(57)【要約】ガス状アルカンを、オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物に変換するための過程であって、アルカンを含有するガス状供給は、臭化アルキルおよび臭化水素を形成するように、熱的または触媒的に乾燥臭素蒸気と反応させられてもよい。臭化アルキルに存在するポリ臭素化アルカンは、一臭素化種を形成するように、好適な触媒上でメタンとさらに反応させられてもよい。次いで、臭化アルキルおよび臭化水素の混合物は、オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物、および臭化水素を形成するのに十分な温度において好適な触媒以上で反応させられてもよい。種々の方法および反応が、高分子量炭化水素から臭化水素を除去するように、過程で使用するために臭化水素から臭素を生成するように、過程で使用するために臭素を貯蔵し、後に放出するように、および臭素化ステップで一臭素化アルカンを選択的に形成するように開示される。
2013530183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
臭化水素と、オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を含む、炭化水素生成物とを形成するように、触媒の存在下で臭化アルキルを反応させるステップと、
少なくとも金属臭化物を形成するように前記臭化水素を金属酸化物と反応させ、それにより、前記炭化水素生成物から前記臭化水素の少なくとも一部分を除去するステップと
を含む、過程。
【請求項２】
反応させるステップのうちの少なくとも１つは、マイクロチャネルリアクタの中で実行される、請求項１に記載の過程。
【請求項３】
前記臭化アルキルを含む臭素化生成物を形成するように、臭素を低分子量アルカンと反応させるステップをさらに含む、請求項２に記載の過程。
【請求項４】
前記臭素は、前記臭素化生成物を形成するように、少なくとも約２．５：１のメタン対臭素モル比で前記低分子量アルカンと反応させられ、前記過程はさらに、
前記臭化アルキルに存在する二臭素化アルカンおよび三臭素化アルカンの少なくとも一部分を一臭素化アルカンに変換するように、触媒の存在下で前記臭化アルキルをＣ２＋炭化水素と反応させ、したがって、前記炭化水素生成物を形成するように、前記臭化アルキルを反応させるステップを含む、請求項３に記載の過程。
【請求項５】
少なくとも前記金属酸化物および臭素を形成するように、前記金属臭化物を酸素と反応させるステップをさらに含む、請求項２に記載の過程。
【請求項６】
金属臭化物を酸素と反応させる前記ステップで形成される臭素を、臭素化生成物が形成される前記ステップへ再循環させるステップをさらに含む、請求項５に記載の過程。
【請求項７】
後に使用するための臭素を貯蔵するよう、還元原子価状態の金属臭化物を、酸化状態で金属臭化物を形成するように金属臭化物を酸素と反応させる前記ステップで形成される臭素と反応させるステップをさらに含む、請求項５に記載の過程。
【請求項８】
少なくとも臭素および還元原子価状態の前記金属臭化物を形成するように、別のマイクロチャネルリアクタの中で、酸化原子価状態の前記金属臭化物の少なくとも一部分を加熱するステップをさらに含む、請求項７に記載の過程。
【請求項９】
臭化水素と、オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を含む、炭化水素生成物とを形成するように、触媒の存在下で臭化アルキルを反応させるための合成リアクタと、
少なくとも金属臭化物を形成するように前記臭化水素を金属酸化物と反応させ、それにより、前記炭化水素生成物から前記臭化水素の少なくとも一部分を除去するための金属酸化物リアクタと
を含む、システム。
【請求項１０】
前記合成リアクタおよび前記金属酸化物リアクタのうちの少なくとも１つは、マイクロチャネルリアクタである、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記臭化アルキルを含む臭素化生成物を形成するように、臭素を低分子量アルカンと反応させるための臭素化リアクタをさらに含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
前記臭素化リアクタ、前記合成リアクタ、および前記金属酸化物リアクタのうちの少なくとも１つは、マイクロチャネルリアクタである、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記臭素化リアクタは、前記臭素化生成物を形成するように、少なくとも約２．５：１のメタン対臭素モル比で操作され、前記システムはさらに、
前記臭化アルキルを前記合成リアクタに導入する前に、前記臭化アルキルに存在する二臭素化アルカンおよび三臭素化アルカンの少なくとも一部分を一臭素化アルカンに変換するように、触媒の存在下で前記臭化アルキルをＣ２＋炭化水素と反応させるためのシフトリアクタを含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記臭素化リアクタ、前記シフトリアクタ、前記合成リアクタ、および前記金属酸化物リアクタのうちの少なくとも１つは、マイクロチャネルリアクタである、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
少なくとも前記金属酸化物および臭素を形成するように、前記金属臭化物を酸素と反応させるための酸化リアクタをさらに含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１６】
前記合成リアクタ、前記金属酸化物リアクタ、および前記酸化リアクタのうちの少なくとも１つは、マイクロチャネルリアクタである、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
後に使用するための臭素を貯蔵するよう、還元原子価状態の金属臭化物を、酸化状態で金属臭化物を形成するように前記酸化リアクタの中で形成される臭素と反応させるための臭素貯蔵リアクタをさらに含む、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記合成リアクタ、前記金属酸化物リアクタ、前記酸化リアクタ、および前記臭素貯蔵リアクタのうちの少なくとも１つは、マイクロチャネルリアクタである、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
臭化水素、およびオレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を含む、炭化水素生成物を形成するように、マイクロチャネルリアクタの少なくとも１つの過程流路内に位置付けられる触媒の存在下で臭化アルキルを反応させるステップと、
前記炭化水素生成物から前記臭化水素の一部分を除去するよう、前記臭化水素を金属酸化物と反応させるステップと
を含む、過程。
【請求項２０】
