特表 2024-534129 急冷熱交換器を備えた酸化的脱水素化（ＯＤＨ）反応器の流出物の冷却

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-18

(54)【発明の名称】急冷熱交換器を備えた酸化的脱水素化（ＯＤＨ）反応器の流出物の冷却

(51)【国際特許分類】

   C07C 5/48 20060101AFI20240910BHJP

   C07C 11/04 20060101ALI20240910BHJP

   C07C 51/215 20060101ALN20240910BHJP

   C07C 53/08 20060101ALN20240910BHJP

【ＦＩ】

C07C5/48

C07C11/04

C07C51/215

C07C53/08

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024512060

(86)(22)【出願日】2022-08-16

(85)【翻訳文提出日】2024-02-22

(86)【国際出願番号】 IB2022057659

(87)【国際公開番号】W WO2023026133

(87)【国際公開日】2023-03-02

(31)【優先権主張番号】63/237,000

(32)【優先日】2021-08-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ハステロイ

(71)【出願人】

【識別番号】505382548

【氏名又は名称】ノバ ケミカルズ（インターナショナル）ソシエテ アノニム

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】オレイーウォラ、ボラジ

(72)【発明者】

【氏名】シマンゼーンコフ、ヴァシリー

(72)【発明者】

【氏名】グーダルズニア、シャーヒン

【テーマコード（参考）】

4H006

【Ｆターム（参考）】

4H006AA02

4H006AC12

4H006AC46

4H006BA60

4H006BC10

4H006BC19

4H006BD80

4H006BD81

4H006BD84

4H006BE30

4H006BE60

(57)【要約】

酸化的脱水素化（ＯＤＨ）反応器システムを含む、システム及び方法であって、エタン及び酸素をＯＤＨ反応器に供給することと、ＯＤＨ反応器内で酸素の存在下、ＯＤＨ触媒を介してエタンをエチレンに脱水素化し、それによってＯＤＨ反応器内で酢酸を生成することと、を含む。ＯＤＨ反応器の流出物は、急冷熱交換器を通して排出され、それによって流出物を急冷熱交換器を介して温度閾値未満に冷却し、流出物は、エチレン、酢酸、水、二酸化炭素、一酸化炭素、及び未反応エタンを含み、ＯＤＨ反応器から急冷熱交換器の流出物排出出口までの流出物の滞留時間は、特定された上限未満である。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸化的脱水素化（ＯＤＨ）反応器システムを操作する方法であって、
エタン、酸素、及び希釈剤を、ＯＤＨ触媒を有するＯＤＨ反応器に供給する工程と、
ＯＤＨ反応器内で酸素の存在下、ＯＤＨ触媒を介してエタンをエチレンに脱水素化し、それによってＯＤＨ反応器内で酢酸を生成する工程と、
ＯＤＨ反応器からの流出物を急冷熱交換器を通して排出し、それによって流出物を急冷熱交換器を介して温度閾値未満に冷却する工程であって、流出物はエチレン、酢酸、水、二酸化炭素、一酸化炭素、及び未反応エタンを含む、工程と、
を含み、
ＯＤＨ反応器からの流出物を排出する急冷熱交換器の出口までの流出物の滞留時間は、特定された上限未満である、上記方法。

【請求項2】

前記特定された上限が、前記流出物中の望ましくない反応の発生を減少させるために特定される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記温度閾値を２７５℃未満かつ前記流出物の露点より高く特定することを含み、前記特定された上限が６０秒未満である、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記温度閾値を２５０℃未満かつ前記流出物の露点より高く特定することを含み、前記特定された上限が２０秒未満である、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

導管を介して、ＯＤＨ反応器の出口からの流出物を急冷熱交換器に搬送することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記導管が、前記導管内での前記流出物の滞留時間を短縮する内部構造を備える、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記内部構造が、前記流出物の流れに利用可能な前記導管の体積を減少させ、それによって前記導管内での前記流出物の滞留時間を短縮し、前記内部構造が静的内部構造を含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記内部構造が、スタティックミキサーを含む、請求項６に記載の方法。

【請求項9】

急冷熱交換器が、ＯＤＨ反応器に直接取り付けられる、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

ＯＤＨ反応器への急冷熱交換器の直接的な取り付けが、急冷熱交換器の入口ノズルのフランジにボルト締めされたＯＤＨ反応器の出口ノズルのフランジを含むフランジ対フランジ接続を備え、出口ノズル若しくは入口ノズル、又はその両方が、内部構造を備え、それによって、出口ノズル若しくは入口ノズル、又はその両方を通る流出物の滞留時間を短縮する、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記急冷熱交換器の少なくとも一部が前記ＯＤＨ反応器内に配置され、前記ＯＤＨ反応器の排出が前記急冷熱交換器の排出を含み、前記滞留時間がゼロであり、流出物を冷却する工程が、ＯＤＨ反応器から流出物を排出する前に、急冷熱交換器を介して流出物を冷却することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項12】

前記希釈剤が水を含み、前記温度閾値が２００℃～３００℃の範囲内であり、前記特定された上限が６０秒未満である、請求項１に記載の方法。

【請求項13】

酸化的脱水素化（ＯＤＨ）反応器システムを操作する方法であって、
エタン及び酸素を含む供給物をＯＤＨ反応器に供給する工程と、
ＯＤＨ反応器内で、ＯＤＨ触媒を介してエタンをエチレンに脱水素化する工程と、
ＯＤＨ反応器からの流出物を急冷熱交換器を通して排出し、それによって流出物を急冷熱交換器を介して特定された温度閾値未満に冷却する工程であって、流出物はエチレン、酢酸、水、二酸化炭素、一酸化炭素、及び未反応エタンを含む、工程と、
を含み、
流出物を排出するＯＤＨ反応器の出口から、冷却された流出物を排出する急冷熱交換器の出口までの流出物の滞留時間は、流出物中の望ましくない反応の発生を減少させるために特定された上限未満である、上記方法。

【請求項14】

前記上限が４０秒未満であり、前記特定された温度閾値が３００℃未満であって前記流出物の露点より高い、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記急冷熱交換器を介して前記流出物を冷却するために、前記急冷熱交換器を通して冷却媒体を流す工程を含み、前記急冷熱交換器が、シェルアンドチューブ熱交換器を含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項16】

前記冷却媒体が水を含み、前記特定された温度閾値が２５０℃未満である、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記冷却媒体が、脱塩水、ボイラー供給水、又は蒸気凝縮水を含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項18】

前記流出物からの熱を用いて前記シェルアンドチューブ熱交換器を介して前記冷却媒体から蒸気を発生させることを含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記急冷熱交換器がヒートパイプ熱交換器を備え、前記温度閾値が２００℃～３００℃の範囲内である、請求項１３に記載の方法。

【請求項20】

前記流出物を用いて前記供給物を加熱するために、前記急冷熱交換器からの前記流出物を、クロス交換器を備える供給物熱交換器に通して流し、それによって前記流出物をさらに冷却することを含み、前記上限が６０秒未満である、請求項１３に記載の方法。

【請求項21】

酸化的脱水素化（ＯＤＨ）反応器システムであって、
酸素の存在下でエタンをエチレンに脱水素化し、酢酸を生成するためのＯＤＨ触媒を含むＯＤＨ反応器と、
ＯＤＨ反応器の流出物を閾値温度未満に冷却するための急冷熱交換器であって、流出物はエチレン、酢酸、水、二酸化炭素、一酸化炭素、及び未反応エタンを含む、急冷熱交換器と、
を備え、
ＯＤＨ反応器システムが、ＯＤＨ反応器の流出物出口から、急冷熱交換器の流出物出口までの流出物の滞留時間を、流出物中の望ましくない反応の発生を減少させるために特定された上限未満にするように構成される、上記ＯＤＨ反応器システム。

【請求項22】

前記上限が６０秒未満であり、前記温度閾値が３００℃未満である、請求項２１に記載のＯＤＨ反応器システム。

【請求項23】

前記急冷熱交換器が、前記流出物を冷却するための冷却媒体を受け取るように構成されたシェルアンドチューブ熱交換器を備える、請求項２１に記載のＯＤＨ反応器システム。

【請求項24】

前記シェルアンドチューブ熱交換器が、前記冷却媒体としてボイラー供給水を受け取り、前記流出物からの熱を用いてボイラー供給水からの蒸気の発生を促進するように構成される、請求項２３に記載のＯＤＨ反応器システム。

【請求項25】

前記急冷熱交換器がヒートパイプ熱交換器を備える、請求項２１に記載のＯＤＨ反応器システム。

【請求項26】

前記ＯＤＨ反応器の出口からの前記流出物を前記急冷熱交換器に搬送するための導管を備える、請求項２１に記載のＯＤＨ反応器システム。

【請求項27】

前記導管の流量を減少させて前記導管内の流出物の滞留時間を短縮するために、前記導管内に配置された静的内部構造を備える、請求項２６に記載のＯＤＨ反応器システム。

【請求項28】

前記急冷熱交換器が、前記ＯＤＨ反応器に直接取り付けられている、請求項２１に記載のＯＤＨ反応器システム。

【請求項29】

前記急冷熱交換器が、フランジ対フランジ接続を介して前記ＯＤＨ反応器に直接取り付けられており、前記ＯＤＨ反応器の出口を構成する出口ノズルのフランジが、急冷熱交換器の入口ノズルのフランジにボルト締めされている、請求項２１に記載のＯＤＨ反応器システム。

【請求項30】

前記出口ノズル若しくは前記入口ノズル、又はその両方を通る前記流出物の滞留時間を短縮するための、前記出口ノズル若しくは前記入口ノズル、又はその両方に静的内部構造を備える、請求項２９に記載のＯＤＨ反応器システム。

【請求項31】

前記急冷熱交換器の少なくとも一部が、前記滞留時間をゼロにするために前記ＯＤＨ反応器内に配置され、前記流出物を冷却することが、前記ＯＤＨ反応器からの前記流出物の排出前に、前記流出物を冷却することを含む、請求項２１に記載のＯＤＨ反応器システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（優先権の主張）
この出願は、２０２１年８月２５日に出願された米国仮出願第６３／２３７，０００号に基づく優先権を主張し、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

（技術分野）
この開示は、エチレンを製造するための酸化的脱水素化（ＯＤＨ：ｏｘｉｄａｔｉｖｅ ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ）に関する。より具体的には、本開示は、下流処理の前に、望ましくない生成物の形成を制限するために、急冷熱交換器を使用し、滞留時間を短くして、ＯＤＨプロセスからの流出物を冷却することに関する。

【背景技術】

【0003】

対応するアルケンへのアルカンの触媒酸化的脱水素化は、スチームクラッキングの代替手段である。スチームクラッキングとは対照的に、酸化的脱水素化（ＯＤＨ）は低温で操作でき、一般にコークスを生成しない。エチレン製造の場合、ＯＤＨは、スチームクラッキングよりも高いエチレン収率を提供することができる。このＯＤＨは、アルカンを対応するアルケンに転化するための触媒を有する反応器容器内で行うことができる。副生成物としての酢酸は、低級アルカン（例えばエタン）を対応するアルケン（例えばエチレン）に転化する際に生成し得る。

【0004】

生成物であるアルケンと副生成物である酢酸は、それぞれ、ＯＤＨ反応器の流出物から回収することができる。ＯＤＨ反応器の流出物は、冷却される前に、ＯＤＨ反応器の流出物排出配管を通って流れる間に、有意な追加の反応を受けないことが前提となっている。

【発明の概要】

【0005】

一態様は、酸化的脱水素化（ＯＤＨ）反応器システムを操作する方法に関し、該方法は、エタン、酸素、及び希釈剤を、ＯＤＨ触媒を有するＯＤＨ反応器に供給することを含む。本方法は、ＯＤＨ反応器内で酸素の存在下、ＯＤＨ触媒を介してエタンをエチレンに脱水素化し、それによってＯＤＨ反応器内で酢酸を生成することを含む。本方法は、ＯＤＨ反応器からの流出物（ｅｆｆｌｕｅｎｔ）を、急冷（ｑｕｅｎｃｈ）熱交換器を通して排出し、それによって流出物を急冷熱交換器を介して温度閾値（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）未満に冷却することを含む。流出物は、エチレン、酢酸、水、二酸化炭素、一酸化炭素、及び未反応エタンを含む。ＯＤＨ反応器からの流出物を排出する急冷熱交換器の出口までの流出物の滞留時間は、特定された（ｓｐｅｃｉｆｉｅｄ）上限未満である。

【0006】

別の態様は、ＯＤＨ反応器システムの方法に関し、該方法は、エタン及び酸素を含む供給物をＯＤＨ反応器に供給する工程と、ＯＤＨ反応器内で、ＯＤＨ触媒を介してエタンをエチレンに脱水素化する工程と、を含む。本方法は、ＯＤＨ反応器からの流出物を急冷熱交換器を介して排出し、それによって、流出物を、急冷熱交換器を介して特定された温度閾値未満に冷却することを含む。流出物は、エチレン、酢酸、水、二酸化炭素、一酸化炭素、及び未反応エタンを含む。流出物を排出するＯＤＨ反応器の出口から、冷却された流出物を排出する急冷熱交換器の出口までの流出物の滞留時間は、流出物中の望ましくない反応の発生を減少させるために特定された上限未満である。

