na ordem do sistema de reator 914 (vide asFiguras 12 a 24B e o texto em anexo para detalhes adicionaisnos desenhos de reator para o sistema de reator 914), ocompressor 922 pode ser um soprador centrífugo (compressor dedeslocamento não-positivo). Após a troca transversal térmicacom o reator da corrente de produto 93 6 do reator no trocadorde calor 93 0, o alcano bruto combinado e a corrente dereciclagem são aquecidos no trocador de calor 932 para proveruma corrente de alimentação contendo alcano ao sistema dereator 914. As realizações do sistema de reator 914 sãodescritas adicionalmente nas Figuras 12 - 24B. O depurador92 0 opera para absorver o dióxido de carbono e os oxigenadosde alquila (por exemplo, sem limitação, metanol, etanol eformaldeído) ao prover uma corrente de reciclagem para acombinação com o alcano fresco para prover uma corrente dealimentação ao compressor 922. Uma purga na válvula 924remove os componentes inertes não-reativos (por exemplo, semlimitação, nitrogênio) do circuito do processo do reator-depurador para aumentar a utilização eficiente do sistema dereator 914. Um resfriamento brusco do líquido refrigerante aosistema de reator 914 também é ativado opcionalmente a partirda válvula 938. O fundo líquido do depurador 920 é enviado aocilindro de evaporação 918 onde o vapor elevado 942 se separada corrente do produto 94 0 (compreendendo, por exemplo, e semlimitação, metanol, etanol e formaldeído). 0 oxidante deforno ou térmico 916 oxida os gases residuais para descargana atmosfera. O processo 900 é útil para prover um materiallíquido para processamento adicional em um outro local nosoxigenados de alcano purificados ou para prover uma misturade oxigenado de alcano útil para um combustível ou outrautilização similar onde a pureza exata não é essencial.A Figura 10 mostra uma outra realização do processo1000 com um circuito do processo de extremidade anterioressencialmente similar ao processo 900 apresentado na Figura9, mas incorporando um sistema de destilação in-situ 1002para separar o metanol no vapor 1004 (para o absorvente nodepurador), a água purificada na corrente 1006 para autilização no cilindro de desmontagem 1012 e a geração dometanol purificado 1008 e da corrente residual 1010. Ocilindro de desmontagem 1012 provê a separação inicial dolíquido da corrente do produto do reator antes da introduçãodo restante da corrente do produto do reator no depurador.

A Figura 11 apresenta uma realização do processo1100 para gerar uma corrente de produto de metanol eformaldeído com um circuito de processo de extremidadeanterior essencialmente similar ao processo 900 apresentadona Figura 9, mas incorporando um sistema de destilação deformaldeído in-situ 1110 e um sistema de destilação demetanol 1108 para gerar a corrente de produto de metanol1102. A corrente do sistema de destilação de metanol 1108refrigera a parte superior do sistema de destilação deformaldeído 1110 para separar o dióxido de carbono (correntede produto 1106) e o formaldeído (corrente de produto 1104)no absorvente-misturador 1116. Uma corrente de reciclagem demetanol ao depurador é extraída do sistema de destilação demetanol 1108 e é resfriada no resfriador 1112 para prover umdepurador de alta eficiência para condensar a corrente doproduto do reator. O oxidante de forno ou térmico 1114 oxidauma purga para remover os componentes inertes não-reativos(por exemplo, sem limitação, nitrogênio) com algum alcano(metano) do circuito do processo do reator-depurador e paraaumentar desse modo a utilização eficiente do reator.

Embora um reator de fluxo tubular tradicional possaser utilizado com qualquer um dos processos descritos acimacomo um reator 100 e/ou um reator 914, realizações preferidasdo reator são descritas na discussão das Figuras 12 a 24B.

Retornando agora a uma consideração mais profundada cinética na reação e nas realizações adicionais paraprover um sistema de reator aprimorado para executar a reaçãototal para a oxidação parcial de gás natural em metanol,formaldeído e outros oxigenados, diversas instalações deprodução compactas foram descritas nas Figuras 1 a 11, asquais são apropriadas para alimentações pequenas e isoladasde gás natural (gás encalhado). Os novos sistemas de reatorpara estes processos também são descritos começando com aFigura 12 e, mais especificamente, conforme observado nasFiguras 12 e 20. As considerações iniciais nestes desenhos dereator derivam da natureza da própria reação de oxigenaçãodireta total.

Na visão geral, o método para a reação compreende apassagem de uma mistura de gás natural e de oxidante atravésde um sistema de reator de fluxo contínuo e aquecido sobcondições para otimizar a formação de metanol e paramanipular a temperatura do reator, a pressão total e ocombustível (por exemplo, sem limitação, o gás natural) paraa relação de oxidante para controlar as quantidades relativasdos produtos da reação. A reação é uma oxidação parcial de umcombustível C1-C4, tal como o gás natural, por um oxidante,por oxigênio, pelo ar ou por outro composto contendo oxigênioapropriado (preferivelmente o oxigênio no ar ou, com maispreferência, o oxigênio). A mistura contém um excessosubstancial de combustível (por exemplo, sem limitação, gásnatural) para impedir a combustão completa para produtosindesejados tais como o dióxido de carbono e a água.

A reação é uma reação de cadeia ramificada eexotérmica. A ramificação da cadeia causa uma aceleração dataxa da reação através do crescimento quadrático doscarreadores de cadeia. As reações deste tipo sãocaracterizadas por um período de indução durante o qual asconcentrações do carreador de cadeia se acumulam até o pontoem que ocorre uma ascensão bastante rápida na velocidade e natemperatura da reação. A ascensão bastante rápida navelocidade da reação se dá por causa da taxa de crescimentoquadrático dos carreadores de cadeia e a ascensão bastanterápida na temperatura se dá por causa do aumento da taxa degeração de calor que acompanha a velocidade da reação. Oconsumo completo de oxidante, o reagente limitador, ocorreantes que o combustível (por exemplo, sem limitação, gásnatural) seja inteiramente consumido, o que limita o aumentoda temperatura. A relação entre o oxidante e o combustível(por exemplo, sem limitação, gás natural) é arranjada de modoque a seletividade para a formação do metanol seja otimizada.

As condições da reação que favorecem uma melhorseletividade para o metanol e outros oxigenados são tal comosegue. A composição da mistura de reação, após ter combinadoa corrente de alimentação contendo alcano e a corrente dealimentação contendo oxigênio, deve ser de aproximadamente 1%molar ao oxidante de aproximadamente 10% molar, com maispreferência de aproximadamente 2% molar a aproximadamente 5%molar de oxidante e com a máxima preferência aproximadamente2,5% molar de oxidante. A pressão total dos gases no sistemade reator deve estar na faixa de aproximadamente 6 MPa aaproximadamente 10 MPa, com mais preferência deaproximadamente 7,5 MPa a aproximadamente 9 Mpa, e com amáxima preferência de aproximadamente 8 Mpa. A temperatura daparede do sistema de reator deve estar na faixa deaproximadamente 600 K a aproximadamente 900 K, e com maispreferência de aproximadamente 723 K a aproximadamente 823 K.O tempo de residência total do reator deve estar na faixa deaproximadamente 1 segundo a aproximadamente 40 segundos, commais preferência de aproximadamente 1 segundo aaproximadamente 10 segundos, e com a máxima preferência deaproximadamente 1 segundo a aproximadamente 2,5 segundos.

Nestas condições, a seletividade do metanol ficacompreendida na faixa de aproximadamente 0,3 5 a pelo menos0,60 com seletividades mais baixas para os outros oxigenadosda corrente de alimentação contendo alcano. A conversão dometano é de aproximadamente 10% e a conversão dos outroscomponentes do hidrocarboneto do gás natural é comparável.Após a reação, a separação e reciclagem dos hidrocarbonetosnão-reagidos são executadas.