前記触媒は、前記少なくとも１つの過程流路を画定する、前記マイクロチャネルリアクタ内の少なくとも２つの対向する板の少なくとも１つの面の上に位置付けられる、請求項１９に記載の過程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本出願は、２０１０年１１月３０日に出願され、「Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ  Ｇａｓｅｏｕｓ  Ａｌｋａｎｅｓ  ｔｏ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ」と題された、米国特許出願第１２／４７７，３１９号の一部継続出願であり、該米国特許出願は、２０１０年３月９日に特許査定され、「Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ  Ｇａｓｅｏｕｓ  Ａｌｋａｎｅｓ  ｔｏ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ」と題された、米国特許第７，６７４，９４１号の一部継続出願であり、該米国特許は、２００８年４月３０日に出願され、「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ  Ｇａｓｅｏｕｓ  Ａｌｋａｎｅｓ  ｔｏ  Ｏｌｅｆｉｎｓ  ａｎｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ」と題された、米国特許出願第１２／１１２，９２６号の一部継続出願であり、該米国出願特許は、現在は放棄された、２００５年１０月１９日に出願され、「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ  Ｇａｓｅｏｕｓ  Ａｌｋａｎｅｓ  ｔｏ  Ｏｌｅｆｉｎｅｓ  ａｎｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ」と題された米国特許出願第１１／２５４，４３８号の継続出願であり、該米国特許出願は、２００８年３月２５日に特許査定され、「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ  Ｇａｓｅｏｕｓ  Ａｌｋａｎｅｓ  ｔｏ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ」と題された、米国特許第７，３４８，４６４号の一部継続出願であり、当該米国特許は、２００７年７月１７日に特許査定され、「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ  Ｇａｓｅｏｕｓ  Ａｌｋａｎｅｓ  ｔｏ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ」と題された、米国特許第７，２４４，８６７号の一部継続出願である。また、本出願は、２０１０年６月１４日に出願された、米国仮特許出願第６１／３５４，５４６号に対する優先権を主張するものである。米国特許出願第１２／４７７，３１９号および米国仮特許出願第６１／３５４，５４６号のそれぞれは、参照により、本明細書中に援用される。
【０００２】
本出願は、以下の同時係属中の特許出願に関連している：２００８年６月１３日に出願され、「Ｈｙｄｒｏｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｕｌｔｉ−Ｂｒｏｍｉｎａｔｅｄ  Ａｌｋａｎｅｓ」と題された、米国特許出願第１２／１３９、１３５号；２００９年６月３日に出願され、「Ｂｒｏｍｉｎｅ−Ｂａｓｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ  Ｇａｓｅｏｕｓ  Ａｌｋａｎｅｓ  ｔｏ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ  ｆｏｒ  Ｂｒｏｍｉｎｅ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ」と題された、米国特許出願第１２／４７７，３０７号；２００９年７月１３日に出願され、「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ  Ｇａｓｅｏｕｓ  Ａｌｋａｎｅｓ  ｔｏ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ」と題された、米国特許出願第１２／５０２，０２４号；２０１０年３月２日に出願され、「Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｓｔａｇｅｄ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ａｌｋｙｌ  Ｂｒｏｍｉｄｅｓ」と題された、米国出願第１２／７１５，５２６号；２０１０年６月２日に出願され、「Ｃｏｎｖｅｒｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｂｒｏｍｉｄｅ  ｔｏ  Ｅｌｅｍｅｎｔａｌ  Ｂｒｏｍｉｎｅ」と題された、米国特許出願第１２／７９２，３３５号；２０１０年１１月３０日に出願され、「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ  Ｇａｓｅｏｕｓ  Ａｌｋａｎｅｓ  ｔｏ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ」と題された、米国特許出願第１２／９５７，０３６号；２０１１年２月１７日に出願され、「Ｐｒｏｃｅｓｓ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  Ｓｔａｇｅｄ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ａｌｋｙｌ  Ｂｒｏｍｉｄｅｓ”と題された、米国特許出願第１３／０３０，０５３号。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
本発明は、潤滑剤および燃料添加剤等の燃料または化学物質の生産において、燃料またはモノマーおよび中間体として有用であり得る、オレフィン、高分子量炭化水素、または混合物に低分子量アルカンを変換するための過程に関し、より具体的には、１つ以上の実施形態において、１つ以上のマイクロチャネルリアクタを使用する過程に関し、低分子量アルカンを含むガスは、少なくとも臭化アルキルを形成するように臭素と反応させられ、臭化アルキルは、臭化水素、およびオレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を形成するように、触媒の存在下で反応させられ、臭化水素の少なくとも一部分は、過程で使用されてもよい臭素に変換される。
【０００４】
主にメタンおよび他の低級アルカンから成る天然ガスが、世界中で大量に発見されている。天然ガスが発見されている場所の多くは、天然ガスの重要なガスパイプラインインフラストラクチャまたは市場を有する、人口の多い領域から遠い。天然ガスの低い密度により、例えば、パイプラインによる、または容器の中の圧縮ガスとしてのガス状形態でのその輸送は高価である。したがって、天然ガスがそのガス状形態で輸送されて得る距離に、実用的および経済的限界が存在する。遠い距離にわたって天然ガスをより経済的に輸送するために、天然ガスの極低温液化（しばしば「ＬＮＧ」と呼ばれる）がしばしば使用される。しかしながら、このＬＮＧ過程は高価であり、ＬＮＧを輸出する態勢が整っている数カ国にしか限定された再ガス化設備がない。
【０００５】