【0007】

さらに別の態様は、酸素の存在下でエタンをエチレンに脱水素化し、酢酸を生成するためのＯＤＨ触媒を有するＯＤＨ反応器を含むＯＤＨ反応器システムに関する。ＯＤＨ反応器システムは、ＯＤＨ反応器の流出物を閾値温度未満に冷却するための急冷熱交換器を含む。流出物は、エチレン、酢酸、水、二酸化炭素、一酸化炭素、及び未反応エタンを含む。ＯＤＨ反応器システムは、ＯＤＨ反応器の流出物出口から、急冷熱交換器の流出物出口までの流出物の滞留時間を、流出物中の望ましくない反応の発生を減少させるために特定された上限未満にするように構成されている。

【0008】

１つ以上の実施態様の詳細は、添付の図面及び以下の明細書に記載されている。その他の特徴及び利点は、明細書及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】エチレン製造システムのブロック図である。

【図2】エチレン製造システムのブロック図である。

【図3】エチレン製造システムのブロック図である。

【図4】ＯＤＨ反応器への急冷熱交換器の直接取り付け（ｄｉｒｅｃｔ ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ）の図である。

【図5】ＯＤＨ反応器への急冷熱交換器の直接取り付けの図である。

【図6】ＯＤＨ反応器への急冷熱交換器の直接取り付けの図である。

【図7】ヒートパイプ熱交換器の図である。

【図8】ＯＤＨ反応器システムを操作する方法のブロックフロー図である。

【図9】例１～例５を実施するために利用される実験室反応器システムのブロック図である。

【図10】チューブ内に汚損（ｆｏｕｌｉｎｇ）物質が存在するチューブの画像である。 様々な図面における同様の参照番号や表記は、同様の要素を示している。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示の態様は、ＯＤＨ反応器内で酸素の存在下、酸化的脱水素化（ＯＤＨ）触媒を介してエタンをエチレンに脱水素化することを対象とする。したがって、態様は、エチレン製造におけるＯＤＨ反応器システムに関する。ＯＤＨ反応器システムは、エタンをエチレンに転化するＯＤＨ反応器を含む。ＯＤＨ反応器では、酢酸も生成される可能性がある。本技術は、少なくともエチレン及び酢酸を含む生成物流出物をＯＤＨ反応器から排出することを含むことができる。

【0011】

問題となるのは、流出物が高温である間に流出物中で望ましくない反応が起こることである。特に、望ましくない反応は、ＯＤＨ反応器の操作温度又はそれに近い温度で、ＯＤＨ反応器から排出される流出物配管を通って流れる流出物中で起こる可能性がある。したがって、これらの望ましくない反応の存在を減らすために、本技術は、ＯＤＨ反応器から流出物を、流出物を冷却する急冷熱交換器を通して排出する解決策を提供する。特に、流出物を急冷熱交換器を通して排出することは、流出物をＯＤＨ反応器容器の出口ノズルを介して排出し、流出物をＯＤＨ反応器ノズルから急冷熱交換器に通すことを含むことができる。

【0012】

ＯＤＨ反応器システムは、急冷熱交換器を含む。急冷熱交換器は、流出物中の成分を凝縮させることなく、ＯＤＨ反応器流出物を冷却することができる。有利には、急冷熱交換器は、流出物中の望ましくない反応が顕著に起こらないように、流出物をある温度未満に冷却することができる。

【0013】

実施態様では、ＯＤＨ反応器システムは、高温での流出物の滞留時間を制限するように構成される。特に、ＯＤＨ反応器の出口から急冷熱交換器の（冷却された流出物を排出する）出口まで反応器温度で排出される流出物の滞留時間は、制限される可能性がある。ＯＤＨ反応器システムは、この滞留時間を、秒単位で特定された上限（閾値）未満（例えば、１分未満）として与えるように構成することができる。この滞留時間の上限は、高温での流出物の滞留時間を短縮し、それによって流出物中の望ましくない反応の発生を減少させるように特定することができる。これらの望ましくない反応は、ＯＤＨ反応器の典型的な操作温度（又はそれに近い温度）での流出物のように、より高温であるほど起こりやすい。したがって、これらの高温での流出物の時間が短いほど（滞留時間が短いほど）、望ましくない反応の発現が減少する可能性がある。

【0014】

以下の実施例に示す実験研究は、ＯＤＨ触媒なしの場合のＯＤＨ生成物ガス（ＯＤＨ反応器流出物に類似）の熱反応性に焦点を当てた。この研究により、ＯＤＨ反応器流出物に類似した混合物内で、かなりの反応が生じるという問題が特定された。特定の例に応じて、ＯＤＨ反応器流出物を模倣した（近似した）混合物には、エチレン、酢酸、水、酸素、二酸化炭素、及びエタノールから選択される成分の様々な組合せが含まれていた。混合物中の反応には、気相反応と、混合物が流れる導管（チューブ）の金属内面によって触媒される反応が含まれていた。これらの反応により、望ましくないガス副生成物（主に一酸化炭素と二酸化炭素）と、炭素及び元素状酸素に富む固体の汚損物質が生じた。

【0015】

商業的実施では、ＯＤＨ反応器の下流でこれらの望ましくない熱反応が存在すると、例えば以下の理由により、ＯＤＨプラントの経済性に悪影響を及ぼす可能性がある：（１）エチレン及び酢酸の選択率又は収率が低下する可能性；（２）一酸化炭素（ＣＯ）及び二酸化炭素（ＣＯ_２）の選択率又は収率が増加する可能性。さらに、酸素／炭素に富む固体汚損が存在すると、ＯＤＨ反応器の下流の配管が詰まる可能性があるため、ＯＤＨプラントの操作に悪影響を及ぼす可能性がある。このような汚損（詰まり）は、ＯＤＨプラントの望ましくないコストのかかる停止につながる可能性がある。

【0016】

しかしながら、実験研究（以下の実施例など）により、生成物流（流出物）の温度が約２７５℃未満又は約２５０℃未満に低下し（ただし、操作上の理由により、炭化水素及び水の露点より高い温度には保たれている）、冷却される前の高温での生成物流（流出物）の時間が比較的短くなるにつれて、これらの望ましくない反応が減少することが確認された。実施例は、ＯＤＨ反応器から排出される流出物の典型的な温度又はそれに近い温度での流出物の滞留時間を、数秒（例えば、１分未満）に制限することが有益である可能性があることを示した。

【0017】

これを考慮して、本技術の実施形態では、ＯＤＨ反応器の下流に急冷熱交換器を配置して、反応器流出物を２００℃、２２５℃、２５０℃、２７５℃、又は３００℃などの上限温度閾値未満に冷却する。回避すべき下限温度閾値は、混合物の露点（例えば１５０℃）である。ＯＤＨ反応器の出口から急冷熱交換器の出口までの流出物の滞留時間の特定された上限は、例えば、６０秒、４０秒、２０秒、１０秒、９秒、又は８秒などであってもよい。

【0018】

ＯＤＨ反応器の出口から急冷熱交換器の出口までのＯＤＨ反応器流出物の滞留時間を考慮する実施形態の場合、滞留時間は、ＯＤＨ反応器からの排出配管を通る流出物の滞留時間と、排出配管から流出物を受け取る急冷熱交換器を通る流出物の滞留時間との組合せであってもよい。排出配管を通る流出物の滞留時間は、排出配管を通るＯＤＨ反応器流出物の体積流量に対する排出配管の内容積の比であってもよい。急冷熱交換器を通る流出物の滞留時間は、急冷熱交換器を通るＯＤＨ反応器流出物の体積流量に対する急冷熱交換器の内部容積の比であってもよい。これらの実施形態における急冷熱交換器は、典型的には、流出物のためのプロセス側と、冷却媒体のためのユーティリティ側とを有することができる。それゆえ、急冷熱交換器を通る流出物の滞留時間は、急冷熱交換器のプロセス側を通る流出物の体積流量に対する急冷熱交換器のプロセス側の内容積の比であってもよい。いくつかの実施態様では、プロセス側は、排出配管からＯＤＨ反応器流出物を受け取る急冷熱交換器のチューブ（チューブ側）であってもよい。急冷熱交換器は、チューブを有し（例えば、急冷熱交換器がシェルアンドチューブ熱交換器の場合）、流出物がチューブを通って流れるものであってもよい。したがって、急冷熱交換器を通る流出物の滞留時間は、急冷熱交換器のチューブ側を通るＯＤＨ反応器流出物の体積流量に対する、チューブの集合体（チューブ側）の内部容積の比であってもよい。ＯＤＨ反応器の流出物が、シェルアンドチューブ熱交換器として急冷熱交換器のチューブを通って流れるのではなく、シェルアンドチューブ熱交換器として急冷熱交換器のシェル側（チューブの外側）を通って流れる場合、急冷熱交換器を通る流出物の滞留時間は、急冷熱交換器のシェル又はシェル側の内容積と、急冷熱交換器のシェル側を通るＯＤＨ反応器流出物の体積流量との比であってもよい。

【0019】

容器又は導管を通る流体の滞留時間は、容器又は導管を通過する流体の体積流量（時間当たりの体積）に対する容器又は導管の内部容積の比として定義することができる。体積流量（ひいては滞留時間）は、一定の質量流量及び一定の組成の場合を含め、操作圧力及び操作温度の関数として変化する場合がある。滞留時間は、圧力と温度の実際の条件に基づいている。対照的に、実施例における滞留時間は、圧力及び温度の実際の条件に基づいて計算されていない。したがって、実施例における滞留時間は、おおよその滞留時間である。実施例における高温でのこのおおよその滞留時間は約９秒であり、商業的構成における反応器排出温度での流出物の実際の滞留時間の望ましい特定された上限の桁（例えば、１分未満）を示している。

【0020】

固定床、流動床、移動床、又はスイング床などのＯＤＨ反応器プラットフォームの場合、急冷熱交換器は、ＯＤＨ反応器の出口の下流に短い距離（例えば、２０フィート未満）で配置することができる。反応器流出物を急冷熱交換器に搬送する導管（配管）は、導管の流量及び／又は流路断面積を減少させて導管を通る滞留時間を短縮するための静的内部構造（例えばパッキン）を有することができる。実施態様では、静的内部構造（ｓｔａｔｉｃ ｉｎｔｅｒｎａｌ）は、スタティックミキサーのようなものであってもよい。さらに、いくつかの実施態様では、急冷熱交換器の入口は、高温での流出物の滞留時間を短縮するように、ＯＤＨ反応器の出口に直接（例えば、フランジ対フランジ接続で）取り付けられる。急冷熱交換器は、シェルアンドチューブ熱交換器であってもよい。他の実施態様では、後述するように、急冷熱交換器はヒートパイプ設計を有してもよい。

【0021】

さらに他の実施態様では、急冷熱交換器は、流出物を直接冷却する際に冷却流体（例えば、液体水などの冷却液）を噴霧するための内部ノズルを有する急冷容器であってもよい。この急冷容器は、急冷熱交換器容器として表示されてもよい。冷却液の噴霧は、液状での冷却液の保持を回避し、かつ流出物成分の凝縮を回避するために、冷却液が霧状（小さな液体粒子）で（急冷容器内の）気相に入り、冷却液が蒸発しやすいように行われてもよい。スプレーノズルを備えたこのような急冷容器の場合、熱交換は、直接冷却において流出物と冷却流体との間で行われる。液体としての冷却流体の場合、冷却液の蒸発熱は、潜熱を介した冷却に加えて、熱伝達に寄与する可能性がある。急冷熱交換器容器としての急冷容器は、ＯＤＨ反応器容器の下流の容器であってもよい。他の実施態様では、急冷熱交換器は、流動床反応器としてのＯＤＨ反応器を備えたＯＤＨ反応器の上部に配置されたスプレーノズルである。したがって、それらの実施態様では、ＯＤＨ反応器容器は、ＯＤＨ反応器容器の上部（頂部）に非凝縮急冷セクションを有するという点で、急冷容器でもあり得る。

【0022】

ＯＤＨ反応器を用いて流動床反応器として実施する場合、オプションとして、急冷熱交換器（例えば、ヒートパイプ設計又はスプレーノズル）を、ＯＤＨ反応器の上部（触媒離脱セクション：ｃａｔａｌｙｓｔ ｄｉｓｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ ｓｅｃｔｉｏｎ）内に配置することができる。

【0023】

説明したように、急冷熱交換器を使用し、滞留時間を短くする利点としては、（ａ）エチレンの選択率／収率及び酢酸の選択率／収率に悪影響を及ぼす（ＯＤＨ反応器の後の）望ましくない気相反応を低減又は排除すること、並びに（ｂ）ＯＤＨ反応器の後の望ましくない酸素／炭素に富む固体汚損及び詰まりを低減又は排除することにより、ＯＤＨプラントの操作信頼性を向上させること、によるＯＤＨプラントの経済性の改善を挙げることができる。ＯＤＨ反応器から急冷熱交換器を通る生成物混合ガスの滞留時間は、望ましくない気相反応及び／又は固体ベースの汚損の形成を回避するために、閾値未満に指定することができる。この滞留時間は、急冷熱交換器の設置によって制御又は変更することができ、例えば、急冷熱交換器の配置や、導管又はノズルへの配管内部構造の設置などによって制御又は変更することができる。この技術は、急冷熱交換器の操作温度を、２００℃、２５０℃、又は２７５℃などの閾値未満に維持することを含むことができる。