Para a operação contínua, o combustível (porexemplo, um alcano C1-C4 ou alcanos ou C1-C4 tais como aquelesprovidos no gás natural) e o oxidante devem ser bemmisturados. Para esta finalidade uma câmara/reator de misturaé provido para misturar completamente os componentes dareação e também para induzir a geração de radicais livres dealquila (por exemplo, sem limitação, metila) que são entãocontidos na corrente de saída da câmara de mistura. Sob esteaspecto, a câmara de mistura provê, portanto, eficazmente,uma câmara de reação de retromistura injetavelmente misturada("câmara de reação de retromistura") em um sistema de reatorque tem uma câmara de reação de retromistura injetavelmentemisturada em comunicação fluida com um reator de fluxotubular para realizar a reação total. Embora não entreidealmente em um modelo de reator de tanque clássico agitadocontinuamente ou em um modelo de reator de fluxo tubularclássico, a câmara de reação de retromistura injetavelmentemisturada das realizações tem uma série de aspectos queindica um caráter operacional que tem mais de um reator detanque agitado continuamente ou uma afinidade do modelo CSTR(denotado adicionalmente como um reator de tanque agitado dealimentação contínua ou CFSTR; ainda denotado adicionalmentecomo um reator de fluxo de retromistura de estadoestacionário) em vez de uma afinidade do modelo de reator defluxo tubular ou de plugue. A câmara de reação deretromistura injetavelmente misturada tem um espaço-tempo,respectivo a uma taxa de alimentação combinada da corrente dealimentação contendo alcano e da corrente de alimentaçãocontendo oxigênio, de aproximadamente 0,05 segundo aaproximadamente 1,5 segundo (um espaço-tempo preferivelmentecontemplado é de aproximadamente 0,1 segundo) de modo que asalimentações possam ser eficazmente misturadas e de modo queum período de indução inicial para gerar os radicais livresde alquila (por exemplo, sem limitação, os radicais livres demetila) possa ser acomodado antes que a corrente do produtoda câmara de reação de retromistura injetavelmente misturada(radicais livres de metano, oxigênio e metila) sejaalimentada ao reator de fluxo tubular para uma reaçãoadicional no metanol. Em uma realização preferida, o desenhoda câmara de reação de retromistura injetavelmente misturadapermite a mistura injetável de alcano Ci-C4 e de correntes dealimentação contendo oxigênio para agitar as correntes demaneira turbulenta e para agitar eficazmente de maneiraturbulenta a câmara de reação de retromistura injetavelmentemisturada. Sob este aspecto, a geração de radicais livres demetila é percebida como sendo a primeira reação da etapacinética no conjunto das reações da etapa cinética queatingem a oxigenação direta do metano em metanol (umrespectivo oxigenado de alquila), e a utilização de umacâmara de reação de retromistura injetavelmente misturadaantes de um reator de fluxo tubular permite um grau deliberdade para a otimização independente desta etapa deindução de radical livre de metila. Outros radicais livresderivados de alcanos C2-C4 devem ter geralmente um período deindução mais curto do que o radical livre de metila sobcondições comparáveis. As sub-reações cinéticas deramificação de cadeia subseqüentes (etapas de sub-reaçãocinética) cobrem então os radicais livres de metila e outroscomponentes da corrente do produto da câmara de reação deretromistura injetavelmente misturada ao metanol e outrosprodutos; estas sub-reações posteriores são mais bemcontroladas no ambiente do reator de fluxo tubular querecebeu tradicionalmente o metano misturado (mas não-reagido)(alcano) e o oxigênio de sistemas prévios.

O sistema de reator provê conseqüentemente diversosgraus de liberdade (por exemplo, sem limitação, espaço-tempo,temperatura e mistura injetável do reator, conforme discutidoadicional e subseqüentemente na presente invenção) paraaumentar a(s) sub-reação(ões) da série cinética inicial etambém para aumentar, com alguma independência das condições,a(s) sub-reação(ões) em série cinética(s) inicial(is), assub-reações em série cinéticas subseqüentes no conjunto totalde sub-reações que combinam para conseguir a reação deoxidação direta total de pelo menos um alcano C1-C4 em pelomenos um respectivo oxigenado de alquila.

Com respeito ao metano na corrente de alimentaçãocontendo alcano, a indução de radicais livres de metila nacâmara/reator de mistura (a câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada) é um desvio evidente dosensinamentos prévios de documentos tais como a Patente Norte-americana n° . 4.982.023 e a Patente Norte-americana n°.4.618.732, as quais, conforme observado nos Fundamentos,indicam que as correntes de alimentação devem ser misturadassomente antes de sua introdução em um reator.

Os reagentes são alimentados na câmara/reator demistura (a câmara de reação de retromistura injetavelmentemisturada) em correntes separadas. Na emergência de umacâmara de reação de retromistura injetavelmente misturada, osreagentes são então alimentados ao reator de fluxo tubular. Amistura deve ser efetuada completamente, com o objetivo deatingir uma distribuição uniforme ou essencialmente uniformeda concentração do reagente na corrente do produto da câmarade reação de retromistura injetavelmente misturada. Isto énecessário para evitar a oxidação dos produtos desejados - ometanol e outros oxigenados. Tal oxidação ocorre de outramaneira nas regiões não completamente misturadas onde háconcentrações relativamente elevadas de oxidante, com reduçãoproporcional do rendimento do produto. Sob este aspecto, otempo de mistura na câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada deve ser relativamente brevecomparado ao tempo de residência em um reator de fluxotubular. Em vista dos tempos de residência preferidos totais para o sistema de reator como um todo, de aproximadamente 1segundo a aproximadamente 2,5 segundos, o tempo de residênciana câmara de reação de retromistura injetavelmente misturadadeve ser de pelo menos 0,1 segundo. Sob este aspecto, amistura turbulenta real dos gases pode ser obtida em menos de1 ms. Embora haja diversas realizações para obter uma misturasatisfatória, conforme será descrito em seguida, umarealização preferida para a utilização com os tempos deresidência mais curtos utiliza essencialmente jatosturbulentos opostos com um cone difusor desviador que tem asua lateral tendendo para o ápice (extremidade apical) maisperto de um reator de fluxo tubular. A finalidade do cone éminimizar os longos tempos de residência para as subporçõesdo conteúdo da câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada em vista da reatividade elevada dosradicais livres de alquila (por exemplo, metila).

As paredes do reator devem ser inertes no ambientequímico da reação. O material de construção do reator deveser o aço, preferivelmente o aço inoxidável, para conter apressão total necessária. Uma vez que uma superfície de açodiminui a seletividade do metanol, o aço é revestidopreferivelmente com um revestimento inerte, tal como Teflon™ou uma cera orgânica. A inserção de uma camisa de Pyrex™ oude quartzo no reator também provê uma superfícierelativamente inerte.

Um defletor de limitação de fluxo é posicionado nasaída da câmara de reação de retromistura injetavelmentemisturada para aumentar a queda de pressão entre a câmara dereação de retromistura injetavelmente misturada e o reator defluxo tubular e atinge, desse modo, uma característica degiro superior do tempo de residência desejado (grau deliberdade de controle) na câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada. Em uma realização preferida, odefletor de restrição de fluxo (anteparo com aberturas parapermitir uma posição fluida) é conveniente e axialmentemóvel, de modo que posições alternativas do defletor possamser dispostas ao configurar sob medida o espaço-tempo eficazna câmara de reação de retromistura injetavelmente misturadaantes de uma execução do processo ou durante uma execução doprocesso. Em uma realização preferida, o defletor derestrição de fluxo fica em proximidade adicional a umcomponente de bloqueio que é conveniente e axialmente móvel,de modo que posições variáveis do defletor (anteparo) possamser definidas ao obstruir parcialmente as aberturas nodefletor (anteparo) ao configurar sob medida o espaço-tempoeficaz na câmara de reação de retromistura injetavelmentemisturada antes de uma execução do processo ou durante umaexecução do processo; esta característica provê um outro graude liberdade para o controle operacional.

Retornando agora a uma vista geral do reator defluxo tubular, a posição axial de temperatura máxima écompletamente sensível à temperatura da entrada do reator, àvazão total e à composição do reagente. Flutuações eraqualquer uma destas quantidades podem fazer com que a posiçãodo "ponto quente" do reator se mova. Em um caso extremo, o"ponto quente" pode se mover para fora do recipiente dareação e, desse modo, afetar adversamente o desempenho. Oreator de fluxo tubular é equipado, portanto, preferivelmenteem uma realização com ura termopar que pode ser transferidoaxialmente (ao longo do eixo do fluxo geral no reator)através de uma vedação deslizante. Em uma outra realização,uma pluralidade de termopares dispostos para medir o perfilde temperatura do reator de fluxo tubular ao longo do eixo dofluxo permite o monitoramento da temperatura. O conjunto determopares monitora a distribuição axial da temperatura defase gasosa no reator, e as medições dos termopares tambémsão utilizadas para o controle do reator.

O metanol, o formaldeído e outros oxigenados podempassar por uma decomposição térmica às altas temperaturas doreator de fluxo tubular, tendo por resultado a perda doproduto. Tal decomposição é minimizada pela refrigeração doconteúdo do reator em um local imediatamente a jusante do"ponto quente". Uma vez que a refrigeração da parede não ésuficientemente responsiva, uma realização preferida empregaa injeção de um gás frio por meio de um tubo cuja posiçãoaxial também pode ser alterada por meio de uma vedaçãodeslizante. O gás frio é pref erivelmente gás natural, masdióxido de carbono, nitrogênio ou uma outra substância inertetambém podem ser utilizados.