メタンの別の使用は、メタノールの生産のための過程への供給としてである。メタノールは、高温（例えば、約１０００℃）での合成用ガス（ＣＯおよびＨ２）（しばしば「合成ガス（ｓｙｎ-ｇａｓ）」と呼ばれる）へのメタンの変換を介して、商業的に作製することができ、その後に高圧（約１００気圧）での合成が続く。メタンからの合成用ガスの生産のためのいくつかの技術がある。これらの間には、水蒸気・メタン改質（ＳＭＲ）、部分酸化（ＰＯＸ）、自己熱改質（ＡＴＲ）、ガス加熱改質（ＧＨＲ）、およびそれらの種々の組み合わせがある。それぞれと関連付けられる利点および不利点がある。例えば、ＳＭＲおよびＧＨＲは、通常、概して、６００℃を超えて、高い圧力および温度で動作し、吸熱反応であり、したがって、ＳＭＲでしばしば利用されるように、高価な改質触媒、および天然ガスの燃焼から等のリアクタの外部の熱源から供給される高温の熱で充填された、特殊な耐熱および耐食合金熱伝達管を含有する、高価な炉またはリアクタを必要とする。ＰＯＸおよびＡＴＲ過程は、通常、概して、１０００℃を超えて、高い圧力およびさらに高い温度で動作し、炭化水素供給のかなりの割合がＣＯ２に変換され、大量の高温廃熱を拒絶または回収しなければならず、したがって、合成用ガス流出物を急冷および冷却するための複雑かつ高価な耐火裏地付きリアクタおよび高圧廃熱ボイラが必要とされる、発熱反応を利用する。また、有意な資本費用および大量の電力が、これらの高圧過程に対する酸素または空気の圧縮のために必要とされる。したがって、関与する高い温度および圧力により、合成ガス技術は、概して、高価と見なされ、高費用のメタノール生成物をもたらす。この費用は、化学原料および溶剤のための等のメタノールの高付加価値利用を制限し得る。さらに、概して、合成ガスの生産は、過程の炭素変換効率を低下させる、大量の過剰な廃熱および不要な二酸化炭素を生産し得るという点で、熱力学的および化学的に非効率的となり得ると考えられている。合成用ガスを上級液体炭化水素に変換するために、フィッシャー・トロプシュガス・液体（ＧＴＬ）技術も使用することができるが、この時点でのこの過程の投資費用は、他の種類の過程よりも高い。それぞれの場合において、合成用ガスの生産は、これらのメタン変換過程の資本費用の大きな割合を表し、これらの過程が達成できる最大炭素利用率を制限する。
【０００６】
メタノールまたは高分子量炭化水素へのルートとしての合成用ガスの従来の生産の多数の代替案が提案されてきた。しかしながら、現在まで、種々の理由により、これらの代替案のうちのいずれも商業的地位を達成していない。以前の代替的な従来技術の方法のうちのいくつかは、対応するアルカノールを形成するように酸化マグネシウムと反応させることができる、ハロゲン化アルキルおよびハロゲン化水素を形成するように、メタン等の低級アルカンを金属ハロゲン化物と反応させることを対象とする。ハロゲンとして塩素を使用するメタンのハロゲン化は、通常、ハロゲン化モノメチル（ＣＨ３Ｃｌ）に対する不良な選択性をもたらすが、むしろＣＨ２Ｃｌ２およびＣＨＣｌ３等の不要な副生成物を生産する。これらは、変換しにくい、または１回の通過につき変換の厳しい制限、したがって、非常に高いリサイクル率を必要とすると考えられる。
【０００７】
他の既存の過程は、合成用ガス（ＣＯおよびＨ２）の生成の代替案として、メタンの触媒塩素化または臭素化を提案する。メタノールの生産のための全体的過程におけるメタンハロゲン化ステップの選択性を向上させるために、１つの過程は、臭化メチル等のモノハロゲン化中間体に対する向上した選択性をもたらす、過剰なアルカンの存在下でアルカンを臭素化するための金属臭化物の熱分解によって生成される臭素の使用を教示する。移動固体の流動床を利用することの欠点を回避するために、過程は、塩化金属水和物および金属臭化物の循環液体混合物を利用する。他の過程もまた、臭素化の使用によって、モノハロゲン化中間体に対するより高い選択性を達成することが可能である。臭化メチル等の結果として生じる臭化アルキル中間体は、移動固体の循環床の中での金属酸化物との反応によって、対応するアルコールおよびエーテルにさらに変換される。そのような過程の別の実施形態は、４つのステップで周期的に操作される金属臭化物／酸化物固体の固定床を含有する、ゾーン型リアクタ容器を利用することによって、移動床の欠点を回避する。ジメチルエーテル（ＤＭＥ）等のあるエーテルが、有望な潜在的ディーゼルエンジン燃料代用品であるが、まだ今のところ、現在はＤＭＥの実質的な市場が存在せず、したがって、ＤＭＥを現在の市場向きの製品に変換するために、高価な付加的触媒過程変換ステップが必要とされる。超強酸触媒を使用した触媒凝縮を介して、メタンがガソリン範囲の炭化水素に触媒的に凝縮される、Ｏｌａｈへの特許文献１等の、合成用ガスの生産の必要性を回避する他の過程が提案されている。しかしながら、これらの以前の代替的アプローチのうちのいずれも、商業的過程をもたらしていない。
【０００８】
場合によっては、置換アルカン、特にメタノールを、ゼオライトとしても知られている結晶アルミノケイ酸塩の種々の形態上で、オレフィンおよびガソリン沸騰範囲の炭化水素に変換することができる。メタノール・ガソリン（ＭＴＧ）過程では、形状選択的ゼオライト触媒ＺＳＭ-５が、メタノールをガソリンに変換するために使用される。したがって、従来の技術を使用して、石炭またはメタンガスをメタノールに変換し、後にガソリンに変換することができる。しかしながら、メタノール生産の高い費用により、およびガソリンの現在または予想価格において、ＭＴＧ過程は、経済的に実行可能と見なされない。したがって、増大した価値を有し、より経済的に輸送され、それにより、遠隔天然ガス埋蔵量の開発を有意に補助する、オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物への種々のガス供給で見出される、メタンおよび他のアルカンの変換のための経済的な過程の必要性が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４，４６７，１３０号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（発明の概要）
先述および他の目的を達成するために、本明細書で具現化され、広く説明されるような本発明の目的によれば、本発明の１つの特性化は、臭化アルキルを含む臭素化生成物を形成するように、臭素を低分子量アルカンと反応させるステップと、オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を含む、炭化水素生成物を形成するように、触媒を含有するマイクロチャネルリアクタの中で臭化アルキルを反応させるステップとを含む、過程である。
【００１１】
本発明の別の特性化は、臭化アルキルを含む臭素化生成物を形成するように、臭素を低分子量アルカンと反応させるための第１のリアクタと、オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を含む、炭化水素生成物を形成するように、触媒の存在下で臭化アルキルを反応させるためのマイクロチャネルリアクタとを備える、システムである。
【００１２】
本発明のなおも別の特性化は、臭化アルキルを含む臭素化生成物を形成するように、マイクロチャネルリアクタの中で臭素を低分子量アルカンと反応させるステップと、オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を含む、炭化水素生成物を形成するように、触媒の存在下で臭化アルキルを反応させるステップとを含む、過程である。