【0024】

図１は、ＯＤＨ反応器システムを有するエチレン製造システム１００である。ＯＤＨ反応器システムは、ＯＤＨ反応器１０２容器と急冷熱交換器１０４とを含む。操作中、ＯＤＨ反応器１０２は、ＯＤＨ反応器１０２内の酸素の存在下で、ＯＤＨ触媒１０６を介してエタンをエチレン（生成物）に脱水素化する。ＯＤＨ反応器１０２では、酢酸（副生成物）も生成される可能性がある。ＯＤＨ反応器１０２から排出される流出物１０８は、少なくともエチレン、酢酸、水、二酸化炭素（ＣＯ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び未反応エタンを含み得る。流出物１０８は、ＯＤＨ反応器１０２の出口から排出することができる。出口は、ＯＤＨ反応器１０２の流出物出口として表示されてもよい。

【0025】

ＯＤＨ反応器への供給物１１０は、典型的には、少なくともエタンと酸素を含んでもよい。供給物１１０混合物を可燃性条件の範囲外（可燃性エンベロープの範囲外）に維持するために、供給物１１０混合物を希釈してもよい。換言すると、希釈剤は、供給物１１０中に含まれていてもよい。利用することができる希釈剤の例としては、水（蒸気）、窒素、ＣＯ_２、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、メタンなど、又はそれらの混合物が挙げられる。実施形態では、水が希釈剤である。水は、供給物１１０中で蒸気の形態であってもよい。蒸気又は蒸発した水は、例えば、実施態様においてＯＤＨ反応器生成物流（流出物１０８）からの水の分離が比較的簡単であることから、魅力的な希釈剤となり得る。水を希釈剤として用いる実施形態では、流出物１０８中の水は、未反応の希釈水とＯＤＨ反応で生成した水の両方を含んでもよい。

【0026】

ＯＤＨ反応器１０２容器は、エタンをエチレンに脱水素化するためのＯＤＨ触媒１０６を有する。反応器１０２の操作温度は、例えば、３００℃～４５０℃の範囲であってもよい。ＯＤＨ反応は、典型的には発熱性である。ＯＤＨ反応器１０２システムは、ＯＤＨ反応器１０２の温度を制御するために熱伝達流体を利用することができる。いくつかの実施形態では、熱伝達流体は、熱伝達ジャケット（例えば、反応器１０２の容器ジャケット又は反応器容器１０２内部のジャケット）を通って流れてもよい。熱伝達流体は、ＯＤＨ反応器１０２から熱を除去する（又はＯＤＨ反応器１０２に熱を加える）ために使用することができる。熱伝達流体は、例えば蒸気、水（加圧水又は超臨界水を含む）、油、溶融塩などであってもよい。ＯＤＨ反応器１０２は、例えば、固定床反応器（ＯＤＨ触媒の固定床で操作）、流動床反応器（触媒の流動床で操作）、又は別の反応器タイプであってもよい。ＯＤＨ反応器１０２における、ＯＤＨ触媒１０６を介したエタン（Ｃ_２Ｈ_６）からエチレン（Ｃ_２Ｈ_４）へのＯＤＨ反応は、反応式Ｃ_２Ｈ_６＋０．５Ｏ_２→Ｃ_２Ｈ_４＋Ｈ_２Ｏを含むか、又はこの反応式であってもよい。ＯＤＨ反応器１０２における追加の反応には、以下が含まれてもよい：
Ｃ_２Ｈ_６＋１．５Ｏ_２→ＣＨ_３ＣＯＯＨ＋Ｈ_２Ｏ
Ｃ_２Ｈ_６＋２．５Ｏ_２→２ＣＯ＋３Ｈ_２Ｏ
Ｃ_２Ｈ_６＋３．５Ｏ_２→２ＣＯ_２＋３Ｈ_２Ｏ
Ｃ_２Ｈ_４＋Ｏ_２→ＣＨ_３ＣＯＯＨ
Ｃ_２Ｈ_４＋２Ｏ_２→２ＣＯ＋２Ｈ_２Ｏ
Ｃ_２Ｈ_４＋３Ｏ_２→２ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ
ＣＨ_３ＣＯＯＨ＋Ｏ_２→２ＣＯ＋２Ｈ_２Ｏ
ＣＨ_３ＣＯＯＨ＋２Ｏ_２→２ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ
ＣＯ＋０．５Ｏ_２→ＣＯ_２

【0027】

したがって、ＯＤＨ反応器１０２では、生成されるエチレンに加えて、水（Ｈ_２Ｏ）、酢酸（ＣＨ_３ＣＯＯＨ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び二酸化炭素（ＣＯ_２）も生成される可能性がある。流出物１１０は、未反応の希釈剤を含むことができ、これは特定の実施形態では水であってもよい。

【0028】

固定床反応器としてのＯＤＨ反応器の場合、反応物質（例えば、供給物１１０中のエタン及び酸素）は、反応器の一端から導入され、固定化触媒（例えば、ＯＤＨ触媒１０６）を通過して流れることができる。生成物（例えば、エチレン、酢酸、並びにＨ_２Ｏ、ＣＯ、及びＣＯ_２などの他の反応生成物）が形成され、生成物を含む流出物（例えば、流出物１１０）が反応器のもう一方の端から排出され得る。固定床反応器は、それぞれが触媒１０６の床を有し、反応物質を流すための１つ以上のチューブ（例えば、金属チューブ、セラミックチューブなど）を有することができる。ＯＤＨ反応器１０２の場合、流れる反応物質は少なくともエタン及び酸素であり得る。チューブは、例えばスチールメッシュを含むことができる。さらに、熱伝達チューブに隣接した熱伝達ジャケット又は外部熱交換器（例えば、供給物熱交換器又は再循環熱交換器）により、反応器１０２の温度制御を行うことができる。前述の熱伝達流体は、ジャケット又は外部熱交換器を通って流れてもよい。最後に、固定床反応器の変形例、例えば、移動床反応器又はスイング床反応器（回転床反応器）を使用することができる。

【0029】

流動床反応器としてのＯＤＨ反応器は、（１）非循環流動床、（２）再生器付き循環流動床、又は（３）再生器なしの循環流動床とすることができる。実施態様では、流動床反応器はＯＤＨ触媒のための支持体を有してもよい。支持体は、多孔質構造体又は分配器プレートであってもよく、反応器の底部に配置されてもよい。反応物質は、ＯＤＨ触媒床を流動化させる速度で支持体を通って上方に流れることもある。反応物質（例えば、反応器１０２の場合、エタン、酸素など）は、流動触媒との接触により生成物（例えば、反応器１０２の場合、エチレン及び酢酸）に変換される。生成物を有する流出物（例えば、流出物１１０）が、反応器の上部から排出されることがある。熱伝達ジャケット（反応器容器上の冷却ジャケット）は、反応器の温度制御を容易にし得る。流動床反応器は、反応器の温度制御を容易にするために、ジャケット、熱伝達チューブ、又は外部熱交換器（例えば、供給物熱交換器又は再循環ループ熱交換器）を有することができる。前述の熱伝達流体は、反応器チューブ、ジャケット、又は外部熱交換器を通って流れることがある。

【0030】

示されているように、ＯＤＨ触媒１０６は、固定床又は流動床などとして操作することができる。ＯＤＨ触媒１０６としては、エタンのＯＤＨ用として知られている触媒を採用することができる。実施形態では、ＯＤＨ触媒１０６組成物は、ＯＤＨ反応器流出物１０８中の望ましくない反応の発生にほとんど、又は全く影響を及ぼさない可能性がある。例外は、流出物が反応器１０２から急冷熱交換器１０４へ、及びそれを通って移動する間に、汚損又は望ましくない生成物の生成を増加させる副生成物を生成するＯＤＨ触媒１０６の場合である。

【0031】

特定の実施形態では、エタンをエチレンに脱水素化し、副生成物として酢酸を生成するＯＤＨ反応を生じさせることができるＯＤＨ触媒１０６は、本技術に適用することができる。低温のＯＤＨ触媒が有効である可能性がある。ＯＤＨ反応器１０２に利用できるＯＤＨ触媒１０６の非限定的な一例は、モリブデン（Ｍｏ）、バナジウム（Ｖ）、テルル（Ｔｅ）、ニオブ（Ｎｂ）及び酸素（Ｏ）を含む低温ＯＤＨ触媒であり、モリブデンとバナジウムのモル比は１：０．１２から１：０．４９であり、モリブデンとテルルのモル比は１：０．０１から１：０．３０であり、モリブデンとニオブのモル比は１：０．０１から１：０．３０であり、酸素は少なくとも存在する金属元素の原子価を満たす量で存在する。モリブデン、バナジウム、テルル、ニオブのモル比は、誘導結合プラズマ質量分析法（ＩＣＰ－ＭＳ）によって決定できる。触媒は、４５０℃未満、４２５℃未満、又は４００℃未満でＯＤＨ反応を提供する際に低温であってもよい。

【0032】

説明したように、エタンを脱水素化するＯＤＨ反応に関連して、生成される副生成物は酢酸であり得る。さらに述べたように、ＯＤＨ反応に関連して生成される副生成物には、水、ＣＯ_２、及びＣＯも含まれ得る。したがって、ＯＤＨ反応器１０２容器から排出される流出物１０８は、エチレン、酢酸、水、ＣＯ_２、ＣＯ、未反応エタン、及び未反応希釈剤（実施形態では水であってもよい）を含み得る。排出される流出物１０８の温度は、例えば、反応器１０２容器の操作温度（例えば、３００℃～４５０℃）に対応する３００℃～４５０℃の範囲であってもよい。

【0033】

図１に示す実施形態では、流出物１０８は、ＯＤＨ反応器１０２から急冷熱交換器１０４にまで導管を通って送られ（導管によって輸送され）てもよい。流出物１０８は、急冷熱交換器１０４の入口を通って急冷熱交換器１０４に流入することができる。入口は、急冷熱交換器１０４の流出物入口として表示されてもよい。特定の実施態様では、ＯＤＨ反応器１０２から急冷熱交換器１０４まで流出物１０８を搬送する導管のサイズ（例えば、公称直径又は内径）は、導管を通る流出物１０８の滞留時間を短縮するために、より小さく特定されてもよい。しかしながら、機械的完全性又は他の理由から、より大きな直径を有する導管が望ましい場合がある。特定の実施態様では、静的内部構造（ｓｔａｔｉｃ ｉｎｔｅｒｎａｌ）１１２（例えば、金属、セラミックなど）を導管内に（例えば、導管に沿って）配置して、導管内の流出物１０８の滞留時間を短縮することができる。静的内部構造１１２は、一般に非可動要素であってもよい。静的内部構造１１２は、導管内に固定された、一般に球状（例えば、金属球若しくはセラミック球）又は不規則な形状の物体などのパッキンであってもよい。静的内部構造１１２は、吸収塔、ストリッパー塔、又は蒸留塔で利用されるパッキンなど、導管内に固定されたパッキンであってもよい。静的内部構造１１２は、例えば、プレート、バッフル、又は固定された螺旋形状の物体であってもよい。特定の実施態様では、静的内部構造１１２は、スタティックミキサー（又は直線的に直列に配置された複数のスタティックミキサー）である。静的内部構造１１２は、導管内の流れに利用可能な体積を減少させて、滞留時間を短縮することができる。静的内部構造１１２は、流れに利用可能な導管内の断面積を減少させて、導管内の滞留時間を短縮することができる。

【0034】

いくつかの実施態様では、バルブ１１４は、導管に沿って配置されてもよい。操作中、バルブ１１４は、通常開いていてもよい。バルブ１１４は、例えば、手動バルブ又は自動オン／オフバルブであってもよい。バルブ１１４は、例えば、通常の操作以外のメンテナンスなどのために、ＯＤＨ反応器から急冷熱交換器１０４を隔離しやすくするための隔離バルブであってもよい。

【0035】

流出物１０８は、急冷熱交換器１０４において、流出物１０８中の望ましくない反応を低減する特定された温度閾値未満まで冷却されてもよい。この温度閾値は、例えば、３００℃、２７５℃、２５０℃、２２５℃、又は２００℃であってもよい。この温度は、流出物１０８混合物の露点よりも高い温度に維持されてもよい。露点の温度値は、ユーザ（例えば、人間のオペレータ）によって制御システム１１６に入力されてもよい。制御システム１１６は、急冷熱交換器１０４の操作を指示することができる。実施態様では、制御システム１１６は、（例えば、急冷熱交換器１０４の入口又は入口付近での）流出物１０６の組成及び圧力に相関して（基づいて）、露点を決定（例えば、計算）することができる。

【0036】

いくつかの実施態様では、急冷熱交換器１０４は、流出物１０８を温度範囲内に冷却するように操作される。温度範囲の上限は、前述の指定された上限温度閾値（例えば、２５０℃）であってもよい。温度範囲の下限は、流出物１０８の露点（例えば、１５０℃）よりわずかに高くてもよい。対象となる温度は、急冷熱交換器１０４の出口から排出される冷却された流出物１０８Ｃの温度であってもよい。出口は、急冷熱交換器１０４の流出物出口として表示されてもよい。急冷熱交換器１０４の下流の流出物には、参照番号１０８Ｃが与えられる。実施態様では、温度センサ１１８は、急冷熱交換器１０４から排出される流出物１０８Ｃの温度を測定するために配置されてもよい。特に、温度センサ１１８は、急冷熱交換器１０４のプロセス（流出物）出口又はその近くで急冷熱交換器１０４上に配置されてもよいし、あるいは急冷熱交換器の出口からの流出物１０８Ｃの排出導管上に配置されてもよい。温度センサ１１８は、例えば、熱電対又は白金ＲＴＤなどの抵抗温度検出器（ＲＴＤ）とすることができる。熱電対が使用される場合、熱電対は、導管に挿入されたサーモウェル内に置くことができる。急冷熱交換器１０４及び排出導管の外部にある温度トランスミッタ（温度センサ１１８に動作可能に結合された機器トランスミッタ）は、温度センサ１１８によって測定された温度を示す信号を制御システム１１６に送信することができる。実施態様では、制御システム１１６は、例えば、温度センサ１１８によって測定される流出物１０８Ｃの温度など、流出物１０８Ｃの温度を制御するために、冷却熱交換器１０４への冷却媒体又は冷却流体の流量又は温度を制御することができる（例えば、維持、調節、調整、変更などをすることができる）。