A Figura 12 apresenta uma vista em seçãotransversal simplificada 1200 de um sistema de reator que temuma câmara de reação de retromistura injetavelmente misturada1202 em acoplamento próximo ao reator de fluxo tubular 1204,de modo que um sistema de reator que tem uma câmara de reaçãode retromistura injetavelmente misturada em comunicaçãofluida com um reator de fluxo tubular é provido para um dosprocessos descritos conjuntamente com as Figuras 1 a 11. Asseções principais da câmara e do reator do sistema de reatorsão alinhadas ao longo do eixo geométrico 122 0 com a câmarade reação de retromistura injetavelmente misturada que tem oinvólucro 1206 (que define o volume interno 1234 com umasuperfície cilíndrica em cooperação com o anteparo 1232). Oreator de fluxo tubular 1204 tem o invólucro 1210 que defineo volume interno 124 8 em cooperação com a seção do reator defluxo tubular deslizável 1204, que tem o invólucro 1208, ecom o anteparo 1232. Uma corrente de alimentação de gáscontendo alcano (uma primeira corrente de fluido) entraatravés da entrada de gás de alcano 1222 e das entradas degás de alcano similares, conforme descrito. Uma corrente dealimentação de gás contendo oxigênio (uma segunda corrente defluido) entra através da entrada de gás de oxigênio 1224 e dodesviador/distribuidor cônico 1226. O desviador/distribuidorcônico 1226 tem uma base cônica (base 1614 da Figura 16)conectada a uma porção do invólucro 12 06 em uma disposiçãooposta ao anteparo 1232. Uma saída da câmara de reação deretromistura é estabelecida pelo anteparo (defletor) 1232 epela posição 1270 (com suas posições fluidas associadasmostradas mais detalhadamente nas Figuras 17A e 17B) e ocomponente de bloqueio opcional 1230. 0 anteparo (defletor)1232 e o componente de bloqueio opcional 123 0 (para adefinição da posição variável na operação em tempo real dosistema de reator) apresentam posições tais como a posição127 0 a alimentação para a corrente de produto da câmara dereação de retromistura injetavelmente misturada 1202 aoreator de fluxo tubular 1204. O reator de fluxo tubular 1204tem, portanto, uma entrada do reator de fluxo tubular emcomunicação fluida através da posição 1270 com a saída dacâmara de reação de retromistura 1202 no anteparo (defletor)1232 e no componente de bloqueio 1230. A entrada de gás dealcano 1222 (juntamente com as entradas similares de gás dealcano conforme descritas) e a entrada de gás de oxigênio1224 com o desviador/distribuidor cônico 1226 e a abertura deentrada de oxigênio 1228 (juntamente com entradas similaresde gás de alcano como descritas) são configuradas(posicionadas e feitas sob medida com respeito aos fluxos dascorrentes de alimentação contendo alcano e contendo oxigênio)para agitar de maneira turbulenta os componentes da reaçãodentro do volume interno 1234 da câmara de reação deretromistura injetavelmente misturada 1202 pela misturainjetável da corrente de alimentação de gás contendo alcano eda corrente de alimentação de gás contendo oxigênio.

O reator de fluxo tubular 12 04 tem uma saída doreator de fluxo tubular 1260, e o reator de fluxo tubular1204 tem uma entrada de gás refrigerante 1274 disposta entreuma entrada do reator de fluxo tubular a partir das posições(posição 1270) no anteparo 1232 e uma saída do reator defluxo tubular 1260 para receber uma corrente de gásrefrigerante (que entra na porta de entrada de refrigeração123 6 e então na porta de entrada interna de gás refrigerante1250 antes de prosseguir para a entrada de gás refrigerante1274) e, desse modo, refrigera com resfriamento brusco oreator de fluxo tubular 1204. Sob este aspecto, a entrada degás refrigerante 1274 em uma realização fica em um tuboalongado (tubo 1262) com pelo menos uma abertura 1274 (videas Figuras 18A e 18B para os detalhes em seção transversalrespectivo ao eixo geométrico 1220) para condução do fluxo deresfriamento brusco refrigerante no espaço do reator 1248. Otubo 1262 coopera com o tubo guia 1264. Em uma realização, otubo 1262 gira dentro do tubo guia 1264 para regular aquantidade de resfriamento brusco aplicado a uma posição. Emuma realização alternativa, o tubo 1262 é axialmentedeslizável (com referência ao eixo geométrico 1220) para oposicionamento dentro do reator de fluxo tubular 1204 e paraa provisão de resfriamento brusco local. Contudo, em umaoutra realização, o tubo 1262 gira dentro do tubo de guia1264 para regular a quantidade de resfriamento bruscoaplicada a uma posição e é também axialmente deslizável (comreferência ao eixo geométrico 1220) para o posicionamentodentro do reator de fluxo tubular 1204 e para a provisão deresfriamento brusco local. Os componentes com resfriamentobrusco (incluindo as referências dos desenhos 1262, 1250,1236, 1264 e 1274) oferecem, portanto, um grau de liberdadepara o controle do perfil de temperatura ao longo do eixogeométrico 1220 dentro do reator de fluxo tubular 1204. Ostermopares tais como o termopar 1216 e termopares similares,tal como descrito, oferecem medições para o perfil detemperatura em uma realização. Um termopar deslizante 1214(com sensor de termopar 1272 e vedado com vedação deslizante1212 ao invólucro 1210) provê medições para o perfil detemperatura em uma outra realização. A Figura 12 mostra umarealização que tem termopares estacionários tais como otermopar 1216, bem como um termopar deslizante 1214 (comcabeça de termopar 1272).

O reator de fluxo tubular 1204 tem o invólucro 1210que define o volume interno 124 8 em cooperação com a seção doreator de fluxo tubular deslizável 1204 que tem o invólucro1208 e que tem também o anteparo 1232 (com componente debloqueio opcional 1230 para prover a posição 1270 como umaposição variável em seção transversal). O anteparo 1232 e ocomponente de bloqueio 1230 estão na interface vedada demaneira deslizável ao invólucro da câmara de reação deretromistura 1206 e são, portanto, unidas eficazmente à seçãodo reator de fluxo tubular deslizável 1204 que tem oinvólucro 1208. A seção de invólucro 1208 fica, portanto, nainterface vedada de maneira deslizável ao invólucro 1210 etambém ao invólucro 12 06, sendo que as vedações 1244, 124 6 e123 8 conferem isolamento do ambiente externo. A câmara dereação de retromistura injetavelmente misturada 12 02 tem um volume interno da câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada 1234 definido pelo invólucro dacâmara de reação 1206 e pelo anteparo 1232 (com o componentede bloqueio opcional 1230). O anteparo 1232 (e o componentede bloqueio 1230) são, portanto, móveis de maneira deslizável durante a operação em tempo real do sistema de reator davista 12 00 para progredir dentro do invólucro da câmara dereação de retromistura 1206 em direção à entrada 1224 paradiminuir desse modo comensuravelmente o volume interno 1234,e o anteparo 1232 (e o componente de bloqueio 1230) sãoalternativamente móveis de maneira deslizável durante aoperação em tempo real para retrair se afastando da entrada1224, para expandir desse modo comensuravelmente o volumeinterno 1234. Na realização da Figura 12, o reator de fluxotubular 12 04 tem um volume interno do reator de fluxo tubular1248 definido pelos invólucros do reator de fluxo tubular1208 e 1210 e pelo anteparo 1232 (com o componente debloqueio 1230). O anteparo 1232 (e o componente de bloqueio1230) são, portanto, móveis de maneira deslizável durante aoperação em tempo real do sistema de reator da vista 1200,diminuindo desse modo comensuravelmente o volume interno 1248ao se mover se afastando da entrada 1224, e o anteparo 1232(com o componente de bloqueio opcional 123 0) sãoalternativamente móveis de maneira deslizável durante aoperação em tempo real de modo a se mover em direção àentrada 1224, para expandir desse modo comensuravelmente ovolume interno 1248. Esta interface móvel permite um grau deliberdade para controlar o espaço-tempo relativo(essencialmente equivalente, para o fluxo gasoso, ao volumeinterno da reação dividido pela vazão volumétrica que se moveatravés do volume interno da reação) dentro do sistema dereator da vista 1200 entre um reator de fluxo tubular 1204 ecâmara de reação de retromistura injetavelmente misturada1202.