【００１３】
本発明のさらなる特性化は、臭化アルキルを含む臭素化生成物を形成するように、臭素を低分子量アルカンと反応させるためのマイクロチャネルリアクタと、オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を含む、炭化水素生成物を形成するように、触媒の存在下で臭化アルキルを反応させるための第２のリアクタとを備える、システムである。
【００１４】
本発明のさらなる特性化は、オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を含む、炭化水素生成物、および臭化水素を形成するように、触媒の存在下で臭化アルキルを反応させるステップと、少なくとも金属臭化物を形成するように、マイクロチャネルリアクタの中で臭化水素を金属酸化物と反応させることによって、炭化水素生成物から臭化水素を除去するステップとを含む、過程である。
【００１５】
本発明のさらなる特性化は、オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を含む、炭化水素生成物、および臭化水素を形成するように、触媒の存在下で臭化アルキルを反応させるための第１のリアクタと、少なくとも金属臭化物を形成するように臭化水素を金属酸化物と反応させ、それにより、炭化水素生成物から臭化水素を除去するためのマイクロチャネルリアクタとを備える、システムである。
【００１６】
本発明のなおもさらなる特性化は、臭化アルキルを含む臭素化生成物を形成するように、少なくとも約２．５：１のメタン対臭素モル比で臭素をガス状アルカンと接触させるステップと、臭化アルキルに存在する二臭素化アルカンおよび三臭素化アルカンの少なくとも一部分を一臭素化アルカンに変換するように、マイクロチャネルリアクタの中で触媒の存在下にて臭化アルキルをＣ２＋炭化水素と反応させるステップとを含む、過程である。
【００１７】
本発明のなおもさらなる特性化は、臭化アルキルを含む臭素化生成物を形成するように、少なくとも約２．５：１のメタン対臭素モル比で臭素をガス状アルカンと接触させるための第１のリアクタと、臭化アルキルに存在する二臭素化アルカンおよび三臭素化アルカンの少なくとも一部分を一臭素化アルカンに変換するように、マイクロチャネルリアクタの中で触媒の存在下にて臭化アルキルをＣ２＋炭化水素と反応させるためのマイクロチャネルリアクタとを備える、システムである。
【００１８】
本発明のなおもさらなる特性化は、還元原子価状態で少なくとも臭素蒸気および金属臭化物を形成するように、マイクロチャネルリアクタの中で酸化原子価状態の金属臭化物の少なくとも一部分を加熱するステップと、酸化状態で金属臭化物を形成するように、第２のリアクタの中の還元原子価状態の金属臭化物の少なくとも一部分を臭素蒸気と接触させるステップとを含む。
【００１９】
本発明のなおもさらなる特性化は、酸化原子価状態の金属臭化物を含有する第１のマイクロチャネルリアクタと、還元原子価状態の金属臭化物を含有する第２のリアクタとを備える、システムである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本明細書の一部に組み込まれ、かつそれを形成する、添付図面は、本発明の実施形態を図示し、説明とともに、本発明の原則を説明する働きをする。
【図１】図１は、本発明の過程の簡略化ブロックフロー図である。
【図２】図２は、本発明の過程の一実施形態の概略図である。
【図３】図３は、本発明の過程の別の実施形態の概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の過程の別の実施形態の概略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、酸化段階で空気の代わりに酸素が使用される時に採用されてもよい、代替的な処理方式を描写する、図４Ａで図示される本発明の過程の実施形態の概略図である。
【図５Ａ】図５Ａは、金属酸化物床を通る流量が留保されている、図４Ａで図示される本発明の過程の実施形態の概略図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、酸化段階で空気の代わりに酸素が使用される時に採用されてもよい、代替的な処理方式を描写する、図５Ａで図示される本発明の過程の実施形態の概略図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の過程の別の実施形態の概略図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、酸化段階で空気の代わりに酸素が使用される時に採用されてもよい、代替的な処理方式を描写する、図６Ａで図示される本発明の過程の実施形態の概略図である。
【図７】図７は、本発明の過程の別の実施形態の概略図である。
【図８】図８は、金属酸化物床を通る流量が留保されている、図７で図示される本発明の過程の実施形態の概略図である。
【図９】図９は、本発明の過程の別の実施形態の概略図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態による、多重臭素化アルカンの形成を低減するように構成される本発明の過程の簡略化ブロックフロー図である。
【図１１】図１１は、本発明の別の実施形態による、多重臭素化アルカンの形成を低減するように構成される本発明の過程の簡略化ブロックフロー図である。
【図１２】図１２は、図７および８に図示され、直列構成でシフトリアクタを組み込むように、図１０のブロックフロー図に従ってさらに構成される、本発明の過程の実施形態の概略図である。
【図１３】図１３は、図７および８に図示され、並列構成でシフトリアクタを組み込むように、図１０のブロックフロー図に従ってさらに構成される、本発明の過程の実施形態の概略図である。
【図１４】図１４は、本発明の臭素化段階で使用される様々なメタン対臭素モル比についての一臭素化選択性のグラフである。
【図１５】図１５は、本発明の臭素化段階で採用される様々なメタン対臭素モル比についての一臭素化選択性対平均滞留時間のグラフである。
【図１６】図１６は、本発明の実施形態による、直列構成で触媒シフトリアクタを組み込んで多重臭素化アルカンの形成を低減するように構成される、本発明の過程の概略図である。
【図１７】図１７は、本発明の別の実施形態による、直列構成で触媒シフトリアクタを組み込んで多重臭素化アルカンの形成を低減するように構成される、本発明の過程の概略図である。
【図１８】図１８は、本発明のさらなる実施形態による、並列構成で触媒シフトリアクタを組み込んで多重臭素化アルカンの形成を低減するように構成される、本発明の過程の概略図である。
【図１９】図１９は、本発明のなおもさらなる実施形態による、並列構成で触媒シフトリアクタを組み込んで多重臭素化アルカンの形成を低減するように構成される、本発明の過程の概略図である。
【図２０】図２０は、本発明の過程の実施形態の臭素化段階における時間と対比した様々なメタンについての炭素利用率および一臭素化選択性のグラフである。
【図２１】図２１は、本発明の過程の実施形態の臭素化段階で使用される様々な温度についての炭素利用率および一臭素化選択性のグラフである。