【0037】

制御システム１１６は、ＯＤＨ反応器システム（又はより一般的にはエチレン製造システム１００）の操作（例えば、装置、流れ（流量及び圧力を含む）、及び制御バルブの操作）を容易にし、又は指示することができる。制御システム１１６は、ＯＤＨ反応器システム内のセンサからデータを受信することができる。制御システム１１６は、複数のコントローラであってもよいし、複数のコントローラを含んでもよく、計算を実行し、制御デバイスの設定値を受信又は指定することができる。制御システム１１６は、プロセッサと、システム１００の計算を実行し、動作を指示するためにプロセッサによって実行されるコード（例えば、ロジック、命令など）を格納するメモリとを含んでもよい。プロセッサ（ハードウェアプロセッサ）は、複数のプロセッサであってもよく、マイクロプロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）、コントローラカード、回路基板、又は他の回路を含んでもよい。メモリには、揮発性メモリ（例えば、キャッシュ及びランダムアクセスメモリ）、不揮発性メモリ（例えば、ハードドライブ、ソリッドステートドライブ、及び読み取り専用メモリ）、及びファームウェアが含まれ得る。制御システム１１６は、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、コンピュータサーバー、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、分散コンピューティングシステム（ＤＳＣ）、コントローラ、アクチュエータ、又は制御カードを含み得る。制御システム１１６は、ＯＤＨ反応器１０２システム内の制御コンポーネントの設定値を指定するユーザー入力を受信することができる。制御システム１１６は、典型的には、人間が設定値及び他の目標又は制約を制御システム１１６に入力するためのユーザーインターフェースを含む。いくつかの実施態様では、制御システム１１６は、制御デバイスの設定値を計算し、又は他の方法で決定することができる。制御システム１１６による制御決定は、センサ及びトランスミッタなどからのフィードバック情報を含むシステム１００の動作条件に少なくとも部分的に基づくことができる。

【0038】

操作中、制御システム１１６は、本明細書で説明するように、急冷熱交換器１０４の操作を指示することを含むシステム１００のプロセスを容易にすることができる。制御システム１１６は、急冷熱交換器１０４の出口から排出される冷却された流出物１０８Ｃの温度（例えば、温度センサ１１８によって測定される）を設定値に維持することを容易にすることができる。

【0039】

さらに、制御システム１１６は、流出物１０８が流出物１０８の露点未満まで冷却されないという制約を実施することができる。流出物１０８の露点は、ユーザーによって制御システム１１６に入力することができる。あるいは、制御システム１１６は、流出物１０８又は１０８Ｃの組成及び圧力と相関して、流出物１０８又は１０８Ｃの露点を計算することができる。流出物１０８又は１０８Ｃの組成は、ユーザーによって制御システム１１６に入力することができる。あるいは、流出物１０８又は１０８Ｃの組成は、流出物１０８又は１０８Ｃの組成を測定するオンライン機器分析器（例えば、オンラインガスクロマトグラフ）から制御システム１１６に自動的に示されてもよい。急冷熱交換器１０４内の流出物１０８（又は急冷熱交換器から排出される流出物１０８Ｃ）の圧力は、圧力センサから制御システム１１６に示されてもよい。圧力センサは、急冷熱交換器１０４のプロセス（流出物）入口又はその近く、急冷熱交換器１０４に沿って、あるいは急冷熱交換器１０４のプロセス出口又はその近くに配置することができる。

【0040】

冷却媒体は、例えば、脱塩水、ボイラー供給水、又は蒸気凝縮水などの水であってもよい。急冷熱交換器１０４は、例えば、シェルアンドチューブ熱交換器若しくはヒートパイプ熱交換器（例えば、図７参照）、又は冷却流体（例えば、水）を流出物１０８に噴霧するための内部スプレーノズル（例えば、噴霧スプレーノズル）を有する急冷容器等であってもよい。シェルアンドチューブ熱交換器としての急冷熱交換器１０４の場合、冷却媒体は、チューブを通って流れてもよく、あるいはシェルを通って流れてもよい。実施態様では、シェルアンドチューブ熱交換器のシェルを、容器として特徴付けることができる。冷却媒体は、例えば、脱塩水、ボイラー供給水、又は蒸気凝縮水などの水であってもよい。

【0041】

ヒートパイプ熱交換器としての急冷熱交換器１０４（例えば、図７）の場合、急冷熱交換器１０４は２つの容器を含むことができる。一方の容器は、流出物１０８が流れるホットセクション容器である。他方の容器は、冷却媒体の液面を有するコールドセクション容器である。ヒートチューブ又はヒートパイプ（例えば、図７の参照番号１０）は、ホットセクション容器の内部からコールドセクション容器の内部まで延びている。コールドセクション容器内のヒートパイプの低温端部分は、冷却媒体の液面内に浸漬されてもよい（例えば、図７の参照番号６）。熱伝達は、流出物１０８から、ヒートパイプに沿って冷却媒体へと起こり得る。流出物１０８又は１０８Ｃの温度は、例えば、冷却媒体の特定された温度を維持し、したがって、コールドセクション容器とホットセクション容器との間の特定された温度差を維持することによって制御され得る。流出物１０８又は１０８Ｃの温度は、ヒートパイプ設計を有する熱交換器内において、例えば、冷却媒体の温度、冷却媒体の流量、及びコールドセクション容器内の冷却媒体の蒸発（存在する場合）を制御（調整）することによって、制御することができる。コールドセクション容器内の冷却媒体は、例えば、脱塩水、ボイラー供給水、又は蒸気凝縮水などであってもよい。ヒートパイプ熱交換器は、例えば、国際特許出願である国際公開ＷＯ２０１７／１４１１２１Ａ１に示されているように、当業者に公知である。

【0042】

典型的には、ヒートパイプ又はチューブには、作動流体（ｗｏｒｋｉｎｇ ｆｌｕｉｄ）を含有する密閉されたチューブ(金属製)と、凝縮した作動流体をコールドセクションのヒートパイプの端からホットセクションのヒートパイプの端まで輸送するための内部キャピラリーと、が含まれる。操作中、ヒートチューブ内の作動流体は、ホットセクションで沸騰又は蒸発し、高温流体から熱を奪う。その結果、蒸気は、ヒートチューブを上昇してコールドセクションに移動する。次いで、蒸気は、コールドセクションで凝縮し、コールドセクションを通過する媒体に熱を与える。その結果、凝縮した液体は、重力とキャピラリー力によって、チューブ内のキャピラリー又はウィック（ｗｉｃｋ）を通ってホットセクションに輸送され、そこで再び蒸発する。

【0043】

実施態様では、（例えば、シェルアンドチューブ熱交換器又はヒートパイプ設計熱交換器としての）急冷熱交換器１０４は、矢印１２０で示すように、蒸気の発生を促進することができる。シェルアンドチューブ熱交換器としての急冷熱交換器１０４の場合、冷却媒体としての水は、流出物１０８からの熱で加熱され、水をフラッシュさせて蒸気にする。蒸気発生システムは、容器（例えば、フラッシュ容器）、ポンプ（例えば、ボイラー供給水ポンプ）などの追加の機器を含むことができる。ヒートパイプ熱交換器としての急冷熱交換器１０４の場合、コールドセクション容器内の冷却媒体としての水が蒸発して蒸気を発生させ、その蒸気を収集してもよい。冷却媒体が蒸発すると、コールドセクション容器内の液面を維持するために、コールドセクション容器に冷却媒体を補充することができる。

【0044】

急冷熱交換器１０４を介して発生した蒸気は、蒸気ヘッダー（又はサブヘッダー）の導管内に排出されたり、導管を通ってユーザーに排出されたりすることがある。高圧蒸気の方が、一般に、低圧蒸気よりも価値がある場合がある。高圧蒸気（例えば、６００ポンド／平方インチゲージ（ｐｓｉｇ）を超える、又は１５００ｐｓｉｇを超える）は、典型的には、低圧蒸気（例えば、６００ｐｓｉｇ未満又は１５０ｐｓｉｇ未満）よりも価値がある場合がある。蒸気発生熱交換器１０６を介して発生する蒸気の圧力は、ＯＤＨ反応器１０２の操作温度（ＯＤＨ反応温度）によって決まる流出物１０８の温度の関数であってもよい。

【0045】

流出物１０８Ｃ（急冷熱交換器１０４によって冷却されたもの）は、急冷熱交換器１０４から下流処理１２２に排出することができる。急冷熱交換器１０４からの前述の排出導管は、冷却された流出物１０８Ｃを、下流処理１２２に輸送することができる。下流処理１２２は、生成物エチレン１２４と副生成物酢酸１２６を単離することができる。

【0046】

下流処理１２２は、例えば、流出物１０８Ｃから大部分の酢酸及び水を未精製（ｒａｗ）酢酸として分離するための分離システム１２８を含んでもよい。分離システム１２８は、例えば、（１）流出物１０８Ｃを冷却して酢酸と水を凝縮させる部分凝縮器熱交換器と、（２）部分凝縮器から流出物１０８Ｃを受け取るフラッシュ容器とを含んでもよい。フラッシュ容器は、フラッシュ容器の底部から、凝縮した酢酸と凝縮した水とを組み合わせて未精製酢酸として回収することができる。流出物１０８Ｃの残りの部分は、フラッシュ容器から頭上に排出することができる。この残りの部分は、通常、気体である（液体ではないが、蒸気を含む場合がある）。部分凝縮器熱交換器及びフラッシュ容器の代わりの他の実施態様では、分離システム１２８は、代わりに、急冷塔であってもよく、当該急冷塔は、流出物１０８Ｃ中の水と酢酸を凝縮し、凝縮した水と凝縮した酢酸の組合せを未精製酢酸として塔底流に排出し、流出物１０８Ｃの残りの部分（液体ではない）を塔頂流として排出する。

【0047】

未精製酢酸は、未精製酢酸から水を除去して生成物酢酸１２６を回収するために、酢酸ユニット１３０に供給することができる。実施態様では、分離システム１２６は、未精製酢酸を、導管を介して酢酸ユニット１３０（例えば、酢酸ユニット１３０内の抽出塔など）に排出することができる。さらに、未精製酢酸は、未精製酢酸から水を除去して、エチレン製造の共生成物である酢酸生成物１２６を得るために、酢酸ユニット１３０において処理されてもよい。酢酸生成物１２６は、例えば、少なくとも９９重量パーセント（ｗｔ％）の酢酸であってもよい。除去された水の少なくとも一部は、水生成物として回収することができる。特定の実施態様では、酢酸ユニット１３０は、酢酸を除去するために溶媒を注入するための抽出塔（容器）と、抽出塔からのラフィネートを処理して水を回収するための水ストリッパー塔（容器）と、抽出塔から排出された酢酸から溶媒を除去して酢酸生成物１２６を得るための溶媒回収塔（容器）と、を備えることができる。

【0048】

分離システム１２８から頭上に排出される流出物１０８Ｃの非液体部分は、水蒸気、残留酢酸蒸気、並びにエチレン、二酸化炭素、一酸化炭素、未反応エタン、及び他のガスなどのガスを含み得る。特定の実施態様では、この流出物１０８Ｃの非液体部分は、酢酸スクラバー１３２（カラム又は塔などの容器）又は同様の容器又はシステムに流れてもよい。酢酸スクラバー１３２は、酢酸蒸気及び水蒸気を、スクラビング液体にスクラビング（除去）し、液体底部流として排出することができる。酢酸スクラバー１３２は、エチレン、二酸化炭素、一酸化炭素、未反応エタンを含むプロセスガスを頭上に排出することができる。場合によっては、このプロセスガスは、プロセスガスの圧力を高めるプロセスガス圧縮機１３４（機械式圧縮機）に送られてもよい。圧縮プロセスガスは、一酸化炭素やメタンなどの軽質成分を除去するために処理されてもよい。下流処理は、エチレンをエタンから分離し、生成物エチレン１２４を排出するＣ２スプリッター１３６を含んでもよい。Ｃ２スプリッター１３６は、蒸留トレイを有する蒸留カラム（塔）である容器であってもよい。

【0049】

最後に、エチレン製造システムは、ＯＤＨ反応器１０２への供給物１１０を加熱する供給物熱交換器１３８を含んでもよい。供給物熱交換器１３８は、例えば、シェルアンドチューブ熱交換器又はプレートフィン熱交換器であってもよい。実施態様では、供給物熱交換器１３８は、流出物１０８Ｃを用いて供給物１１０を加熱するために、流出物１０８Ｃとのクロス交換器であってもよい。例えば、急冷熱交換器１０４と下流処理１２２との間の流出物１０８Ｃを利用して、供給物熱交換器１３８内で供給物１１０を加熱することができる。他の実施形態では、供給物熱交換器１３８は、加熱媒体として、流出物１０８Ｃの代わりに蒸気を利用することができる。