Essencialmente, a funcionalidade permitida pelascaracterísticas do anteparo 1232 (e do componente de bloqueio123 0) é para uma câmara de reação de retromistura onde ovolume interno (definido por uma superfície interna de uminvólucro e também pela superfície de qualquer componente nainterface vedada de maneira móvel a essa superfície interna)pode ser facilmente modificado de modo que o espaço-tempo,provido pela câmara de reação de retromistura ao reagirquimicamente os componentes composicionais nos líquidosgasosos que fluem dentro do volume interno, possa sermodificado sem modificar necessariamente a(s) vazão(ões), aturbulência, e/ou a queda de pressão desses líquidos. Sobeste aspecto, qualquer abordagem para modificar o volumeinterno de um primeiro volume interno para um segundo volumeinterno é potencialmente útil. Em uma realizaçãoconceitualizada, por exemplo, o anteparo 1232 é fixadoaxialmente, o desviador/distribuidor cônico 1226 tem uma basesuficientemente larga para vedar de maneira deslizável contrao invólucro da câmara de reação de retromistura 12 06, odesviador/distribuidor cônico 1226 tem um tubo deslizável(não mostrado) para se interconectar à entrada 1224 e odesviador/distribuidor cônico 1226 diminui desse modocomensuravelmente o volume interno 1234 ao se mover seafastando da entrada 1224, e expande comensuravelmente ovolume interno 1234 ao se mover em direção à entrada 1224. Emuma outra realização conceitualizada, o invólucro 1206 temuma porção móvel que invade a câmara para diminuir o volumeinterno 1234 e é alternativamente removido da câmara paraaumentar o volume interno 1234. Contudo, em uma outrarealização conceitualizada, um componente interno comdiafragma modifica as suas características para modificarcomensuravelmente o volume interno 1234.

A vedação 1246, a vedação 1212, a vedação 1244, avedação 123 8, a vedação 1242 e a vedação 124 0 permitem omovimento deslizável dos componentes móveis do sistema dereator da vista 1200. 0 componente de rotação 1218 permite arotação do componente de bloqueio 123 0 durante a operação.

Conforme deve ficar evidente, o movimento dos componentes(especialmente durante a operação do sistema de reator davista 1200) é preferivelmente obtido com o auxílio de motorescom velocidade variável, alavancas, alavancas com engrenagemassociada e/ou motores em etapas e com engrenagem associada(não mostrados, mas que devem ficar evidentes aos elementosversados na técnica).

Em operação, uma corrente de alimentação contendoalcano e uma corrente de alimentação contendo oxigênio sãointroduzidas na câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada 1202 através das portas de entradatais como a entrada 1222 (a corrente de alimentação contendoalcano) e a entrada 1224 (a corrente de alimentação contendooxigênio). As condições internas da câmara de reação deretromistura injetavelmente misturada 1202 são controladaspara induzir a formação de radicais livres de alquila nacâmara de reação de retromistura injetavelmente misturada1202 para resultar em uma corrente do produto da câmara dereação de retromistura injetavelmente misturada para a saídae uma comunicação fluida no reator de fluxo tubular 1204através de posições tais como a posição 1270 no anteparo 1232e no componente de bloqueio 1230. Os componentes são feitossob medida e são arranjados para prover um momento molecularsignificativo nos líquidos de entrada de modo que a misturainjetável e um fluido da reação turbulenta sejamestabelecidos na câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada 1202. A alimentação da corrente doproduto da câmara de reação de retromistura injetavelmentemisturada ao reator de fluxo tubular 1204 através da posição1270 compreende, portanto, o oxigênio, o alcano não-reagido epelo menos uma porção dos radicais livres de alquila queforam induzidos dentro da câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada 1202. Sob este aspecto, a "reação"do alcano em oxigenado de alquila (focalmente, a "reação" dometano ao metanol) envolve uma grande pluralidade de reaçõesde curta duração (também denominadas na presente invençãocomo sub-reações em série cinéticas ou sub-reaçõescinéticas); certamente, pode haver pelo menos 60 sub-reaçõesem série cinéticas na "reação" total do metano ao metanol eos outros oxigenados de alquila que ocorrem no sistema. Asub-reação em série cinética inicial ocorre para induzir umradical de alquila de um alcano quando uma molécula de alcanoé exposta ao oxigênio molecular. Esta indução de um radicalde alquila parece requerer um período de tempo de muitasordens de magnitude a mais do que o tempo necessário paramisturar de maneira turbulenta as duas correntes dealimentação fluidas e também parece ser uma sub-reação emsérie cinética que dispende tempo respectivamente às sub-reações em série cinéticas que ocorrem uma vez que o radicallivre de alquila está disponível. Há, portanto, uma eficáciano manuseio desta reação em uma câmara de reação deretromistura injetavelmente misturada separada que fica emcomunicação fluida com o reator de fluxo tubular onde umaporção consistente (com o tempo e na operação em estadoconstante) dos radicais de alquila será essencialmenteconduzida (alimentada no reator de fluxo tubular) para provera base para permitir muitas sub-reações em série cinéticasparalelas, subseqüentes e seqüenciais que são altamenteexotérmicas e requerem uma abordagem de controle do calormais receptiva aos reatores de fluxo tubulares do que ascâmaras de reação de retromistura injetavelmente misturadas.

Embora acoplada próxima ao reator de fluxo tubular nasrealizações, a câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada provê os componentes da reação comum estado operacional composicional e físico essencialmenteuniversal (temperatura, pressão e momento molecular) dentrode seu espaço-tempo comparado ao sistema de fluxo tubular;isto permite o controle da etapa de indução do radical dealquila essencial independentemente do reator de fluxotubular onde, ao longo do eixo geométrico do reator de fluxotubular, os componentes da reação têm uma composição e umestado físico axialmente (e provavelmente radialmente)diferenciados.

Como deve ficar evidente aos elementos versados natécnica, o controle da graduação em um sistema tal como osistema de reator da vista 1200 necessita controlar o desafiode prover um momento molecular aceitável em situações deespaço-tempo crescente; se o momento molecular diminuir, ofluido da reação na câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada irá migrar para a faixa de fluxolaminar e a consistência necessária total do fluido da reaçãoda câmara de reação de retromistura injetavelmente misturadapode desse modo ficar potencialmente comprometida; portanto,um reator de acordo com a vista 1200 parece eficaz noprocessamento em pequena escala para tornar o "gás encalhado"um produto valioso.

O espaço-tempo total do sistema de reator,respectivo a uma taxa de alimentação combinada da corrente dealimentação contendo alcano e da corrente de alimentaçãocontendo oxigênio, é de não mais do que 40 segundos e,preferivelmente, de não mais do que 2,5 segundos. O espaço-tempo da reação para a câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada é controlado para que não seja demais de 1,5 segundos.

As Figuras 13A e 13B apresentam vistas em seçãotransversal simplificadas 1300 e 1350 dos detalhes namodificação do volume interno da câmara de reação deretromistura injetavelmente misturada 1202 da Figura 12. Sobeste aspecto, uma vista alternativa 1300 é apresentada para acâmara de reação de retromistura injetavelmente misturada1202 na Figura 13A onde um distribuidor de "escova decabelos" 1308 (detalhado adicionalmente nas Figuras 15A e15B) para a corrente de alimentação contendo oxigênio éilustrado. A vista 1300 da Figura 13A mostra geralmente umanteparo 1304 e o componente de bloqueio opcional 13 02 naorientação inteiramente expandida ou estendida ao invólucro1306.

A vista 1350 do reator da Figura 13B mostrageralmente o anteparo 1304 e o componente de bloqueioopcional 1302 na orientação inserida no invólucro 1306 paradiminuir o volume (e, na operação em estado constante, oespaço-tempo) da câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada respectiva ao volume (espaço-tempo)da vista 1300.

A Figura 14A apresenta uma vista simplificada emseção transversal 1400 de um outro desenho alternativo para acâmara de reação de retromistura injetavelmente misturada1202 da Figura 12. Sob este aspecto, uma porção principalhemisférica 1402 é perfilada para o invólucro, com um perfilcomparavelmente hemisférico no anteparo introduzido.

A Figura 14B mostra uma vista 1450 que ilustra acâmara de reação de retromistura injetavelmente misturada1202 da Figura 12 com um volume interno modificado daquelemostrado na Figura 12. O anteparo 1232 e o componente debloqueio (opcional) 1230 são descritos na orientação inseridaao invólucro 12 06 para diminuir o volume. (e, na operação emestado constante, o espaço-tempo) da câmara de reação deretromistura injetavelmente misturada 1202 respectiva aovolume (espaço-tempo) da vista 1200.