【図２２】図２２は、本発明の過程およびシステムで使用するためのマイクロチャネルリアクタモジュールの斜視図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、図２２のマイクロチャネルリアクタモジュールの一部分の図である。
【図２３】図２３は、シェルとともに位置付けられた際のマイクロチャネルリアクタモジュールの部分的切断斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（好適な実施形態の詳細な説明）
本明細書で使用されるような「高分子量炭化水素」という用語は、Ｃ３鎖と、より長い炭化水素鎖とを含む、炭化水素を指す。いくつかの実施形態では、高分子量炭化水素は、生成物（例えば、ＬＰＧ、自動車燃料等）として直接使用されてもよい。他の場合において、高分子量炭化水素の流れが、中間生成物として、またはさらなる処理のための原料として使用されてもよい。他の場合において、高分子量炭化水素は、例えば、ガソリン等級の燃料、ディーゼル等級の燃料、および燃料添加剤を生産するように、さらに処理されてもよい。いくつかの実施形態では、本発明の過程によって得られる高分子量炭化水素は、かなりの芳香族含有量を有する自動車ガソリン燃料として、燃料混合原料として、あるいはポリスチレンまたは関連ポリマー等の芳香族ポリマーを生産する過程への芳香族供給、およびポリオレフィンを生産するための過程へのオレフィン供給等のさらなる処理のための原料として、直接使用することができる。本明細書で使用されるような「オレフィン」という用語は、２個から６個の炭素原子、および少なくとも１つの炭素・炭素二重結合を含有する、炭化水素を指す。オレフィンは、所望であればさらに処理されてもよい。例えば、場合によっては、本発明の過程によって生産されるオレフィンは、プラスチックまたは合成潤滑剤等の多くの最終生成物で有用であってもよい、ポリ（オレフィン）を生産するように、重合反応（例えば、メタロセン触媒を使用した反応）でさらに反応させられてもよい。
【００２２】
高分子量炭化水素、オレフィン、またはそれらの混合物の最終用途は、以下で論議される方法のオリゴマー化部分で採用される特定の触媒、ならびに過程で採用される動作パラメータに依存してもよい。他の用途が、本開示の利益がある当業者に明白となるであろう。
【００２３】
いくつかの実施形態では、本発明は、臭化アルキルを生産するように、供給ガス流を好適な臭素源からの臭素と反応させるステップを含む。本明細書で使用されるように、「臭化アルキル」という用語は、一、二、および三臭素化アルカン、ならびにこれらの組み合わせを指す。ポリ臭素化アルカンは、二臭素化アルカン、三臭素化アルカン、およびそれらの混合物を含む。次いで、これらの臭化アルキルは、オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を形成するよう、好適な触媒上で反応させられてもよい。
【００２４】
低分子量アルカンは、本明細書で説明される方法のための原料として使用されてもよい。好適な低分子量アルカン源は、天然ガスであってもよい。この説明の全体を通して利用されるように、「低分子量アルカン」という用語は、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、またはこれらの個々のアルカンのうちの２つ以上の混合物を指す。低分子量アルカンは、任意の好適な供給源、例えば、天然発生であろうと合成的に生産されようと、低分子量アルカンを提供する任意のガス源に由来してもよい。本発明の過程で使用するための低分子量アルカン源の実施例は、天然ガス、炭層メタン、再ガス化された液化天然ガス、ガス水和物および／またはクラスレートに由来するガス、有機物またはバイオマスの嫌気性分解に由来するガス、タールサンドの処理に由来するガス、および合成的に生産された天然ガスまたはアルカンを含むが、それらに限定されない。これらの組み合わせは、いくつかの実施形態でも好適であってもよい。いくつかの実施形態では、硫黄化合物および二酸化炭素等の望ましくない化合物を除去するように、供給ガスを扱うことが望ましくてもよい。いずれの場合でも、少量の二酸化炭素、例えば、約２ｍｏｌ％未満を、本発明の過程に対する供給ガスの中で許容できることに留意することが重要である。
【００２５】
本発明の種々の実施形態で使用されてもよい好適な臭素源は、元素臭素、臭素塩、水性臭化水素酸、金属臭化物塩、および同等物を含むが、それらに限定されない。組み合わせが好適であってもよいが、当業者によって認識されるように、複数の供給源の使用は、付加的な複雑状態を提示する場合がある。本発明の方法のある実施形態が以下で説明される。方法に関与する主な化学反応であると考えられるものの主要な側面が起こると考えられるため、それらが本明細書で論議されるが、副反応が起こってもよいことを理解されたい。本明細書の特定の副反応を論議できないことは、反応が起こらないことを意味すると仮定するべきではない。逆に、論議されるものは、包括的または制限的と見なされるべきではない。加えて、本発明の方法のある側面を概略的に示す図が提供されているが、これらの図は、本発明のいずれの特定の方法でも限定的と見なされるべきではない。
【００２６】
概して本発明の処理を描写するブロックフロー図が、図１に図示され、本発明の過程のある実施形態のいくつかの側面を描写する。図１に図示されるような本発明の過程の一般的描写によれば、再生ガス流を加えた供給ガスの混合物から成る低分子量アルカンを含有するガス流、および乾燥臭素蒸気が、臭化アルキルおよび臭化水素を生産するように、アルキル臭素化段階で反応させられる。結果として生じた臭化アルキルは、オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を形成するように、臭化アルキル変換段階において、臭化水素の存在下にて好適な触媒上で反応させられる。生産される特定のオレフィンおよび高分子量炭化水素は、臭化アルキル変換段階で採用される触媒、この段階に導入された臭化アルキルの組成、およびこの段階で採用された正確な動作パラメータに依存する。臭化水素およびオレフィンの混合物、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物は、オレフィンおよび高分子量炭化水素から臭化水素を除去するように、臭化水素（ＨＢｒ）除去段階で水溶液と接触させられる。その中に溶解させられた臭化水素酸を有する、結果として生じた水溶液はまた、水溶液からあらゆる残留炭化水素を除去するように、このＨＢｒ除去段階で供給ガスと接触させられる。
【００２７】
供給ガス、残留炭化水素およびオレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物は、水が残りの構成物質から除去される、脱水および生成物回収ユニットに運搬される。次いで、供給ガス、ならびに主にメタンおよびエタン炭化水素が、オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物から分離され、本発明のアルカン臭素化段階に運搬される。残りのオレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物は、燃料、燃料混合物として使用するために、あるいはさらなる石油化学または燃料処理のために、脱水および生成物回収段階から除去される。