【0050】

図２は、エチレン製造システム２００であり、当該システム２００がＯＤＨ反応器１０２に直接取り付けられている（ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｔｔａｃｈｅｄ）急冷熱交換器１０４を有すること除いて、図１のエチレン製造システム１００と同様のシステムである。図１及び図２における同様の参照番号及び指定は、同様の要素を示す。

【0051】

ＯＤＨ反応器１０２への急冷熱交換器１０４の直接取り付け２０２（直接接続）は、ＯＤＨ反応器１０２の出口（流出物排出口）から急冷熱交換器１０４の出口（冷却された流出物排出口）までの流出物１０８の滞留時間の短縮を与えるために実施することができる。直接取り付け（ｄｉｒｅｃｔ ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ）２０２は、例えば、フランジ対フランジ接続であってもよい（例えば、図４）。換言すると、ＯＤＨ反応器１０２上の出口ノズルのフランジは、急冷熱交換器１０４上の入口ノズルのフランジにボルト締めされてもよい。他の実施態様では、直接取り付け２０２は、ＯＤＨ反応器１０２上の出口ノズルと急冷熱交換器１０４上の入口ノズルとのねじ接続（例えば、図５）（又は溶接接続）であってもよい。直接取り付け２０２は、例えば、ＯＤＨ反応器１０２の出口ノズル内、若しくは急冷熱交換器１０４の入口ノズル内、又はその両方に、静的内部構造１１２（上述）を備えることができる。内部構造１１２の存在により、直接取り付け２０２を通る流出物の滞留時間が短縮される可能性がある。最後に、配置直接取り付けは、ＯＤＨ反応器１０２容器と急冷熱交換器１０４との配置を考慮して、ＯＤＨ反応器１０２出口と急冷熱交換器１０４入口との間に、パイプ継手（例えば、パイプエルボ）、短いスプールピース（パイプ）、バルブ等を含むことができる。配置に関する考慮事項には、例えば、装置の設置面積、それぞれのノズルの異なる高さ、ＯＤＨ反応器１０２と急冷熱交換器１０２との間の物理的干渉の解消などが含まれる。

【0052】

図３は、システム３００がＯＤＨ反応器１０２内に配置された急冷熱交換器１０４の少なくとも一部を有すること除いて、図１のエチレン製造システム１００及び図２のエチレン製造システム２００と同様のエチレン製造システム３００である。図１～図３における同様の参照番号及び指定は、同様の要素を示す。

【0053】

図示された実施形態では、ＯＤＨ反応器１０２は、例えば、流動床反応器であってもよく、急冷熱交換器１０４は、ヒートパイプ熱交換器又はスプレーノズルであってもよい。急冷熱交換器１０４は、ＯＤＨ反応器１０２の上部に配置されており、流動床反応器では反応器１０２の離脱（ｄｉｓｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ）セクションであってもよい。離脱セクションは、ＯＤＨ反応器１０２（この実施形態では流動床反応器）の上部から流出物１０８Ｃとして排出される生成物ガスから流動触媒を離脱させるためのものであってもよい。

【0054】

急冷熱交換器１０４をヒートパイプ熱交換器として用いる実施態様の場合、ヒートパイプ熱交換器の高温部分は、ＯＤＨ反応器１０２内に配置され、ヒートパイプ熱交換器の低温部分は、ＯＤＨ反応器１０２の外部に配置される。換言すると、ヒートパイプ熱交換器のホットセクション容器は、ＯＤＨ反応器１０２の容器（又はＯＤＨ反応器１０２の容器の内部の容器）であってもよく、ヒートパイプ熱交換器のコールドセクション容器（冷却媒体を有する）は、ＯＤＨ反応器１０２の外部の容器であってもよい。この実施形態では、ヒートパイプ熱交換器のヒートパイプの高温端は、ＯＤＨ反応器１０２内にあり、ヒートパイプの低温端は、ＯＤＨ反応器１０２の外部のコールドセクション容器内にある。したがって、ヒートパイプは、ＯＤＨ反応器１０２の内部からＯＤＨ反応器１０２の容器壁を通って、次いでコールドセクション容器の容器壁を通ってコールドセクション容器内の冷却媒体内に延びることができる。操作中、熱伝達は、ＯＤＨ反応器１０２内の反応混合物から、ヒートパイプを通して、ヒートパイプ熱交換器のコールドセクション容器内の冷却媒体へと起こり得る。

【0055】

図３に示す実施形態では、急冷熱交換器１０４をスプレーノズルとして実施する場合、スプレーノズルは、ＯＤＨ反応器１０２（例えば、この場合は流動床反応器）の上部にある内部スプレーノズルであってもよい。操作中、急冷熱交換器１０４としてのスプレーノズルは、離脱（ｄｉｓｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ）セクションにおいて生成物ガスとして上方に流れる反応混合物に向けて冷却流体（例えば、脱塩水などの水）を噴霧することができる。熱伝達は、生成物ガス（又はより一般的には反応混合物）から、冷却媒体の噴霧された流れ又は液滴へと起こり得る。実施態様では、スプレーノズルは、噴霧ノズルであってもよい。

【0056】

図４は、フランジ対フランジ接続である図２の直接取り付け２０２の実施態様を示す。この図では、ＯＤＨ反応器１０２（図２）の容器壁４０２にある出口ノズル４００は、フランジ４０４を備える。急冷熱交換器１０４（図２）の外壁４０８にある入口ノズル４０６は、フランジ４１０を備える。急冷熱交換器１０４がシェルアンドチューブ熱交換器である場合、入口ノズル４０６は、流出物１０８（図２）を、シェル側又はチューブ側に導くことができる。フランジ４０４、４１０は、複数のボルト４１２を介して互いに接続（ボルト締め）されている。簡略化（明確化）のため、１つのボルト４１２のみが示されている。ボルト締めされたフランジ４０４、４１０の間には、ガスケットを取り付けてもよい。最後に、（上述したような）静的内部構造１１２を、ノズル４００、４０６の一方又は両方に設置して、直接取り付け２０２を通る流出物の滞留時間を短縮してもよい。静的内部構造１１２は、複数の部品又は要素を含むことができる。直接取り付け２０２は、複数の静的内部構造１１２を有してもよい。

【0057】

図５は、ねじ接続である図２の直接取り付け２０２の実施態様を示す。この図では、ＯＤＨ反応器１０２（図２）の容器壁４０２にある出口ノズル４００には、フランジが付けられていない。同様に、急冷熱交換器１０４（図２）の容器又はシェル壁４０８にある入口ノズル４０６には、フランジが付けられていない。図４のように、急冷熱交換器１０４がシェルアンドチューブ熱交換器である場合、入口ノズル４０６は、流出物１０８（図２）を、シェル側又はチューブ側に導くことができる。このねじ接続の例では、各ノズル４００、４０６のそれぞれの嵌合端はねじを有し、ねじ接続は、ねじ込みカップリングのようなパイプ継手５００を介して行われる。図４のように、１つの静的内部構造１１２（又は複数の静的内部構造１１２）を、ノズル４００、４０６の少なくとも１つに設置して、直接取り付け２０２を通る流出物１０８の滞留時間を短縮してもよい。

【0058】

図６は、ＯＤＨ反応器１０２の急冷熱交換器１０４への配置直接取り付け２０２Ａの一例を示す。配置直接取り付け２０２Ａは、直接取り付けのための配置配管６００を備えている。実施態様では、配置配管６００は、直接取り付けを（例えば、配置直接取り付け２０２Ａとして）実現可能にすることができる。配置配管６００により、ＯＤＨ反応器１０２と急冷熱交換器１０４との間の物理的干渉の回避を容易にすることができ、ノズル４００の高さがノズル４０６の高さと異なることなどを考慮することができる。配置配管６００は、パイプスプールピース（例えば、長さ３フィート未満）を備えてもよい。配置配管６００は、パイプエルボ（例えば、９０°エルボ）及び他のパイプ継手を含んでもよい。

【0059】

図７は、ヒートパイプ熱交換器７００の一例である。ヒートパイプ熱交換器は、ホットセクション（冷却される高温流体の流れを通す）とコールドセクションを有することができる。ホットセクションとコールドセクションは、共通の外面又は隣接する外面を有していなくてもよく、ヒートパイプはホットセクションの内部から延在し、ホットセクションとコールドセクションとの間の開放空間を横切ってコールドセクション内に延在する。ヒートパイプは、ウィック（ｗｉｃｋ）とキャピラリーチャネルを含むことができる。ウィックは、多孔質金属基材フォーム、フェルト、メッシュ、又はスクリーンであってもよい。

【0060】

冷却される高温流体１は、ＯＤＨ反応器から排出される流出物１０８として表すことができ（図１～図２）、又は流出物１０８として排出される離脱セクション内の生成物ガスとして表すことができる（図３）。冷却された流体１は、冷却された流体２として、ヒートパイプ熱交換器から排出される。冷却された流体２は、これらの実施形態では、ヒートパイプ熱交換器である急冷熱交換器１０４によって冷却された流出物１０８を表すことができる。

【0061】

熱交換器７００のホットセクション容器３は、ＯＤＨ反応器１０２の下流（図１～図２）にある急冷熱交換器１０４のホットセクション容器を表すことができる。図示されたホットセクション容器３は、ＯＤＨ反応器１０２内に配置された急冷熱交換器１０４の少なくとも一部の実施（図３）のためのＯＤＨ反応器１０２容器（又はＯＤＨ反応器１０２容器の内部の容器）を表すことができる。

【0062】

ヒートパイプ１０はそれぞれ、内部キャピラリー及び内部ウィッキングを有していてもよい。ヒートパイプ内の作動流体は、例えば、ナトリウム、カリウム、若しくはセシウム、又はそれらの任意の組合せを含むことができる。ヒートパイプ１０（ヒートチューブ）は、例えば、ステンレス鋼、あるいはニッケル及び／又はクロムを含む他の金属合金であってもよい。

【0063】

ヒートパイプ１０の高温端４は、ホットセクション容器３内にある。ヒートパイプの低温端５は、コールドセクション容器７内にある。ホットセクション容器３とコールドセクション容器７とは、物理的に分離している。ホットセクションとコールドセクションとの分離により、ホットセクション容器３（ホットボックス）とコールドセクション容器７（コールドボックス）との間のヒートパイプの少なくとも一部が、断熱されている可能性がある。

【0064】

操作中、ホットセクション容器３とコールドセクション容器７との間の温度差は、少なくとも２００℃であってもよい。

【0065】

ヒートパイプ１０の低温端５は、冷却媒体６（例えば、ボイラー供給水又は脱塩水）中に浸漬されてもよい。冷却媒体６は、容器７を完全に満たしていなくてもよい。矢印８は、コールドセクション容器７に入る冷却媒体６を示す。矢印９は、例えば水蒸気（蒸気）としてコールドセクション容器７から出る冷却媒体６を示す。

【0066】

ホットセクション容器３又はコールドセクション容器７内のヒートパイプ１０の正確な配置により、多くの配置が可能になる。ホットセクション容器３内の流体の流れは、ヒートパイプ１０を横切るか、又はヒートパイプ１０と垂直であるか、ヒートパイプ１０に沿うか、又はヒートパイプ１０と平行であるか、又はそれらの組合せとすることができる。コールドセクション容器７は、多数の入口構成及び出口構成とすることができる。ヒートパイプ１０の高温端部分４及び低温端部分５は、ヒートパイプへの熱伝達を改善するために、それらの外面にフィンを有することができる。ホットセクション容器３とコールドセクション容器７との間のヒートパイプのセクションは、ヒートパイプ１０及び容器３、７の熱膨張を可能にするために、真っ直ぐであるか、又は曲がり若しくはねじれ（螺旋状）を有することができる。図７では、コールドセクション容器７が、ホットセクション容器３の真上に示されている。ただし、ヒートパイプは、２つの容器が互いにオフセットするように曲げることができる。さらに、容器３、７は、同じような高さで並んでいてもよい。

【0067】

ヒートパイプ１０内の作動流体（ｗｏｒｋｉｎｇ ｆｌｕｉｄ）は、流入する流出物１０８の予想される最低温度より少なくとも５０℃低い温度（又は少なくとも８０℃低い温度）で蒸発すべきである。ヒートパイプ１０内の作動流体は、冷却媒体６の予想される最大温度より少なくとも２５℃、場合によっては少なくとも５０℃高い温度で凝縮すべきである。冷却媒体６の温度は、ヒートパイプ内の作動流体の凝縮温度未満であるべきである。

【0068】

ヒートパイプ１０はそれぞれ、外形１ｃｍ（０．５インチ）～１０ｃｍ（４インチ）、長さ最大１０メートル有することができる。ヒートパイプ１０の端部は、フィン、リブ、突起、ピン、又はそれらの任意の組合せなどの表面改質を有していてもよい。いくつかの実施形態では、ヒートパイプの内面には、凝縮した液体を輸送してヒートパイプの高温端に戻すために、キャピラリー条痕（ｓｔｒｉａｔｉｏｎｓ）が刻まれている。

【0069】

図８は、ＯＤＨ反応器システムを操作する方法８００である。ＯＤＨ反応器システムは、少なくともＯＤＨ反応器と急冷熱交換器とを含むことができる。

【0070】

ブロック８０２で、この方法は、エタン、酸素、及び希釈剤を、ＯＤＨ触媒を有するＯＤＨ反応器に供給することを含む。希釈剤は、例えば、蒸気の形態などの水であってもよい。