As Figuras 15A e 15B apresentam vistas em seçãotransversal alinhadas 1500 e 1550 do encastre de aplicação defluido de "escova de cabelos" 1308 para um projetoalternativo para a câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada 1202 da Figura 12. O eixo geométrico1504 é alinhado com o eixo geométrico 1220 na realizaçãopreferida, sendo que a vista 1500 mostra o distribuidor de"escova de cabelos" 1308 respectivo a um plano perpendicularao eixo geométrico 1504, e a vista 1550 mostra detalhes dodistribuidor de "escova de cabelos" 13 08 respectivo a umplano paralelo ao eixo geométrico 1504. A corrente dealimentação contendo oxigênio é introduzida no espaço defluxo interno 1234 de uma pluralidade de aberturas (tais comoa abertura 1502) disposta ao longo do eixo geométrico dacâmara de reação de retromistura injetavelmente misturada nalinha central essencial da superfície cilíndrica do invólucro1206 e na orientação não-paralela ao eixo geométrico dacâmara de reação de retromistura injetavelmente misturada1220 em que o eixo geométrico 1504 é alinhado essencialmentecom o eixo geométrico 1220.

A Figura 16 apresenta uma vista em seçãotransversal simplificada 1600 das partes internas para oencastre de aplicação de fluido cônico 1226 para aplicar acorrente de alimentação contendo oxigênio na câmara de reaçãode retromistura injetavelmente misturada 1202 da Figura 12. Odesviador de fluxo interno é definido por uma superfíciecônica 1604 que tem um eixo geométrico 1602. Uma base cônica1614 fica em uma extremidade do eixo geométrico 1602, e aextremidade apical 1612 (uma extremidade que, se o cone fosseestendido, iria convergir finalmente para prover o ápice docone) fica na extremidade oposta do eixo geométrico 1602.

Confoírme mostrado na vista 1200 da Figura 12, o eixogeométrico 1602 é alinhado com o eixo geométrico 1220 dacâmara de reação de retromistura injetavelmente misturada1202 quando o desviador cônico 1226 é disposto dentro doinvólucro cilíndrico 12 06 de modo que a saída da câmara dereação de retromistura (posição 1270) fique mais próxima àextremidade apical 1612 do que à base cônica 1614. A correntede alimentação contendo oxigênio é introduzida na entrada1610 (a partir da entrada 1224 da Figura 12) e então noespaço de fluxo interno 1234 de uma pluralidade de aberturas16 08 dispostas ao longo do eixo geométrico da câmara dereação de retromistura injetavelmente misturada 1220 (eixogeométrico 1602) e na orientação não-paralela ao eixogeométrico 1220. A posição interna 1606 transporta de maneirafluida a corrente de alimentação contendo oxigênio àpluralidade de aberturas 1608.

As Figuras 17A e 17B apresentam vistas em seçãotransversal simplificadas de detalhes do defletor deinterface (1232/1230) e do posicionamento na interface entrea câmara de reação de retromistura injetavelmente misturada1202 e o reator de fluxo tubular 1204 do sistema de reator daFigura 12. Na vista 1700 da Figura 17A, o anteparo 1702 tempelo menos uma abertura 1704 que define uma posição (vide aposição 1270 na Figura 12) para uma comunicação fluida de umacorrente do produto da câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada da câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada 1202 ao reator de fluxo tubular1204. O anteparo 1702 (anteparo 1232 na Figura 12) provê aposição com pelo menos uma abertura 1704 que tem uma área emseção transversal. Quando o fluido passa, o anteparo 1702 coraaberturas 17 04 define um defletor para criar uma queda depressão entre a câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada 1202 e o reator de fluxo tubular1204 à medida que o fluido passa da câmara de reação deretromistura injetavelmente misturada 1202 ao reator de fluxotubular 1204. Em um sistema de reator "ajustado", asaberturas 1704 podem ser feitas sob medida com precisão emuma realização de modo que nenhum componente de bloqueio sejanecessário; tal arranjo tem poucos graus de liberdade para aoperação, mas também é menos complexo de um ponto de vista devedação e construção. Para variação operacional era tempo realda posição eficaz criada pela abertura 1704, um componente debloqueio 1230 é disposto em uma realização alternativa onde,tal como mostrado na vista 1750 da Figura 17B, o componentede bloqueio 1230 pode ser girado para "bloquear" uma porçãoda área em seção transversal da abertura 1704 onde uma porçãodo componente de bloqueio 1706 (o componente de bloqueio 123 0da Figura 12) é mostrada comprimindo a posição da abertura1704 (observe que a vista 1750 pode ser conceitualizada comouma vista paralela ao eixo geométrico 1220 e em direção àcâmara de reação de retromistura injetavelmente misturada12 02 a partir do reator de fluxo tubular 12 04) e restringindodesse modo a posição.

Em uma realização preferida, o anteparo (1232/1702)tem pelo menos uma abertura 1704 como uma primeira abertura,e o componente de bloqueio (123 0/1706) tem pelo menos umasegunda abertura (1708) . A primeira e a segunda aberturastêm, preferivelmente, dimensões essencialmente idênticas, e aprimeira abertura 1708 e a segunda abertura 1704 sãomutuamente dispostas para alinhar de maneira posicionai, emum posicionamento relativo do anteparo (1232/1702) e docomponente de bloqueio (1230/1706), para definir a posição(1270) para ter essencialmente um equivalente da área emseção transversal para a área em seção transversal daprimeira abertura. Na vista 1750, isto pode ser apreciado aose considerar que a porção da abertura 1704 que não ébloqueada da utilização da posição pelo componente debloqueio 1706 é também a porção de abertura 1708 que não ébloqueada da utilização da posição pelo anteparo 1702.

Uma realização alternativa da combinação doanteparo (1232/1702) e do componente de bloqueio (1230/1706)que não inclui a utilização do componente de rotação 1218 édiscutida adicionalmente com respeito à Figura 21. Nestarealização alternativa, o anteparo (1232/1702) é móvelrespectivamente ao componente de bloqueio estacionário(1230/1706) onde o encaixe de chave 1710 provê um impedimentoaxialmente deslizável (com respeito ao eixo geométrico 1220)contra a chave 2110 (Figura 21) para proibir a rotação docomponente de bloqueio (1230/1706). Nesta realização, oanteparo (1232/1702) é unido firmemente ao invólucro 1208,mas o invólucro 12 08 gira adicionalmente sobre o eixogeométrico 1220 para atingir uma posição variável 1270definida pela abertura 1704 e pela abertura 1708. A chave2110 é afixada ao invólucro 1206 (detalhes não mostrados) e aabertura 1714 (Figura 17A) provê uma abertura não-resistivapara a chave 2110 passar ao volume interno 1248 de modo que oanteparo (1232/1702) e o componente de bloqueio (1230/1706)se movam axialmente (eixo geométrico 1220) respectivamentepara a entrada 1224 com o componente de bloqueio 1230/1706sempre contido e o anteparo 1232/1702 sempre girando em tornodo eixo geométrico 1220.

Os rolamentos de esfera 1712 são utilizados nasrealizações preferidas para aumentar a rotação suave docomponente móvel (do anteparo 1232/1702 ou do componente debloqueio 1230/1706, dependendo de sua realização particular)contra o componente não-móvel no sistema de defletor.

As Figuras 18A e 18B apresentam vistas em seçãotransversal simplificadas 1800, 1850 e 1860 de detalhes e doposicionamento para a entrada de resfriamento brusco deposição variável 1274 para o sistema de reator da Figura 12.O tubo guia 1264 é mostrado em seção transversalperpendicular na vista 1800 respectivamente ao eixogeométrico 122 0, sendo que a seção transversal do tubo 18 02 tem um encaixe alongado 1808 que segue ao longo do eixogeométrico 1220. O encaixe alongado é difícil de ser mostradona Figura 12, mas é descrito nas Figuras 18A e 18B como aposição inteiramente aberta 1808 para conduzir o encaixeaxial; o tubo de resfriamento brusco 1804/1262 é mostrado coma abertura 1806/1274 - vide a posição da entrada 1274 naFigura 12 - para mostrar que é uma abertura com uma dimensãosubstancialmente menos axial do que a dimensão axial doencaixe 1808 do tubo de guia 1802/1264. O tubo 1804/1262coopera com o tubo de guia 1802/1264 tal como mostrado navista 1850 para não conduzir o resfriamento brusco ao volumeinterno 1248 quando a abertura 1806 é girada para obstruir aposição (1274) com a superfície interna do tubo guia1802/1264. Em uma realização, o tubo 1804/1262 é axialmentedeslizável dentro do tubo guia 1802/1264 para reposicionaraxialmente a abertura 1806/1274 ao longo do eixo geométrico1220. A vista 1860 mostra então a rotação de alinhamentoradial entre o tubo 1804/1262 e o tubo guia 1802/1264 de modoque a posição/entrada 1274 seja ativada. Deve ser observadoque diversos conjuntos alternativos (não mostrados) dasaberturas 1806 podem ser facilmente providos em posiçõesradiais diferentes do tubo 18 04 para prover modelos deresfriamento brusco alternativos como uma função daorientação radial do tubo 1804/1262 ao longo do eixogeométrico 1220 no reator de fluxo tubular 1204.