【００２８】
図１でさらに概して図示されるように、臭化水素酸を含有する水溶液は、臭化物酸化段階に運搬される。オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物に接触するために使用される水溶液は、水、溶解臭化水素を含有する水であってもよく、または部分的に酸化した金属臭化物塩を含有してもよい。溶解臭化水素を含有する水溶液の場合、この溶液は、蒸発させられ、次いで、過程の臭化物酸化段階で部分的に酸化した金属臭化物塩の層を通過させられてもよい。部分的に酸化した金属臭化物塩を含有する水溶液の場合、水溶液に溶解させられる臭化水素は、金属臭化物塩および水を生じるように、部分的に酸化した金属臭化物塩によって中和させられる。次いで、結果として生じた金属臭化物塩は、臭化水素を中和させ、過程によって生産されるオレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物に接触するために使用される水溶液から臭化水素を除去するために使用されてもよい、乾燥臭素蒸気および部分的に酸化した金属臭化物塩として、アルカン臭素化段階へ再循環させられてもよい元素臭素を生じるように、本発明の臭化物酸化段階で酸素または空気と接触させられる。
【００２９】
図２を参照すると、約１バールから約７５バールの範囲内の圧力で低分子量アルカンを含むガス流（いくつかの実施形態では、再生ガス流を加えた供給ガスの混合物を含んでもよい）が、ライン、パイプ、または導管６２を介して輸送または運搬され、ライン２５およびポンプ２４を介して輸送された乾燥臭素液体と混合され、液体臭素が蒸発させられる熱交換器２６へと渡されてもよい。次いで、低分子量アルカンおよび乾燥臭素蒸気の混合物を、リアクタ３０に供給することができる。好ましくは、リアクタ３０に導入される混合物中の乾燥臭素蒸気に対する低分子量アルカンのモル比は、約２．５：１を超え、より好ましくは約４：１を超え、最も好ましくは約７：１を超える。リアクタ３０は、約２５０℃から約４００℃の範囲内の反応開始温度まで混合物を加熱することができる、入口予熱器ゾーン２８を有してもよい。
【００３０】
第１のリアクタ３０の中では、低分子量アルカンが、ガス状臭化アルキルおよび臭化水素酸蒸気を生産するように、約２５０℃から約６００℃の範囲内の温度で、および約１バールから約８０バール、より好ましくは約１バールから３０バールの範囲内の圧力で、乾燥臭素蒸気と発熱反応させられてもよい。本開示の利益がある当業者に明白となるように、第１のリアクタ３０の中の臭素化反応は、発熱反応または触媒反応であってもよい。第１のリアクタ３０で使用されてもよい、好適な触媒の非限定的実施例は、Ｏｌａｈ，  ｅｔ  ａｌ，  Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．  １９８５，  １０７，  ７０９７-７１０５で説明されるように、白金、パラジウム、あるいはＦｅＯｘＢｒｙまたはＦｅＯｘＣｌｙ等の担持非定比金属酸素・ハロゲン化物、またはＴａＯＦ３、ＮｂＯＦ３、ＺｒＯＦ２、ＳｂＯＦ３等の担持金属素・ハロゲン化物を含む。動作温度範囲の上限は、臭素化反応の発熱性質により供給混合物が加熱される、反応開始温度範囲の上限よりも大きくてもよいと考えられる。メタンの場合、臭化メチルの形成は、以下の一般的な全体反応に従って起こると考えられる。
ＣＨ４（ｇ）＋Ｂｒ２（ｇ）→ＣＨ３Ｂｒ（ｇ）＋ＨＢｒ（ｇ）
気相臭素化反応のフリーラジカル機構により、ジブロモメタンおよびいくらかのトリブロモタンならびに他の臭化アルキルも形成される。しかしながら、本発明の過程による、この反応はしばしば、第１のリアクタ３０で採用されるアルカン対臭素比により、臭化メチルに対する比較的高い程度の選択性で起こる。例えば、メタンの臭素化の場合、約６：１のメタン対臭素比は、滞留時間、温度、および乱流混合等の反応条件に応じて、モノハロゲン化臭化メチルに対する選択性を平均約８８％まで増加させると考えられる。これらの条件において、いくらかのジブロモメタン、および検出可能な限度に接近する極めて少量のみのトリブロモメタンもまた、臭素化反応で形成されてもよい。約２．６から１のより低いメタン対臭素比が利用される場合、モノハロゲン化臭化メチルに対する選択性は、他の反応条件に応じて、約６５から７５％の範囲に下がってもよい。約２．５から１よりも有意に小さいメタン対臭素比で、臭化メチルに対する容認不可能な低い選択性が発生し、また、望ましくないジブロモメタン、トリブロモメタン、および炭素煤の有意な形成が観察される。そのようなモノハロゲン化臭化メチルに対する選択性を達成するために必要な第１のリアクタ３０の中の反応物の滞留時間は、比較的短く、断熱反応条件下で約１〜５秒ほども少なくてもよい。エタン、プロパン、およびブタン等の高級アルカンもまた、臭素化されてもよく、臭化エチル、臭化プロピル、および臭化ブチル等の一および多重臭素化種をもたらす。さらに、いくつかの実施形態では、第１のリアクタ３０の中へ供給される乾燥臭素蒸気は、実質的に水を含まなくてもよい。出願者らは、少なくとも場合によっては、第１のリアクタ３０の中の臭素化ステップからの実質的に全ての水蒸気の排除が、不要な二酸化炭素の形成を実質的に排除すると思われるため、これが好ましくてもよいことを発見した。これは、臭化アルキルに対するアルカン臭素化の選択性を増大させ、したがって、アルカンからの二酸化炭素の形成で生成された大量の廃熱をできる限り排除してもよい。
【００３１】
臭化アルキルおよび臭化水素を含む流出物が、ライン３１を介して第１のリアクタから引き出されてもよい。この流出物は、第２のリアクタ３４へと流れる前に熱交換器３２の中で部分的に冷却されてもよい。流出物が熱交換器３４の中で部分的に冷却される温度は、第２のリアクタ３４の中で臭化アルキルを高分子量炭化水素に変換することが所望される時に約１５０℃から約３９０℃の範囲内であり、または第２のリアクタ３４の中で臭化アルキルをオレフィンに変換することが所望される時に約１５０℃から約４５０℃の範囲である。第２のリアクタ３４は、オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を含む生成物を形成するよう、アルキル単位をオリゴマー化すると考えられる。第２のリアクタ３４では、臭化アルキルは、所望の生成物（例えば、オレフィンおよび高分子量炭化水素）を生産するように、好適な触媒上で、約１５０℃から約４５０℃の温度範囲および約１〜８０バールの範囲内の圧力において、発熱反応させられる。
【００３２】