【0071】

ブロック８０４で、この方法は、ＯＤＨ反応器内で酸素の存在下、ＯＤＨ触媒を介してエタンをエチレンに脱水素化することを含む。ＯＤＨ反応器では、酢酸も生成される可能性がある。

【0072】

ブロック８０６で、この方法は、ＯＤＨ反応器からの流出物を急冷熱交換器を通して排出し、それによって流出物を急冷熱交換器を介して冷却することを含む。流出物は、エチレン、酢酸、水、二酸化炭素、一酸化炭素、及び未反応エタンを含んでもよい。ＯＤＨ反応器の出口（流出物排出）から急冷熱交換器を通って急冷熱交換器の出口（流出物排出）までの流出物の滞留時間は、特定された上限未満である。上限は、流出物中の少なくとも１つの望ましくない反応の発生を減少させるために特定され得る。特定の実施態様では、特定された上限は、４０秒未満、２０秒未満、又は１０秒未満である。いくつかの実施態様では、滞留時間の特定された上限は、９秒以下である。

【0073】

実施態様では、この方法は、導管を介して、ＯＤＨ反応器の排出からの流出物を急冷熱交換器に搬送することを含んでもよい。導管は、導管内での流出物の滞留時間を短縮する内部構造（例えば、静的内部構造）を含んでもよい。内部構造は、導管の長さの一部の流路断面積を減少させ、それによって導管内での流出物の滞留時間を短縮することができ、内部構造は静的内部構造を含む。

【0074】

いくつかの実施態様では、急冷熱交換器は、ＯＤＨ反応器に直接取り付けられる（ａｔｔａｃｈｅｄ ｄｉｒｅｃｔｌｙ）。ＯＤＨ反応器への急冷熱交換器の直接的な取り付け（ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ）は、ＯＤＨ反応器の出口ノズルのフランジを急冷熱交換器の入口ノズルのフランジにボルト締めすることを含む、フランジ対フランジ接続であってもよい。出口ノズル若しくは入口ノズル、又はその両方は、内部構造を有することができ、それによって、出口ノズル若しくは入口ノズル、又はその両方を通る流出物の滞留時間を短縮することができる。

【0075】

特定の実施態様では、急冷熱交換器の少なくとも一部が、ＯＤＨ反応器内に配置され、ＯＤＨ反応器の流出物排出出口は、急冷熱交換器の流出物排出出口として（又はそれを包含するものとして）特徴付けることができる。したがって、それらの実施態様では、急冷熱交換器を通る流出物の滞留時間は、ゼロとして特徴付けることができる。換言すると、流出物を冷却することは、ＯＤＨ反応器から流出物を排出する前に、急冷熱交換器を介して流出物を冷却することを含む。

【0076】

本方法は、急冷熱交換器を介して流出物を冷却するために、急冷熱交換器を通して冷却媒体を流す工程を含むことができ、急冷熱交換器は、シェルアンドチューブ熱交換器である。冷却媒体は、脱塩水、ボイラー供給水、又は蒸気凝縮水などの水であってもよい。特定の実施態様では、本方法は、流出物からの熱を用いてシェルアンドチューブ熱交換器を介して冷却媒体から蒸気を発生させることを含む。蒸気は、急冷熱交換器をヒートパイプ熱交換器として用い、冷却媒体を水として用いて、発生させることもできる。

【0077】

ブロック８０８で、この方法は、急冷熱交換器からの流出物を、供給物熱交換器（クロス交換器）を通して流し、流出物を用いて供給物を加熱することを含むことができる。したがって、流出物はさらに冷却され得る。

【0078】

以下の実施例は、ＯＤＨ反応器流出物１０８（図１～図３）と同様の混合物中では、望ましくない反応が起こることを示している。このような望ましくない反応は、温度が上昇するとますます起こる。例えば、実施例において、望ましくない反応の存在又はその程度は、２５０℃と比較して３５０℃でより大であった。

【0079】

説明したように、ＯＤＨ反応器１０２から排出される流出物１０８の温度は、例えば、３００℃～４５０℃の範囲とすることができる。実施例は一般に、この温度範囲では、この温度範囲未満に冷却された場合よりも、望ましくない反応の存在又はその程度が大であることを裏付けている。さらに、実施例及び基本的な化学原理は、この混合物が３００℃～４５０℃の温度範囲内の高温にある時間が長ければ長いほど、望ましくない反応の範囲が大きくなることを裏付けている。実施例は、混合物を高温にさらす時間を１分未満に制限することが、望ましくない反応の程度を低減するのに有益であり得ることを示している。

【0080】

対象となり得る滞留時間は、ＯＤＨ反応器流出物１０８が、ＯＤＨ反応器１０２の出口から急冷熱交換器１０４を通る流出物１０８の流路のある点に至るまであって、上限温度閾値（例えば、約２２５℃、２５０℃、２７５℃、又は３００℃）を超えている時間の長さである。実施態様では、急冷熱交換器１０４のプロセス（流出物）出口を、流出物１０８が特定の上限温度閾値未満に冷却される点として保守的に特定する。以下の実施例では、実験室構成を、ヒーター及び滞留時間のための立体空間として採用した。実施例の反応器は、ＯＤＨ触媒を有していなかった。したがって、実施例の反応器は、典型的なＯＤＨ反応器としては利用されなかった。実施例では、典型的なＯＤＨ反応器流出物に類似した混合物を、実験室予熱器及び反応器（ＯＤＨ触媒なし）を通して供給した。実験室のセットアップを使用して、様々な温度及びそれらの温度での滞留時間における典型的なＯＤＨ反応器流出物を評価した。実施例では一般に、商業的実施に関して特定するための滞留時間の正確な数値を示していない。その代わりに、実施例は、（１）約２５０℃を超える温度でのＯＤＨ反応器流出物における望ましくない反応の問題の認識と、（２）約２５０℃を超える温度での流出物の最大滞留時間がどのくらいであるべきかのおおよその時間（例えば、１分未満）、という２つの基本的な関連する結論を提供している。さらに、実施例は、商業的実施に関して実験室で計算された滞留時間の正確な数値（秒）を必ずしも示していない。実施例における滞留時間の計算は、圧力及び温度の実際の条件に基づいていない。それでも、前述のように、実施例は、（ａ）望ましくない反応の問題があることを特定し、（ｂ）重大な望ましくない反応を回避するために、ＯＤＨ反応器流出物の最高温度と最大滞留時間をどうすべきかについての理解（近似又は桁）を提供している。

【0081】

一実施形態は、ＯＤＨ反応器システムを操作する方法である。本方法は、エタン、酸素、及び希釈剤（例えば、蒸気としての水）を、ＯＤＨ触媒を有するＯＤＨ反応器に供給することを含む。本方法は、ＯＤＨ反応器内で酸素の存在下、ＯＤＨ触媒を介してエタンをエチレンに脱水素化し、それによってＯＤＨ反応器内で酢酸を生成することを含む。本方法は、ＯＤＨ反応器からの流出物を急冷熱交換器を通して排出し、それによって流出物を急冷熱交換器を介して温度閾値未満（例えば、２００℃～３００℃の範囲内）に冷却することを含む。本方法は、温度閾値を、２７５℃未満（又は２５０℃未満）であって流出物の露点より高い値に特定することを含んでもよい、流出物は、エチレン、酢酸、水、二酸化炭素、一酸化炭素、及び未反応エタンを含む。ＯＤＨ反応器からの流出物を排出する急冷熱交換器の出口までの流出物の滞留時間は、特定された上限未満である。特定された上限は、例えば、６０秒未満の値であってもよいし、２０秒未満の値であってもよい。特定された上限は、流出物中の望ましくない反応の発生を減少させるために特定され得る。本方法は、導管を介して、ＯＤＨ反応器の出口（流出物排出出口）からの流出物を急冷熱交換器に搬送することを含んでもよい。導管は、導管内での流出物の滞留時間を短縮する内部構造（例えば、静的内部構造）を有してもよい。内部構造（例えばスタティックミキサー）は、流出物の流れに利用可能な導管の体積を減少させ、それによって導管内での流出物の滞留時間を短縮する可能性がある。実施態様では、急冷熱交換器はＯＤＨ反応器に直接取り付けられてもよい。ＯＤＨ反応器への急冷熱交換器の直接的な取り付けは、ＯＤＨ反応器の出口ノズルのフランジを急冷熱交換器の入口ノズルのフランジにボルト締めする、フランジ対フランジ接続を備えてもよい。出口ノズル若しくは入口ノズル、又はその両方は、内部構造を有することができ、それによって、出口ノズル若しくは入口ノズル、又はその両方を通る流出物の滞留時間を短縮することができる。実施態様では、急冷熱交換器の少なくとも一部は、ＯＤＨ反応器内に配置されてもよく、ＯＤＨ反応器の排出（ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）は、急冷熱交換器の排出を含み、滞留時間はゼロである。これらの実施態様では、流出物を冷却することは、ＯＤＨ反応器から流出物を排出する前に、急冷熱交換器を介して流出物を冷却することであってもよい。

【0082】

別の実施形態は、ＯＤＨ反応器システムの方法であり、この方法は、エタン及び酸素を含む供給物をＯＤＨ反応器に供給する工程と、ＯＤＨ反応器内で、ＯＤＨ触媒を介してエタンをエチレンに脱水素化する工程と、を含む。本方法は、ＯＤＨ反応器からの流出物を急冷熱交換器を介して排出し、それによって、急冷熱交換器を介して、流出物を、３００℃未満の値など、流出物の露点を超える特定された温度閾値未満に冷却する工程を含む。温度閾値は、例えば、２００℃～３００℃の範囲内であってもよい。流出物は、エチレン、酢酸、水、二酸化炭素、一酸化炭素、及び未反応エタンを含む。流出物を排出するＯＤＨ反応器の出口から、冷却された流出物を排出する急冷熱交換器の出口までの流出物の滞留時間は、流出物中の望ましくない反応の発生を減少させるために特定された上限未満（例えば、４０秒未満の値又は６０秒未満の値）である。本方法は、急冷熱交換器を介して流出物を冷却するために、急冷熱交換器を通して冷却媒体を流す工程を含んでもよく、急冷熱交換器が、シェルアンドチューブ熱交換器である。冷却媒体には、脱塩水、ボイラー供給水、又は蒸気凝縮水などの水が含まれる場合がある。本方法は、流出物からの熱を用いてシェルアンドチューブ熱交換器を介して冷却媒体から蒸気を発生させることを含んでもよい。実施形態では、急冷熱交換器は、ヒートパイプ熱交換器であってもよい。最後に、本方法は、急冷熱交換器からの流出物を、クロス交換器である供給物熱交換器を通して流し、流出物を用いて供給物を加熱し、それによって流出物をさらに冷却することを含むことができる。

【0083】

さらに別の実施形態は、酸素の存在下でエタンをエチレンに脱水素化し、酢酸を生成するためのＯＤＨ触媒を有するＯＤＨ反応器を含むＯＤＨ反応器システムである。ＯＤＨ反応器システムは、ＯＤＨ反応器の流出物を閾値温度未満（例えば、３００℃未満の値）に冷却するための急冷熱交換器を含む。流出物は、エチレン、酢酸、水、二酸化炭素、一酸化炭素、及び未反応エタンを含む。ＯＤＨ反応器システムは、ＯＤＨ反応器の流出物出口から、急冷熱交換器の流出物出口までの流出物の滞留時間を、流出物中の望ましくない反応の発生を減少させるために特定された上限未満（例えば、６０秒未満の値）にするように構成される。ＯＤＨ反応器システムは、ＯＤＨ反応器の出口からの流出物を急冷熱交換器に搬送するための導管を備えていてもよい。導管は、導管の流量を減少させて導管内の流出物の滞留時間を短縮するために、導管内に配置された静的内部構造を備えていてもよい。急冷熱交換器は、流出物を冷却するための冷却媒体を受け取るように構成されたシェルアンドチューブ熱交換器であってもよい。シェルアンドチューブ熱交換器は、冷却媒体としてボイラー供給水を受け取り、流出物からの熱を用いてボイラー供給水からの蒸気の発生を促進するように構成されていてもよい。実施態様では、急冷熱交換器は、ヒートパイプ熱交換器であってもよい。実施態様では、急冷熱交換器は、ＯＤＨ反応器に直接取り付けられていてもよい。急冷熱交換器は、フランジ対フランジ接続を介してＯＤＨ反応器に直接取り付けられていてもよく、ＯＤＨ反応器の出口の出口ノズルのフランジが、急冷熱交換器の入口ノズルのフランジにボルト締めされていてもよい。静的内部構造は、出口ノズル若しくは入口ノズル、又はその両方に配置されていてもよく、出口ノズル若しくは入口ノズル、又はその両方を通る流出物の滞留時間を短縮させることができる。最後に、急冷熱交換器の少なくとも一部は、滞留時間をゼロにするためにＯＤＨ反応器内に配置されていてもよく、流出物を冷却することは、ＯＤＨ反応器からの流出物の排出前に、流出物を冷却することを含む。

【実施例】

【0084】

実施例は例としてのみ示されており、本技術を限定することを意図するものではない。例１～例５を示す。例１～例５は、パイロットスケールに近い実験室反応器システム（図９）で実施した。実施例では、ＯＤＨ反応器流出物に類似した混合物を、実験室予熱器及び実験室反応器を通して実験室凝縮器に供給した。実施例の反応器は、ＯＤＨ反応器に似せるために使用されたものではない（実施例の実験室反応器にはＯＤＨ触媒は存在しなかった）。その代わりに、実施例の反応器は、ラインにおける単に広いスポットであり、混合物を特定された温度に維持するためのヒーターとして使用した。実施例は、典型的なＯＤＨ反応器流出物中の望ましくない反応、及びそれらの望ましくない反応が起こるのに必要な温度と時間を特定することを目的とした。