As Figuras 19A a 19C apresentam uma série de perfisde temperatura para um reator de fluxo tubular do sistema dereator da Figura 12 em operação. Sob este aspecto, o eixo dasabscissas 1904 e o eixo das ordenadas 1906 são idênticos emtodas as Figuras 19A, 19B e 19C, sendo que o eixo dasabscissas 1904 mostra a distância ao longo do eixo geométrico1220 do reator de fluxo tubular 1204 e o eixo das ordenadas1906 ilustra a temperatura dentro do fluido de reação doreator de fluxo tubular 1204. O lócus 1902 (Figura 19A) é umadescrição conceitualizada de um perfil de temperatura para oreator de fluxo tubular 1204 sem o beneficio de resfriamentobrusco. O lócus 1922 (Figura 19B) é uma representaçãoconceitualizada de um perfil de temperatura para o reator defluxo tubular 1204 com o benefício de resfriamento brusco daposição 1938 essencialmente à saída 1260. O lócus 1932(Figura 19B) é uma representação conceitualizada de um perfilde temperatura para o reator de fluxo tubular 12 04 com obenefício de resfriamento brusco somente na posição 1938. Assub-reações em série cinéticas discutidas anteriormente irãovariar em sua atividade dependendo do perfil de temperaturaao longo do eixo geométrico 1220 dentro do reator de fluxotubular 12 04. Desse modo, por exemplo, a mistura do produtodo reator de fluxo tubular 1204 será diferente para cada umdos Loci 1902, 1922 e 1932 por seus perfis térmicosdiferenciados, energias comensuravelmente diferenciadas eatividade cinética comensuravelmente diferenciada para sub-reações individuais no conjunto de sub-reações em sériecinéticas. O desenho de tubo com resfriamento brusco oferece,portanto, ainda um outro grau de liberdade para otimização dacomposição de uma corrente de produto do sistema de reator deoxigenado de alquila gerada a partir de uma corrente dealimentação contendo alcano C1-C4 e uma corrente dealimentação contendo oxigênio.

A Figura 20 apresenta uma vista em seçãotransversal simplificada 2000 de uma realização alternativade um sistema de reator que tem uma câmara de reação deretromistura injetavelmente misturada em acoplamento próximoa um reator de fluxo tubular. O conjunto de defletor dainterface (anteparo 1232 e componente de bloqueio 1230 dasrealizações do conjunto conforme descrito com respeito àFigura 12 e as realizações de disposição contidas por chavealternativas das Figuras 17A, 17B e 21) se move de maneiradeslizável e é girado durante a operação em tempo real dosistema de reator da vista 2000 para progredir e/ou retrairse afastando da entrada 2062 pela utilização de uma vedação ede uma conexão rosqueadas facilitada pelo rosqueamento macho2012 (rosqueamento macho 2212 nas Figuras 21 e 22A a 22C). Amaior parte da câmara de reação de retromisturainjetavelmente misturada e do reator de fluxo tubularcompartilha o invólucro 2070, que é adicionalmente rosqueadopara prover o rosqueamento fêmea para cooperar com orosqueamento 2012/2212. As Figuras 22A a 22C mostram umdetalhe adicional sob este aspecto, onde a Figura 22A mostrauma camisa do reator de fluxo tubular 2016 na posiçãointeiramente progredida, a Figura 22B mostra uma camisa doreator de fluxo tubular 2 016 na posição deprogressão/retração de ponto médio e a Figura 22C mostra acamisa do reator de fluxo tubular 2016 na posiçãointeiramente retraída.

A câmara de reação de retromistura e um reator defluxo tubular do sistema de reator da vista 2000 sãoalinhados ao longo do eixo geométrico 2014. Uma corrente dealimentação de gás contendo alcano (uma primeira corrente defluido) entra através da entrada de gás de alcano 2060 e dapluralidade de aberturas da entrada de gás de alcano, talcomo descrito. Uma corrente de alimentação de gás contendooxigênio (uma segunda corrente de fluido) entra através daentrada de gás de oxigênio 2062 e do distribuidor de escovade cabelos tal como discutido previamente com respeito àsFiguras 15A e 15B. Em uma realização alternativa, umdesviador/distribuidor cônico (Figura 16) é utilizado para acorrente de alimentação contendo oxigênio.

O reator de fluxo tubular tem uma camisa do reatorde fluxo tubular 2016 na interface vedada de maneiradeslizável na vedação 2008 ao invólucro 2004 e provê umasaída de fluido em um espaço relativamente pequeno definidopelo invólucro 2004. O invólucro 2004 tem uma profundidadeaxial suficiente para acomodar a travessia axial completaacionada pelo rosqueamento 2012/2212 (vide também as Figuras22A a 22C). O invólucro 2004 tem uma saída para a corrente doproduto do reator na saída 2020. A entrada de gásrefrigerante 2002 recebe a corrente de gás refrigerantedescrita anteriormente no espaço do gás refrigerante 2072(definido entre a superfície interna do invólucro 2070 e assuperfícies externas da camisa 2016 e o tubo de bloqueio2006) . A corrente de gás refrigerante prossegue então para oespaço interno da camisa 2016 através do encaixe espiral2018, em um ponto onde um encaixe axial (o encaixe axial 2032da vista em seção transversal perpendicular 2028 através doeixo geométrico 2014 na orientação voltada à direita em 2042e da Figura 23) do tubo de bloqueio 2006 e do encaixe espiral2018 é alinhado para definir uma posição (2302 da Figura 23)e também para refrigerar desse modo com resfriamento brusco oespaço interno da camisa do reator de fluxo tubular 2016. Acamisa 2016 coopera, portanto, próximo ao tubo de bloqueio2006.A camisa 2 016 é vedada ao invólucro 2 070 com umavedação deslizável 2074 e gira desse modo parasimultaneamente prosseguir/regredir respectivamente para acâmara de reação de retromistura injetavelmente misturada pormeio das linhas 2012/2212 (Figuras 22A-22C), regular aquantidade de resfriamento brusco aplicada a uma posiçãodentro de uma camisa do reator de fluxo tubular 2016(descrita com a Figura 2 0 e descrita adicionalmente com aFigura 23) e modificar a área em seção transversal da posição(conjunto de defletor de chave fixa, tal como discutidopreviamente e discutido adicionalmente na Figura 21). Emboraestes três graus de liberdade de controle (aprogressão/regressão posicionai do defletor, a aplicação deresfriamento brusco e a área em seção transversal da posiçãodo defletor) não sejam, portanto, controlados comindependência total, diferenças na taxa de alteração de cadaum com uma rotação da camisa 2016 permitem um sistemacontrolável que tem menos vedações do que a realizaçãodescrita com respeito à Figura 12 e apenas com convoluçãomuito limitada entre estes três graus de liberdade para aoperação normal. Sob este aspecto, uma rotação completa dacamisa 2016 atinge uma transferência completa da posição doencaixe espiral 2 018 (a sua faixa análoga axial completa),talvez aproximadamente 2% da faixa análoga axial completapara a progressão/regressão do defletor posicionai e 600% dafaixa análoga axial completa da área em seção transversal daposição para um defletor que tem seis aberturas (Figuras 17Ae 17B) . Portanto, a camisa 2016 é girada primeiramente àposição dentro da faixa análoga axial para aprogressão/regressão posicionai do defletor, para então seposicionar dentro da faixa análoga axial para resfriamentobrusco e, finalmente, para se posicionar dentro da faixaanáloga axial para a área em seção transversal da posição.Uma vez que o posicionamento do defletor é previsto como umajuste operacional relativamente estratégico para umacomposição da corrente de alimentação de gás de alcanoparticular, os ajustes operacionais em tempo real devem serelacionar mais ao resfriamento brusco de rotação única (1/6de rotação) ao posicionamento da posição do defletor.

A vista em seção transversal perpendicular 2 03 0através do eixo geométrico 2014 na orientação voltada àesquerda em 2040 mostra detalhes adicionais no posicionamentoda abertura para inserir alimentações a partir da entrada2060 e 2062 na câmara de reação de retromistura.