リアクタ３４で使用される触媒は、炭化水素を生産するように臭素化アルカンの変換を触媒するための種々の好適な材料のうちのいずれかであってもよい。ある実施形態では、第２のリアクタ３４は、触媒の固定床３３を備えてもよい。合成触媒の流動床もまた、ある状況で、特に、より大型の用途で使用されてもよく、コークスの一定の除去および生成物組成に対する定常選択性等のある利点を有してもよい。好適な触媒の実施例は、酸性イオン交換器であるという共通機能性を有し、また、合成結晶酸化アルミノケイ酸塩骨格を含有する、極めて広範囲の材料を含む。ある実施形態では、結晶酸化アルミノケイ酸塩骨格の中のアルミニウムの一部分は、マグネシウム、ホウ素、ガリウム、および／またはチタンと置換されてもよい。ある実施形態では、結晶酸化アルミノケイ酸塩骨格の中のケイ素の一部分は、随意で、リンと置換されてもよい。結晶アルミノケイ酸塩触媒は、概して、例えば、Ｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、またはＣｓの群、あるいはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａの群、あるいはＬａまたはＣｅの群から選択される元素のカチオンによって平衡を保たれてもよい、結晶酸化アルミノケイ酸塩骨格構造内の有意なアニオン電荷を有してもよい。ゼオライト触媒が、一般的にナトリウム形態で得られてもよいが、（水酸化アンモニウムとのイオン交換、および後続の焼成を介した）プロトンまたは水素形態が好ましく、または混合プロトン／ナトリウム形態も使用されてもよい。ゼオライトは、Ｌｉ、Ｋ、またはＣｓ等の他のアルカリ金属カチオンと、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、またはＢａ等のアルカリ土類金属カチオンと、あるいはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｖ、Ｗ等の遷移金属カチオンと、あるいはＬａまたはＣｅ等の希土類金属とのイオン交換によって修飾されてもよい。そのような後続のイオン交換は、電荷平衡対イオンを差し替えてもよいが、さらにまた、酸化物骨格の中のイオンを部分的に差し替え、酸化物骨格の結晶構成および構造の修飾をもたらしてもよい。結晶アルミノケイ酸塩または置換結晶アルミノケイ酸塩は、微孔性またはメソ多孔性結晶アルミノケイ酸塩を含んでもよいが、ある実施形態では、合成微孔性結晶ゼオライトを含んでもよく、例えば、ＺＳＭ-５等のＭＦＩ構造である。また、結晶アルミノケイ酸塩または置換結晶アルミノケイ酸塩は、ある実施形態では、後に、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、またはＣｅ塩の水溶液で含漬されてもよい。ある実施形態では、塩は、ＭｇＢｒ２、ＣｅＢｒ３、あるいは塩基結晶アルミノケイ酸塩または置換アルミノケイ酸塩触媒の失活速度を低減することが分かっている、ルイス酸性官能基を有する他の固体化合物等の、臭化物塩等のハロゲン化物塩であってもよい。随意で、結晶アルミノケイ酸塩または置換結晶アルミノケイ酸塩はまた、金属状態で、約０．１〜約１重量％のＰｔ、約０．１〜５重量％のＰｄ、または約０．１〜約５重量％のＮｉを含有してもよい。そのような材料は、主に最初に結晶性であるが、いくつかの結晶性触媒は、最初のイオン交換または含漬により、あるいは反応条件時または再生中の動作により、いくらかの結晶化度の損失を受ける場合があり、したがって、有意な非晶質特徴を含有してもよいが、依然として有意な��性、場合によっては向上した活性を保持してもよいことに留意されたい。
【００３３】
第２のリアクタ３４で使用される特定の触媒は、例えば、所望される特定の生成物炭化水素に依存する。例えば、主にＣ３、Ｃ４、Ｃ５＋ガソリン範囲芳香族化合物を有する生成物炭化水素、および上級炭化水素分率が所望される時に、ＺＳＭ-５ゼオライト触媒が使用されてもよい。オレフィンおよびＣ５＋生成物の混合物を含む、生成物炭化水素を生産することが所望される時に、Ｘ型またはＹ型ゼオライト触媒、あるいはＳＡＰＯゼオライト触媒が使用されてもよい。好適なゼオライトの実施例は、１０-Ｘ等のＸ型、またはＹ型ゼオライトを含んでもよいが、異なる細孔サイズおよび酸性度を伴う他のゼオライトが、本発明の実施形態で使用されてもよい。
【００３４】
触媒に加えて、第２のリアクタ３４が操作される温度は、所望される特定の生成物に対する反応の選択性および変換を判定する際に重要なパラメータである。例えば、Ｘ型またはＹ型ゼオライト触媒が使用され、オレフィンを生産することが所望される時に、約２５０℃から５００℃の範囲内の温度で第２のリアクタ３４を操作することが賢明であってもよい。代替として、約２５０℃から４５０℃のわずかにより低い温度の範囲内で動作する、ＺＳＭ-５ゼオライト触媒を伴う実施形態では、第２のリアクタの中での環化反応は、Ｃ７＋分率が、主に置換された芳香族化合物と、また、主にＣ３〜Ｃ５＋範囲内の低級アルカンとを含有するように起こる。驚くべきことに、エタンまたはＣ２，-Ｃ３オレフィン成分は、生成物の中でほとんど見出されない。
【００３５】
４００℃に近づく上昇温度において、約１００〜２０００ｈｒ-１の範囲内のＧＨＳＶにおけるＺＳＭ-５触媒上で反応する臭化メチルを含有する、ガス混合物の実施例では、臭化メチル変換は、約９０％〜９８％以上の範囲に向かって増加するが、しかしながら、Ｃ５＋炭化水素に向かった選択性が減少し、過程の低級生成物に向かった選択性が特に増加する。５５０℃を超える温度では、メタンおよび炭素質コークスへの臭化メチルの高変換が起こってもよいと考えられる。反応の副生成物としての約３５０℃から４５０℃の間の好ましい動作温度範囲では、より少量のコークスが、動作中に経時的に触媒上で蓄積してもよい。コークスの蓄積は、反応条件および供給ガスの組成に応じて、最大で数１００時間までの時間の範囲にわたる触媒活性の低下につながり得るため、問題となる場合がある。メタンの形成と関連付けられる約４００℃を上回るより高い反応温度は、臭化アルキルの熱分解および炭素またはコークスの形成、したがって、触媒の失活速度の増加に有利に働くと考えられる。
逆に、範囲の下端における温度、具体的には約３５０℃を下回る温度もまた、触媒からの上級生成物の低減した脱離速度による失活に貢献してもよい。したがって、約３５０℃から約４５０℃の範囲内であるが、好ましくは第２のリアクタ３４の中で約３７５℃から約４２５℃の範囲内の動作温度は、所望のＣ５＋炭化水素の増大した選択性と、必要とされる触媒の質、リサイクル率、および機器サイズを最小限化する、１回の通過あたりのより高い変換に対して、触媒上のより少ない炭素質コークス形成または上級生成物蓄積による、より遅い失活速度の平衡を保つ。
【００３６】
いくつかの実施形態では、触媒は、原位置で周期的に再生されてもよい。触媒を再生する１つの好適な方法は、通常過程流からリアクタ３４を隔離し、約４００℃から約６５０℃の範囲内の高温で約１〜約５バールの範囲内の圧力において、ライン７０を介した不活性ガスでそれを浄化することである。これは、実用的である限り、触媒上で吸収された未反応臭化アルキルおよび上級炭化水素生成物を除去するべきである。随意で、次いで、触媒は、約４００℃から約６５０℃の範囲内の高温で約１バールから約５バールの範囲内の圧力において、ライン７０を介したリアクタ３４への空気または不活性ガス希釈酸素の添加によって後に酸化されてもよい。二酸化炭素および残留空気または不活性ガスが、再生期間中にライン７５を介してリアクタ３４から放出されてもよい。大抵の場合、触媒上で吸収されたＨＢｒまたは臭化アルキルの酸化に起因する微量の臭素が、回収され、過程内で再利用されてもよいように、リアクタ３４からライン７５を介して過程の酸化部分（図示せず）へ再生オフガスを送ることが好ましい。
【００３７】