【0085】

図９は、例１～例５を実施するために利用された実験室反応器システム９００である。システム９００は、管状予熱器９０１（蒸気発生器）と、管状予熱器９０１の下流に配置された管状反応器９０２とを含む。管状反応器９０２内にはＯＤＨ触媒が配置されないように、管状反応器９０２からＯＤＨ触媒を除去した。管状反応器９０２のチューブは、タイプ３１６Ｌステンレス鋼で構成した。管状予熱器９０１のチューブは、ハステロイＣ－２７６で構成した。管状反応器９０２は、反応器９０２内の所望の温度を維持するために、管状反応器９０２のチューブ内の内容物を加熱又は冷却するための、閉ループ油浴から循環油を受け取る伝熱ジャケットを有していた。予熱器９０１には、予熱器９０１のチューブ内の内容物を加熱するために、ケースのアルミニウムジャケットを介して予熱器９０１のチューブに接触して配置された電気マントル加熱が装備されていた。

【0086】

予熱器９０１のチューブは、内径０．９４センチメートル（ｃｍ）、高さ３８１ｃｍ、内容積３８１立方センチメートル（ｃｍ^３）を有していた。管状反応器９０２のチューブは、内径２．１２ｃｍ、高さ１７０ｃｍ、内容積５９９ｃｍ^３を有していた。管状反応器９０２の温度は、温度センサとして熱電対を用いてモニターした。さらに、管状反応器９０２には触媒が充填されておらず、したがって滞留時間のための立体空間として機能し、望ましくない反応が起こり得る温度を与えるヒーターとして機能する。

【0087】

混合ガス供給物９０４を、それぞれのガスシリンダーから予熱器９０１の入口に供給した。ガス供給物９０４中のガス成分には、エチレン、酸素ガス、又はエタンの組合せが含まれていた。ガスシリンダーは、米国コネチカット州ダンベリーに本社を置くＰｒａｘａｉｒ，Ｉｎｃ．から入手した。ガスシリンダーの利用可能な圧力は、予熱器９０１への混合ガス供給物９０４の流れの原動力を提供した。各ガスシリンダーに関連付けられたそれぞれのマスフローコントローラー（２１℃で動作）により、各ガス成分の所望の流量が得られた。液体供給物９０６（混合液体供給物）を、予熱器９０１に流れるガス供給物９０４に導入した。液体供給物９０６には、水と酢酸が含まれていた。例５では、液体供給物にエタノールを添加した。マスフローコントローラ（２１℃で動作）により、液体供給物９０６の流量を制御した。液体供給物９０６は、予熱器９０１内で蒸発した。

【0088】

反応器９０２入口における入口圧力（ｐｓｉｇ）を、圧力センサを介して測定した。この反応器９０２の入口圧力は、反応器９０２、下流凝縮器９１０、及び関連する配管を通る供給物ガスの流れによって発生する液圧背圧、並びに凝縮器９１０の下流に位置する背圧調整器によって提供される液圧背圧によるものであった。

【0089】

排出流９０８（実施例では生成物として表示されている）は、反応器９０２から凝縮器９１０（部分凝縮器）に排出され、この凝縮器９１０は、反応器排出流９０８中の蒸発した液体供給物９０６の成分を凝縮させる。凝縮器９１０内の冷却媒体は、蒸留水であった。凝縮器９１０は、シェルアンドチューブ熱交換器であり、チューブ側で反応器排出流９０８を操作し、シェル側で蒸留水を操作した。生成物ガス９１２は、凝縮器９１０からベントシステム９１４に排出された。試料シリンジを利用して、凝縮器９１０の下流の試料ポイントで、生成物ガス９１２のガス試料９１８を収集した。液体生成物９２０は、凝縮器９１０から液体収集システム９２２に排出された。液体生成物９２０の液体試料９２４が得られた。ガス試料９１８及び液体試料９２４は、ガスクロマトグラフを介して組成が分析された。

【0090】

実施例において考慮された滞留時間は、予熱器９０１内の評価された混合物の滞留時間と反応器９０２内の評価された混合物の滞留時間とを合わせた滞留時間であった。予熱器９０１と反応器９０２の間の小さな管を通る混合物の滞留時間は、無視できるほどであった。反応器９０２と凝縮器９１０の間の小さな管を通る混合物の滞留時間は、無視できるほどであった。凝縮器９１０を通る混合物の滞留時間は、無視できるほどであった。対照的に、商業的規模の実施における長い導管の滞留時間、及びより大きなサイズ（商業的規模）の凝縮器（熱交換器）を通る滞留時間は、比較的長くなる可能性がある。

【0091】

予熱器９０１内の混合物の滞留時間と反応器９０２内の滞留時間は、絶対１気圧（ａｔｍ）で特定された圧力と、ガス供給物９０４の温度及び液体供給物９０６の温度である２１℃で特定された温度と、に基づいて計算した。液体供給物９０６は、２１℃では液体であるが、予熱器９０１内及び反応器９０２内では、１モル当たり２２．４リットルの蒸気として任意に特定された。反応器９０２の入口で測定された実際の圧力は、６１ｐｓｉｇ又は６２ｐｓｉｇであった。反応器９０２内の実際の温度は、２５０℃以上であった。それゆえ、実施例における滞留時間は、圧力及び温度の実際の条件に基づいていない。したがって、実施例において計算された滞留時間は、真の滞留時間ではなく、高温でのＯＤＨ反応器流出物の時間を制限する商業的実施に適用できる滞留時間の桁近似値である。最後に、以下の例１～例５に示すように、予熱器９０１内の評価された混合物の滞留時間（３秒）と、反応器９０２内の評価された混合物の滞留時間（６秒）とを合わせた滞留時間（計算値）は、９秒である。実施例で実施した計算手法のため、近似された体積流量は、すべての例１～例５で同一であった。換言すると、体積流量は、例１～例５の間の評価された混合物の組成の違いによって影響されなかった。それゆえ、計算された滞留時間は、すべての例１～例５について同じ９秒であった。

【0092】

例１～例５では、ＣＯ、ＣＯ_２及び酸素化固体汚損の形成は、反応器９０２管の内面上の気相反応と表面触媒反応との組合せによるものと考えられる。

【0093】

例１～例５が終了した後、反応器９０２を開けて検査した。約２グラムの汚損物質（図１０を参照）が観察された。この約２グラムの汚損物質は、例１～例５でまとめて形成された。図１０は、試料を収集する前の、反応器９０２の底部（下部）内の汚損物質の試料を示す。この材料の試料の元素炭素－水素－窒素－酸素（ＣＨＮＯ）分析の結果を、以下の表１に示す。このＣＨＮＯ分析結果に基づいて、試料の２８．４重量％が有機元素であり、残りが無機元素であると推測できる。主要な有機元素は、酸素元素と炭素であることが判明した。操作中、Ｏ_２乾燥モル分率の低下率が、望ましくない酸素化副生成物（ＣＯ、ＣＯ_２、酢酸など）の増加率（又は生成率）と一致しない場合、Ｏ_２は、この収集された固体汚損物質中で元素状元素として形成されたと推測される。

【0094】

【表1】

【0095】

ＩＣＰ－ＭＳ分析によって測定された試料の最も一般的な５つの無機元素は、ナトリウム（Ｎａ）（８．０重量％）、アルミニウム（Ａｌ）（５．０重量％）、Ｔｅ（３．２重量％）、Ｍｏ（２．４％）、及び鉄（Ｆｅ）（２．２重量％）であった。ＡｌとＴｅの供給源は、ＯＤＨ触媒を使用した以前のルーチン実験から生じた、反応器９０２チューブの内面上のＯＤＨ触媒（及び触媒担体）の微量残留物であった可能性がある。同様に、Ｍｏの供給源は、以前のルーチン実験から生じた、反応器９０２チューブの内面上の触媒活性相の残留物であった可能性がある。ＦｅとＭｏの供給源は、それぞれステンレス鋼３１６とハステロイＣ－２７６で構成されているこの反応器９０２チューブと予熱器９０１チューブの腐食であった可能性がある。Ｎａの供給源は、（１）反応器９０２に注入された供給水と酸素を含む液体混合物、（２）（以前の実験から生じた）アルミナ触媒担体の残留物中のＮａ不純物、及び（３）混合物の取り扱い及び調製中に混合物に導入された外部不純物、から集合的に得られた可能性がある。

【0096】

実施例では、エチレン乾燥ガス体積分率の増加が観察された。エチレン乾燥ガス体積分率の増加は、モル基準で、エチレンと比較してより多くのＯ_２を消費することによる影響であると想定された。これは、エチレンの乾燥ガス体積分率の増加が、生成物流中のこの化合物の体積流量の増加を反映していないことを意味する。エチレンとＯ_２の消費は、望ましくない副生成物（主にＣＯとＣＯ_２）の形成と前述の固体汚損に起因すると考えられる。エチレンとＯ_２から前述の望ましくない副生成物への変換は、例えば、２つのバルク反応［１］Ｃ_２Ｈ_４＋３Ｏ_２→２ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ、及び［２］Ｃ_２Ｈ_４＋２Ｏ_２→２ＣＯ＋２Ｈ_２Ｏに基づいて説明することができる。これにより、モル基準で、エチレンと比較してＯ_２の相対消費量が高いことが確認された。固体汚損に対して行われたＣＨＮＯ分析でも、モル基準で、エチレンと比較してＯ_２の相対消費量が高いことが確認された。

【0097】

酸素の存在下でＯＤＨ触媒を介してエタンをエチレンに脱水素化する商業的規模のＯＤＨ反応器について、ＯＤＨ反応器からの流出物中の反応を、実施例の実験室システムで考慮した。商業的規模のＯＤＨ反応器への言及は、仮想的な商業的規模の反応器を指しており、商業的規模の反応器の実際の実施を指すものではないことに留意されたい。

【0098】

ＯＤＨ反応器からの流出物中の反応の存在を調査し、模倣するために、ＯＤＨ反応器流出物に類似するそれぞれの混合物を、例１～例５の実験室システムの予熱器（蒸気発生器）及び管状反応器（触媒なし）を通して供給した。混合物は供給物として表示された。さらに、予熱器９０１と管状反応器９０２を合わせたものを通る総滞留時間は、ＯＤＨ反応器の出口（流出物排出用）から急冷熱交換器の出口（流出物排出用）までの現場での滞留時間と、桁の推定ベースで比較するために考慮することができる。対象となる反応には、任意の気相反応及び反応器９０２の容器チューブの内側金属表面によって触媒される任意の反応が含まれる。パイロット管状反応器９０２は、触媒を有していなかったが、内容物の温度制御を提供した。管状反応器９０２からの排出物は、生成物として表示され、生成物ガス９１２の流れと生成物液体９２０の流れを排出する部分凝縮器９１０（熱交換器）を通って流れた。

【0099】

すべての例１～例５について以下の表に示される滞留時間は、同一の基準を有する。この基準では、反応器内容積が５９９ｃｍ^３、予熱器内容積が３８１ｃｍ^３、絶対圧１ａｔｍ、２１℃での総供給物流量が３８７３ｃｍ^３／分であり、液体供給物は液体１モル当たり２２．４リットルの蒸気とみなされる。蒸発したとみなされる液体成分は、３８７３ｃｍ^３／分に寄与する。

【0100】

［例１］
例１における予熱器９０１及び反応器９０２を通る供給物としての混合物には、水、酢酸、エチレン、及び酸素が含まれていた。エチレンと酸素は、気体であった。水と酢酸は、供給混合物中では液体であったが、予熱器内で蒸発した。供給物組成と操作条件を、表２に示す。供給物の乾燥ガス９０４組成と生成物ガス９１２（部分凝縮器からの）の乾燥ガス組成を、表３に示す。供給物の液体９０４組成と生成物液体（部分凝縮器からの）の液体組成を、表４に示す。例１の実験結果を考慮すると、管状反応器９０２を使用し、操作温度２５０℃、（予熱器と管状反応器の滞留時間を合わせて）総滞留時間９秒（計算値）で、以下の観察結果が得られた。

【0101】

エタン乾燥ガス体積分率は、供給物流中と比較して生成物流中で（０％から）増加した（０．０４％絶対増加）。

【0102】

エチレン乾燥ガス体積分率は、供給物流中と比較して生成物流中で増加した（０．７２％絶対増加）。この増加は、Ｏ_２／エチレンの望ましくない副生成物への変換による影響と、上記で説明したように固体汚損による影響であるため、エチレンの体積流量の実際の増加を表すものではないと想定された。

【0103】

酸素乾燥ガス体積分率は、供給物流中と比較して生成物流中で減少した（０．７９％絶対減少）

【0104】

酢酸液体質量分率は、供給物流中と比較して生成物流中で減少した（１．４６％絶対減少）

【0105】

Ｏ_２乾燥体積分率の減少、酢酸液体質量分率の減少、酸素化固体汚損の形成、及び微量のエタンの形成が観察されたことから、２５０℃の温度で検出可能な熱反応が発生したと推測できる。この熱反応には、固体汚損と微量のエタンの形成が含まれていた。このことは、この供給混合物を約２５０℃又は２７５℃未満の操作温度で急速に冷却し、高温での滞留時間を、約９秒という実験室での桁の推定に基づいて１分未満にすることが有益であることを示唆している。このようにすることで、望ましくない固体汚損によるエチレン、Ｏ_２、及び酢酸生成物混合物の損失と、微量のエタンへの変換を回避し得る。