A Figura 21 apresenta detalhes do anteparo/defletor2100 para a realização do sistema de reator da Figura 20 etambém para a realização alternativa da interface entre acâmara de reação de retromistura injetavelmente misturada eum reator de fluxo tubular da realização do sistema de reatorda Figura 12, tal como referido previamente com respeito àsFiguras 17A e 17B. A camisa 2016 é repetida na Figura 20 como rosqueamento macho 2012/2212. Conforme descrito para arealização alternativa respectiva às Figuras 17A e 17B, ocomponente de bloqueio 2108 é contido da rotação pela chave2110 (conforme introduzido no encaixe 1710 - Figura 17B) e oanteparo 2104 fica em uma fixação não-deslizável à camisa2016. Os rolamentos de esferas 2106 ficam em contato com oanteparo 2104 (extremidade da camisa 2016) ao componente debloqueio 2108. O anteparo 2104 (luva 2016) gira livremente emtorno da chave 2110 em virtude da abertura circular nãocontida 1714 (Figura 17A).

Conforme discutido previamente, as Figuras 22A a22C mostram detalhes do posicionamento axial 2200, 2230 e2260 para a interface entre a câmara de reação deretromistura injetavelmente misturada e o reator de fluxotubular da realização do sistema de reator da Figura 20. Acamisa 2016 é reprisada na Figura 20 com o rosqueamento macho2012/2212.

A Figura 23 mostra um detalhe adicional 2300 naentrada de resfriamento brusco para a realização do sistemade reator da Figura 20. Sob este aspecto, é mostrada umavista vertical da camisa 2016 e um tubo de bloqueio 2006 emalinhamento com o eixo de entrada para a entrada 2002 (Figura20). A camisa 2016, o tubo de bloqueio 2006, o encaixeespiral 2018 e o encaixe axial 2032 (vista 2028 da Figura 20)são todos repetidos na Figura 20. A posição 2302 mostra oponto de alinhamento do tubo de bloqueio 2006 e o encaixeespiral 2018 para a aplicação de gás com resfriamento bruscoà camisa 2016 para refrigerar desse modo com resfriamentobrusco o espaço interno do reator de fluxo tubular.

As Figuras 24A e 24B mostram detalhes da vistaaxial para a realização do sistema de reator da Figura 20. AFigura 24A mostra uma vista voltada à direita ao longo doeixo geométrico 2014 (Figura 20) da parte externa do sistemade reator; as entradas 2060 e 2062 são reprisadas na Figura20. A Figura 24B mostra a vista em seção transversalperpendicular 24 50 através do eixo geométrico 2014 naorientação voltada à esquerda em 2022 (Figura 20); a entrada2002 é reprisada na Figura 20 e as aberturas 1704/1706 sãoreprisadas nas Figuras 17A e 17B.

As Figuras 25A e 25B mostram as vistas 2500 e 2550de duas realizações do sistema de reator de fluxo tubular quetêm zonas de entrada injetavelmente misturadas (a zona 2520em ambas as Figuras 25A e Β), resfriamento brusco emmúltiplas posições e detecção de temperatura em múltiplasposições. A zona de mistura 2520 na Figura 25A e na Figura25B mostra um desviador distribuidor cônico simbólico 2502com um cone cheio, altamente similar ao desviador cônico daFigura 16 e também da Figura 12. A vista do sistema 2500 daFigura 25A mostra termopares múltiplos (tal como o termopar2510) e múltiplas portas de entrada com resfriamento brusco(tal como a porta de entrada com resfriamento brusco 25 08) noinvólucro 2512. A vista do sistema 2550 da Figura 25B mostraum termopar variável 2504 e uma vedação de porta de entradacom resfriamento brusco do termopar de posição variável 2506disposta dentro do espaço interno definido pelo invólucro2514. A medição do resfriamento brusco e da temperatura é,portanto, altamente similar na Figura 12 e na Figura 25B paraos reatores de fluxo tubular de ambas as realizações. Ossistemas da Figura 25A e da Figura 25B são úteis para proveros sistemas de reator que são altamente similares àsrealizações das Figuras 12 e 20, exceto quanto à ausência nasFiguras 25A e 25B de um conjunto de defletor de separação quedefine uma interface transparente entre uma câmara de reaçãode retromistura injetavelmente misturada e o reator tubular.Sob este aspecto, os dados da operação de um sistema daFigura 25A ou da Figura 25B, quando comparados aos dados daoperação de um sistema da Figura 12 ou da Figura 20, têmvalor ao indicar a eficácia para os ajustes respectivos àinterface do defletor (anteparo 1232/componente 1230 naFigura 12 ou o conjunto de defletor rosqueado da Figura 20).

Deve ficar compreendido que cada um dos elementosdescritos acima ou dois ou mais em conjunto também podemencontrar uma aplicação útil em outros tipos de métodos econstruções, os quais diferem dos tipos descritos acima.Embora a invenção tenha sido ilustrada e descrita comoincorporada no método e no aparelho para a produção demetanol, ela não deve ser limitada aos detalhes mostrados,uma vez que várias modificações e alterações estruturaispodem ser feitas sem que se desvie de maneira alguma docaráter da presente invenção.Sem análise adicional, o relato antecedente irá,desse modo, revelar inteiramente o ponto principal dapresente invenção que outros podem prontamente adaptar,aplicando o conhecimento atual, para várias aplicações semomitir as características que, do ponto de vista da técnicaanterior, constituem razoavelmente características essenciaisdos aspectos genéricos ou específicos da presente invenção. 0que é reivindicado como novo e que deve ser protegido pelaCarta-patente é indicado nas reivindicações anexas.

Claims

1. SISTEMA DE REATOR PARA A REAÇÃO DE FASE GASOSADE PELO MENOS DUAS CORRENTES DE ALIMENTAÇÃO DE FLUIDO EM UMACORRENTE DE PRODUTO, em que o dito sistema de reator écaracterizado pelo fato de compreender:uma câmara de reação de retromisturaçãoinjetivamente misturada em comunicação fluida com um reatorde fluxo tubular, em que a dita câmara de reação deretromisturação injetivamente misturada tem um invólucro dacâmara de reação de retromisturação; eum anteparo na interface vedada de maneiradeslizável ao dito invólucro da câmara de reação deretromisturação;em que a dita câmara de reação de retromisturaçãoinjetivamente misturada tem um volume interno da câmara dereação de retromisturação definido pelo dito invólucro dacâmara de reação de retromisturação e elo dito anteparo;o dito invólucro da câmara de reação deretromisturação tem uma parte do invólucro em uma disposiçãooposta ao dito anteparo; eo dito anteparo é pode se mover de maneiradeslizável durante a operação em tempo real do dito sistemade reator para progredir dentro do dito invólucro da câmarade reação de retromisturação injetivamente misturada para adita parte do invólucro de modo a diminuir desse modocomensuravelmente o volume interno da dita câmara de reaçãode retromisturação injetivamente misturada, e o dito anteparopode alternativamente se mover de maneira deslizável durantea operação em tempo real do dito sistema de reator dentro dodito invólucro da câmara de reação de retromisturaçãoinjetivamente misturada para se retrair afastando-se da ditaparte do invólucro para expandir desse modo comensuravelmenteo volume interno da dita câmara de reação de retromisturaçãoinjetivamente misturada.

2. SISTEMA DE REATOR, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ditoanteparo tem pelo menos uma passagem para a comunicaçãofluido de uma corrente do produto da câmara de reação deretromisturação injetivamente misturada da dita câmara dereação de retromisturação injetivamente misturada ao ditoreator de fluxo tubular.

3. SISTEMA DE REATOR, de acordo com areivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o ditoanteparo provê à dita passagem pelo menos uma abertura quetem uma área em seção transversal, e o dito sistema de reatortem um componente de obstrução para impedir de maneiravariável uma parte da dita área em seção transversal de usoda passagem durante a operação em tempo real do dito sistemade reator.

4. SISTEMA DE REATOR, de acordo com areivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o ditoanteparo tem pelo menos uma dita abertura como uma primeiraabertura, o dito componente de obstrução tem pelo menos umasegunda abertura, em que a dita primeira abertura e ditasegunda abertura têm dimensões essencialmente idênticas, e adita primeira abertura e a dita segunda abertura sãodispostas mutuamente para alinhar posicionalmente, em umposicionamento relativo do dito anteparo e do dito componentede obstrução, para definir a dita passagem para que tenha umaárea em seção transversal essencialmente equivalente à ditaárea em seção transversal da dita primeira abertura.

5. SISTEMA DE REATOR, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito reatorde fluxo tubular tem um volume interno do reator de fluxotubular definido por um invólucro do reator de fluxo tubulare pelo dito anteparo.

6. SISTEMA DE REATOR, de acordo com areivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o movimentodeslizável do dito anteparo para a dita parte do invólucrodiminui comensuravelmente o volume interno da dita câmara dereação de retromisturação injetivamente misturada enquanto éexpandido o volume interno do dito reator de fluxo tubular, eo movimento deslizável alternativo do dito anteparo seafastando da dita parte do invólucro expandecomensuravelmente o volume interno da dita câmara de reaçãode retromisturação injetivamente misturada enquanto diminui ovolume interno do dito reator de fluxo tubular.