【0106】

【表2】

【0107】

【表3】

【0108】

【表4】

【0109】

［例２］
例２における予熱器及び管状反応器（触媒なし）を通して供給された混合物には、水、酢酸、エチレン、及び酸素が含まれていた。例２は、２５０℃で評価した例１と比較して、３５０℃で評価した。供給物組成と操作条件を、表５に示す。乾燥供給物ガス及び乾燥生成物ガスの組成を、表６に示す。液体供給物及び液体生成物の組成を、表７に示す。実験結果を考慮すると、計算上の総滞留時間９秒、温度３５０℃で、以下の観察結果が得られた。

【0110】

エタン乾燥ガス体積分率は、供給物流中と比較して生成物流中で（０％から）増加した（０．０５％絶対増加）。

【0111】

エチレン乾燥ガス体積分率は、供給物流中と比較して生成物流中で減少した（１．６３％絶対減少）。

【0112】

酸素乾燥ガス体積分率は、供給物流中と比較して生成物流中で増加した（０．７１％絶対増加）。Ｏ_２乾燥体積ガス分率の増加は、他の例１及び例３～例４）では観察されず、したがって、この増加は、おそらく何らかの軽微なＧＣ分析誤差によるものと推測される。

【0113】

ＣＯ乾燥ガス体積分率は、供給物流中と比較して生成物流中で（０％から）増加した（０．４７％絶対増加）。

【0114】

ＣＯ_２乾燥ガス体積分率は、供給物流中と比較して生成物流中で（０％から）増加した（０．４１％絶対増加）。

【0115】

酢酸液体質量分率は、供給物流中と比較して生成物流中で増加した（１．１８％絶対増加）。

【0116】

エチレン乾燥ガス体積分率の減少、酢酸液体質量分率の増加、酸素化固体汚損の形成、ＣＯ_ｘ（ＣＯ及びＣＯ_２）の形成、及び微量のエタンの形成が観察されたことから、大まかに概算した合計滞留時間時間９秒、反応器温度３５０℃で、検出可能な熱反応（固体汚損、酢酸、ＣＯ、ＣＯ_２、及び微量のエタンの生成につながる反応）が発生したと推測できる。このことは、エチレン（及びＯ_２）、酢酸、ＣＯ、ＣＯ_２、微量のエタンの損失、及び望ましくない固体汚損の発生を避けるためには、混合物を、操作温度３５０℃未満で、高温での滞留時間１分未満で急速に冷却すべきであることを示唆している可能性がある。

【0117】

例２の結果を例１と比較すると、２５０℃のより低い反応器温度では（３５０℃と比較して）、望ましくない熱反応の速度が著しく減少していた。このことは、２５０℃の反応器温度で行った実験の生成物流中にＣＯが発生せず、ＣＯ_２も発生しなかったことによって証明されている。例１及び例２のこれら２つの比較実験では、前述の望ましくない熱反応の速度に対する反応器温度の効果を研究しやすくするために、反応器操作条件（反応器温度を除く）及び供給物組成が同じであったことに留意されたい。固体の酸素化化合物の形成に関与する反応は、触媒として機能するチューブの金属内面への供給物の吸着又は化学吸着の関数である可能性がある。一般に、吸着／化学吸着の速度は、温度が低下するにつれて増加する。温度が上昇すると、大量の固体酸素化汚損が形成される可能性がある。

【0118】

【表5】

【0119】

【表6】

【0120】

【表7】

【0121】

［例３］
例３における予熱器（蒸気発生器）及び管状反応器（触媒なし）を通して供給された混合物には、水、酢酸、及びエチレンが含まれていた。供給物組成と操作条件を、表８に示す。乾燥供給物ガス及び乾燥生成物ガスの組成を、表９に示す。液体供給物及び液体生成物の組成を、表１０に示す。実験結果を考慮すると、温度３５０℃で、以下の観察結果が得られた。

【0122】

エタン乾燥ガス体積分率は、供給物流中と比較して生成物流中で（０％から）増加した（０．０８％絶対増加）。

【0123】

エチレン乾燥ガス体積分率は、供給物流中と比較して生成物流中で減少した（０．４１％絶対減少）。

【0124】

例３の供給物中にも生成物中にも、酸素は存在しなかった。

【0125】

ＣＯ_２乾燥ガス体積分率は、供給物流中と比較して生成物流中で（０％から）増加した（０．０５％絶対増加）。

【0126】

酢酸液体質量分率は、供給物流中と比較して生成物流中で減少した（３．５２％絶対減少）。

【0127】

エチレン乾燥ガス体積分率の減少、酢酸液体質量分率の減少、酸素化固体汚損の形成、ＣＯ_２の形成、及び微量のエタンの形成が観察されたことに基づいて、３５０℃の温度で、検出可能な熱反応が発生したと推測できる。このことは、エチレン、Ｏ_２、及び酢酸が、望ましくない固体汚損、ＣＯ_２、及び微量のエタンに変換されるのを避けるために、この混合物を、操作温度３５０℃未満まで急速に冷却すべきであることを示唆している。

【0128】

例３では供給物中にＯ_２が存在しないため（例２では供給物流中にＯ_２が存在するのと比較して）、ＣＯ_ｘ（ＣＯ及びＣＯ_２）に向かう望ましくない熱反応の速度が減少し、酢酸に向かう望ましくない熱反応の速度が抑制された。このことは、ＣＯの発生がないこと、ＣＯ_２体積分率が減少していること、及び生成物中の酢酸重量分率が減少していることによって証明されている。ただし、酢酸が供給物中に存在していたため、酢酸重量分率の減少は、酢酸が酸素化汚損に変換されたことによるものである可能性がある。酢酸の消費量の減少は、酢酸からの固体酸素化汚損の形成速度の増加に対応する可能性がある。Ｏ_２が存在する場合とＯ_２が存在しない場合のどちらの場合でも、望ましくない反応が存在し、望ましくない反応の異なる分布が生じることにつながり、それにより望ましくない副生成物と固体汚損が生じる。例２及び例３のこれら２つの比較実験では、上述の望ましくない熱反応の速度に対する供給物Ｏ_２の存在の影響の研究しやすくするために、反応器操作条件及びＨ_２Ｏ／酢酸／エチレンの相対的な供給物組成は変更しなかった。

【0129】

【表8】

【0130】

【表9】

【0131】

【表10】

【0132】

［例４］
例４における予熱器及び管状反応器（触媒なし）を通して供給された混合物には、水、二酸化炭素、酢酸、エタン、及び酸素が含まれていた。エタンを、供給物中のエチレンの代わりに使用した。供給物組成と操作条件を、表１１に示す。乾燥供給物ガス及び乾燥生成物ガスの組成を、表１２に示す。液体供給物及び液体生成物の組成を、表１３に示す。実験結果を考慮すると、３５０℃の温度で、以下の観察結果が得られた。

【0133】

エタン乾燥ガス体積分率は、供給物流中と比較して生成物流中で減少した（０．２４％絶対減少）。

【0134】

酸素乾燥ガス体積分率は、供給物流中と比較して生成物流中で減少した（０．９４％絶対減少）

【0135】

ＣＯ_２乾燥ガス体積分率は、供給物流中と比較して生成物流中で増加した（１．１７％絶対増加）。

【0136】

酢酸の液体質量分率は、供給物流中と比較して生成物流中で減少した（９．９３％絶対減少）。

【0137】

エタン乾燥ガス体積分率の減少、酢酸液体質量分率の減少、酸素乾燥ガス体積分率の減少、ＣＯ_２乾燥ガス体積分率の増加、酸素化固体汚損の形成が観察されたことに基づいて、検出可能な望ましくない熱反応が３５０℃で発生したと推測できる。このようなことは、この混合物を、操作温度３５０℃未満まで急速に冷却すべきであることを示唆している。

【0138】

【表11】

【0139】

【表12】

【0140】

【表13】

【0141】

［例５］
予熱器及び反応器（触媒なし）を通して供給された混合物には、水、酢酸、エタノール、エチレン、及び酸素が含まれていた。供給物組成と操作条件を、表１４に示す。この供給物混合物中のエタノール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ）の存在は、以下の理由の１つ又は両方により、この化合物の存在を模倣することを意味する：（１）プロセスの必要性によるＯＤＨ反応器の最後のセクションへの外部エタノール注入、及び（２）ＯＤＨ生成物流出物中の副生成物又は汚染物質としてのエタノールの存在。乾燥供給物ガス及び乾燥生成物ガスの組成を、表１５に示す。液体供給物及び液体生成物の組成を、表１６に示す。液体生成物試料は、反応器温度３２５℃で行った実験からのみ収集した（例５－ａ）。反応器温度３３４℃（例５－ｂ）及び３４０℃（例５－ｃ）での実験は、乾燥ガス組成に対する温度上昇の影響をスクリーニングし、３２５℃より高い操作温度で過剰な反応が起こり得るかどうかを理解するために、ガス分析のみを用いて行った。したがって、３３４℃及び３４０℃で行ったこれらの実験では、液体試料は収集されず又は分析されなかった。３４０℃の操作温度では、この反応温度に達した直後、反応器は定常状態を維持せず、最終的には反応器の出口近くで過剰反応を引き起こしたことは注目に値する。この詳細を念頭に置き、実験結果を見ると、反応温度３２５℃で、以下の観察結果が得られた。

【0142】

エタン乾燥ガス体積分率は、供給物流中と比較して生成物流中で（０％から）増加した（０．０４％絶対増加）。

【0143】

エチレン乾燥ガス体積分率は、供給物流中と比較して生成物流中で増加した（６．２０％絶対増加）。この増加は、Ｏ_２／エチレンの望ましくない副生成物への変換による影響と、説明したように固体汚損による影響であるため、エチレンの体積流量の実際の増加を表すものではないと想定された。

【0144】

ＣＯ乾燥ガス体積分率は、供給物流中と比較して生成物流中で（０％から）増加した（０．０４％絶対増加）。

【0145】

酸素乾燥ガス体積分率は、供給物流中と比較して生成物流中で減少した（６．４１％絶対減少）。

【0146】

ＣＯ_２乾燥ガス体積分率は、供給物流中と比較して生成物流中で増加した（０．１２％絶対増加）。

【0147】

酢酸液体質量分率は、供給物流中と比較して生成物流中で減少した（１．４０％絶対減少）。

【0148】

エタノール液体質量分率は、供給物流中と比較して生成物流中で減少した（０．２５％絶対減少）。

【0149】

Ｏ_２乾燥ガス体積分率の減少、ＣＯ乾燥ガス体積分率の微量増加、ＣＯ_２乾燥ガス体積分率の微量増加、エタン乾燥ガス体積分率の微量増加、酢酸液体質量分率の減少、エタノール液体質量分率の減少、及び酸素化固体汚損の形成が観察されたことから、３２５℃の温度で、検出可能な望ましくない熱反応が発生したと推測できる。このようなことは、この混合物を、操作温度３２５℃未満まで急速に冷却すべきであることを示唆している。

【0150】

実験結果を考慮すると、３４０℃の温度で、以下の観察結果が得られた。

【0151】

生成物流中のエタン乾燥ガス体積分率は、温度が上昇してもほとんど変化しなかった。すべての場合において、微量（≦０．０５ｖｏｌ．％）が観察された。

【0152】

生成物流中のＣＯ乾燥ガス体積分率は、温度が上昇してもほとんど変化しなかった。すべての場合において、微量（≦０．０４ｖｏｌ．％）が観察された。生成物流中のＯ_２乾燥ガス体積分率は、温度が上昇するにつれて減少した。

【0153】

生成物流中のエチレン乾燥ガス体積分率は、温度が上昇するにつれて増加した。この増加は、Ｏ_２／エチレンの望ましくない副生成物への変換による影響と、固体汚損による影響であるため、エチレンの体積流量の実際の増加を表すものではないと想定された。

【0154】

Ｏ_２乾燥ガス体積分率の減少、ＣＯの乾燥ガス体積分率の変化なし、エタンの乾燥ガス体積分率の変化なしが観察され、最高動作温度３４０℃での過剰反応、及び酸素化固体汚損の形成が観察されたことから、反応温度が３２５℃から３４０℃に上昇すると、汚損の形成速度が増加し、最終的に過剰な反応に至ったことが推測できる。

【0155】

【表14】

【0156】

【表15】

【0157】

【表16-1】

【0158】

＜実施例データの概要＞
以下の表１６は、例１～例５の反応器温度及び供給物組成を示す。表１６では、水（Ｈ_２Ｏ）、酢酸（ＣＨ_３ＣＯＯＨ）、及びエタノール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ）の液体供給物成分は、１モル当たり２２．４リットルの蒸気として考慮した。表１７は、例１～例５の供給物及び生成物の乾燥ガス組成を示す。表１８は、例１～例５の供給物及び生成物の液体組成を示す。表１８では、液体メタノール（ＣＨ_３ＯＨ）は、供給物及び生成物の微量成分として記載されている。

【0159】

【表16-2】

【0160】

【表17】

【0161】

【表18】

【0162】

多くの実施態様を説明してきたが、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な修正を行うことができることが理解されるであろう。

【産業上の利用可能性】

【0163】

本開示は、エチレンを製造するための酸化的脱水素化のプロセスに関し、反応器の下流での望ましくない副生成物の形成を制限するために、滞留時間を短くした流出物冷却ステップを含む。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】