7. SISTEMA DE REATOR, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita câmarade reação de retromisturação injetivamente misturada tem umaprimeira entrada de fluido e uma segunda entrada de fluidopara o dito sistema de reator;a dita câmara de reação de retromisturaçãoinjetivamente misturada tem uma saída da câmara de reação deretromisturação;o dito reator de fluxo tubular tem uma entrada doreator de fluxo tubular em comunicação fluida com a saída dadita câmara de reação de retromisturação;a dita primeira entrada de fluido recebe umaprimeira corrente de alimentação de fluido para a dita câmarade reação de retromisturação injetivamente misturada;a dita segunda entrada de fluido recebe uma segundacorrente de alimentação de fluido para a dita câmara dereação de retromisturação injetivamente misturada; ea dita câmara de reação de retromisturaçãoinjetivamente misturada tem um espaço-tempo, respectivo a umataxa de alimentação combinada da dita primeira corrente dealimentação fluido e da dita segunda corrente de alimentaçãode fluido, de aproximadamente 0,05 segundo a aproximadamente- 1,5 segundo.

8. SISTEMA DE REATOR, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma primeiracorrente de fluido nas ditas correntes de alimentação defluido compreende metano e uma segunda corrente de fluido nasditas correntes de alimentação de fluido compreende oxigênio.

9. SISTEMA DE REATOR, de acordo com areivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:pelo menos um oxigenado de alquila é manufaturadoatravés da reação de oxidação parcial de uma primeiracorrente de fluido nas ditas corrente de alimentação defluido que compreendem uma corrente de alimentação de gáscontendo alcano e uma segunda corrente de fluido nas ditascorrentes de alimentação de fluido que compreendem o oxigêniode uma corrente de alimentação de gás contendo oxigênio;o dito alcano é selecionado do grupo que consisteem metano, etano, propano e butano;a dita câmara de reação de retromisturaçãoinjetivamente misturada tem uma entrada de gás de alcano, umaentrada de gás de oxigênio, e uma saída da câmara de reaçãode retromisturação;o dito reator de fluxo tubular tem uma entrada doreator de fluxo tubular em comunicação fluida com a saída dadita câmara de reação de retromisturação;a dita entrada de gás de alcano recebe a ditacorrente de alimentação de gás contendo alcano na dita câmarade reação de retromisturação injetivamente misturada;a dita entrada de gás de oxigênio recebe a ditacorrente de alimentação de gás contendo oxigênio na ditacâmara de reação de retromisturação injetivamente misturada;ea dita câmara de reação de retromisturaçãoinjetivamente misturada tem um espaço-tempo, respectivo a umataxa de alimentação combinada da dita corrente de alimentaçãode gás contendo alcano e da dita corrente de alimentação degás contendo oxigênio, suficiente para a indução de radicaislivres de alquila do dito alcano dentro da dita câmara dereação de retromisturação injetivamente misturada e parafornecer pelo menos uma parte dos ditos radicais livres dealquila à entrada do dito reator de fluxo tubular.

10. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que o dito alcano compreende ometano e o dito oxigenado de alquila compreende metanol.

11. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que o dito oxigenado de alquilacompreender adicionalmente formaldeído.

12. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de o dito oxigenado de alquilacompreende etanol.

13. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que a dita entrada de gás dealcano e a dita entrada de gás de oxigênio são configuradaspara agitar de maneira turbulenta a dita câmara de reação deretromisturação injetivamente misturada mediante a misturaçãoinjetiva da dita corrente de alimentação de gás contendoalcano e da dita corrente de alimentação de gás contendooxigênio.

14. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o dito reator de fluxo tubulartem uma saída do reator de fluxo tubular, e o dito reator defluxo tubular tem pelo menos uma entrada de gás refrigerantedisposta entre a dita entrada do reator de fluxo tubular e adita saída do reator de fluxo tubular para receber umacorrente de gás refrigerante e desse modo refrigerar comresfriamento brusco o dito reator de fluxo tubular.

15. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de que o dito reator de fluxo tubulartem um eixo, e a dita entrada de gás refrigerante é móvel aolongo do dito eixo durante a operação do dito reator de fluxotubular.

16. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a dita câmara deretromisturação injetivamente misturada tem um volume internodefinido em parte por uma superfície cilíndrica que tem umeixo da câmara de reação de retromisturação injetivamentemisturada, e uma corrente de alimentação das ditas correntesde alimentação é inserida no dito volume interno de umapluralidade de aberturas dispostas ao longo do dito eixo e emuma orientação não-paralela do dito eixo.

17. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de que a dita câmara de reação deretromisturação injetivamente misturada tem um desviador defluxo interno definido por uma superfície cônica que tem umeixo,o dito desviador define uma base cônica em umaextremidade do dito eixo, e a dita superfície cônica defineuma extremidade apexial na outra extremidade do dito eixo,o dito eixo do dito desviador é alinhado com o ditoeixo da dita câmara de reação de retromisturaçãoinjetivamente misturada,o dito desviador é disposto dentro do ditoinvólucro de maneira tal que a saída da dita câmara de reaçãode retromisturação fica mais próxima da dita extremidadeapexial do que a dita base cônica, euma corrente de alimentação das ditas correntes dealimentação é inserida no dito espaço de fluxo interno de umapluralidade de aberturas dispostas ao longo do eixo da ditacâmara de reação de retromisturação injetivamente misturada eem uma orientação não-paralela ao eixo da dita câmara dereação de retromisturação injetivamente misturada.

18. SISTEMA DE REATOR, de acordo com areivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o ditoanteparo tem pelo menos uma passagem para a comunicaçãofluida de uma corrente de produto da câmara de reação deretromisturação injetivamente misturada da câmara da ditacâmara de reação de retromisturação injetivamente misturadaao dito reator de fluxo tubular, em que o dito reator defluxo tubular tem uma saída do reator de fluxo tubular emcomunicação fluida com a saída da dita câmara de reação deretromisturação, o dito anteparo provê à dita passagem pelomenos uma abertura que tem uma área em seção transversal, odito invólucro do reator de fluxo tubular tem um eixo e umaprimeira parte e uma segunda parte em união rosqueada com odito invólucro da câmara de reação de retromisturação, e odito sistema de reator compreende adicionalmente:um componente de obstrução para impedir de maneiravariável que uma parte da dita área em seção transversal usea passagem durante a operação em tempo real de dito sistemade reator; euma entrada de gás refrigerante variável dispostana dita segunda parte em uma orientação em espiral ao longodo dito eixo para refrigerar com resfriamento brusco o ditoreator de fluxo tubular com uma corrente de gás refrigerante;em que a dita segunda parte do reator de fluxotubular fica em uma fica em união rosqueada com o ditoinvólucro da câmara de reação de retromisturação com sulcosque movem a dita segunda parte ao longo do dito eixo quando adita segunda parte é girada, e a rotação da dita segundaparte reposiciona simultaneamente o dito anteparo ao longo dodito eixo, a dita entrada de gás refrigerante ao longo dodito eixo, e o dito componente de obstrução para modificar adita área em seção transversal.

19. SISTEMA DE REATOR PARA A REAÇÃO DE FASE GASOSADE PELO MENOS DUAS CORRENTES DE ALIMENTAÇÃO DE FLUIDO EM UMACORRENTE DE PRODUTO, em que o dito sistema de reator écaracterizado pelo fato de compreender:uma câmara de reação de retromisturaçãoinjetivamente misturada em comunicação fluida com um reatorde fluxo tubular, em que a dita câmara de reação deretromisturação injetivamente misturada tem um volume internodefinido por uma superfície interna de um invólucro e umasuperfície de um componente na interface vedada de maneiramóvel à dita superfície interna; eum meio para modificar o dito volume interno;em que o dito meio para modificar o dito volumeinterno move o dito componente para modificar desse modo odito volume interno de um primeiro volume interno para umsegundo volume interno.

20. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 19,caracterizado pelo fato de que o dito meio para modificar odito volume interno compreende um anteparo na interfacevedada de maneira deslizável ao dito invólucro;o dito invólucro tem uma parte do invólucro em umadisposição oposta ao dito anteparo; eo dito anteparo pode se mover de maneira deslizávelpara progredir dentro do dito invólucro dito para a ditaparte do invólucro para diminuir desse modo comensuravelmenteo dito volume interno, e o dito anteparo podealternativamente se mover de maneira deslizável dentro dodito invólucro para retrair se afastando da dita parte doinvólucro para expandir desse modo comensuravelmente o ditovolume interno.