臭化水素、およびオレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を含む、リアクタ３４からの流出物は、ライン３５を介して第２のリアクタ３４から引き出されてもよい。それは、所望であれば（例えば、交換器３６の中で）０℃から約１００℃の範囲内の温度まで冷却することができる。それは、供給ガスと、炭化水素ストリッパ４７の中での供給ガスとの接触によって揮散される残留炭化水素とを含有する、炭化水素ストリッパ４７からのライン１２の中の蒸気流出物と組み合わせられてもよい。次いで、複合蒸気混合物をスクラバ３８に渡すことができ、それは、任意の好適な手段（ポンプ４２等）によってライン４１を介してスクラバ３８に輸送されてもよい、金属水酸化物、金属酸化物、金属酸素・臭化物種、またはこれらの物質の混合物を含有する、濃縮された部分酸化金属臭化物塩の水溶液と接触させられてもよい。好ましい臭化物塩は、安価であり、約１２０℃から約１８０℃の範囲内のより低い温度で容易に酸化し、ガラス裏地またはフッ素重合体裏地付き機器の使用を有益に可能にするため、Ｆｅ（ＩＩＩ）、Ｃｕ（ＩＩ）、またはＺｎ（ＩＩ）塩、またはそれらの混合物である。しかしながら、当業者によって認識されるように、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｖ（ＩＩ）、Ｃｒ（ＩＩ）、または易酸化性臭化物塩を形成することが可能である他の遷移金属もまた、本発明の過程で好適であってもよい。代替として、同様にＣａ（ＩＩ）またはＭｇ（ＩＩ）等の易酸化性臭化物塩を形成する、アルカリ土類金属も好適であってもよい。随意で、スクラバ３８の中で凝縮されたあらゆる液体炭化水素が、ライン３７の中ですくい取られて引き出され、次いで、ライン５４の中で生成物回収ユニット５２から退出する液体炭化水素に添加されてもよい。臭化水素は、水溶液に溶解させられ、次いで、溶液および水中で金属臭化物塩を生じるように、金属水酸化物、金属酸化物、金属酸素・臭化物、またはこれらの種の混合物によって中和させられるべきである。これは、ライン４４を介してスクラバ３８から除去することができる。
【００３８】
天然ガスまたは精油所ガス流を処理して、オレフィンおよび高分子量炭化水素等の生成物を回収するために使用される、脱水および液体回収の任意の好適な方法、例えば、その後に冷蔵凝縮、極低温膨張、あるいは吸収油または他の溶剤の循環が続く、固体床乾燥剤吸収が、本発明の過程で採用されてもよい。いくつかの実施形態では、ライン５３を介して蒸気流から実質的に全ての水を除去するように、スクラバ３８から流出物として除去される、オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を含む、残留蒸気流が、ライン３９を介して脱水機５０へ転送されてもよい。水は、ライン５３を介して脱水機５０から除去することができる。オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を含む、乾燥蒸気流はさらに、ライン５４の中で液体生成物としてオレフィン、Ｃ５＋ガソリン範囲炭化水素分率、またはそれらの混合物を回収するように、（例えば、ライン５１を介して）生成物回収ユニット５２へ渡すことができる。生成物回収ユニット５２からの残留蒸気流出物は、過程用の燃料として利用されてもよい浄化流５７と、圧縮器５８を介して圧縮することができる再生残留蒸気とに分けることができる。圧縮器５８から放出される再生残留蒸気は、少なくとも２つの分率に分けることができる。所望であれば、第１の分率（供給ガスモル体積の少なくとも２．５倍に等しくてもよい）は、ポンプ２４によって運搬される乾燥液体臭素と組み合わせられるようにライン６２を介して輸送し、臭素を蒸発させるように交換器２６の中で加熱し、第１のリアクタ３０の中へ供給することができる。第２の分率は、リアクタ３４への臭化アルキル濃度を希釈するのに十分な速度でライン６３（制御弁６０によって調節することができる）を介してライン６２から引き出し、リアクタ３４が、好ましくは約３５０℃から約４５０℃の範囲内の選択された動作温度で維持されるように、反応の熱を吸収することができる。ほとんどの場合において、この温度範囲は、選択性と対比して変換を最大限化するように、および炭素析出による触媒失活の速度を最小限化するように思われる。したがって、再生蒸気流出物によって提供される希釈は、第２のリアクタ３４の中の温度を変調することに加えて、第１のリアクタ３０の中の臭素化の選択性が制御されることを可能にする。
【００３９】
随意で、ライン４４を介してスクラバ３８から除去される、溶液中に金属臭化物塩を含有する水を、炭化水素ストリッパ４７へ渡すことができ、例えば、ライン１１を介して輸送される流入供給ガスとの接触によって、残留溶解炭化水素を水相から揮散することができる。揮散過程後に、揮散水溶液は、約０℃から約７０℃の範囲内の温度まで冷却されるように、炭化水素ストリッパ４７からライン６５を介して熱交換器（例えば、熱交換器４６）へ輸送することができる。揮散水溶液を冷却することは、水溶液の臭化水素蒸気圧を抑制し、酸化通気流６７へのその損失を最小限化し、または実質的に排除してもよいため、望ましくてもよい。次いで、冷却した揮散水溶液は、残留臭素をライン６７の中で通気流から回収することができる、吸収体４８へ渡すことができる。この回収された臭素を再循環させ、過程で再び使用することができる。
【００４０】
スクラバ４８からの水溶液流出物は、約１００℃から約６００℃の範囲内、最も好ましくは約１２０℃から約１８０℃の範囲内の温度まで蒸発および／または予熱されるように、ライン４９を介して熱交換器４０に輸送し、第３のリアクタ１６へ渡すことができる。水から残留臭素を揮散するように、約雰囲気から約５バールの範囲内の圧力で、送風機または圧縮器１３によって、酸素または空気を、ライン１０を介して底部加熱臭素ストリッパ１４へ送達することができる。水は、ライン６４の中でストリッパ１４から除去され、過程から除去されるライン５６の中の水流出物流を形成するように、脱水機５０からの水流５３と組み合わせられる。臭素ストリッパ１４から出て行く酸素または空気は、金属臭化物塩の水溶液を酸化させて、元素臭素、および金属水酸化物、金属酸化物、金属酸素・臭化物、またはこれらの種の混合物を生じるように、約雰囲気から約５バールの範囲内の圧力で、および約１００℃から約６００℃の範囲内であるが、最も好ましくは約１２０℃から約１８０℃の範囲内の温度で動作するリアクタ１６へ、ライン１５を介して供給される。上述のように、単独で、または他の臭化物塩と組み合わせて、任意の易酸化性臭化物塩が使用されてもよいが、臭化物塩の好ましい金属は、安価であり、約１２０℃から約１８０℃の範囲内のより低い温度で容易に酸化し、ガラス裏地またはフッ素重合体裏地付き機器の使用を可能にするため、Ｆｅ（ＩＩＩ）、Ｃｕ（ＩＩ）、またはＺｎ（ＩＩ）、またはそれらの混合物である。代替として、同様にＣａ（ＩＩ）またはＭｇ（ＩＩ）等の易酸化性臭化物塩を形成する、アルカリ土類金属を使用することができる。
【００４１】
臭化水素は、もう一度金属臭化物塩および水を生じるように形成された、金属水酸化物、金属酸化物、金属酸素・臭化物、またはこれらの種の混合物と反応する。リアクタ１６の中の熱交換器１８は、始動中に溶液を予熱するように熱を供給し、反応の熱を補完して水を蒸発させ、リアクタ１６から臭素を揮散するように、熱を供給してもよい。したがって、全体的反応は、触媒サイクルにおいて動作する、金属臭化物／金属酸化物または金属水酸化物によって触媒される液相での元素臭素および水への、第１のリアクタ３０および第２のリアクタ３４の中で生産された臭化水素の正味酸化をもたらす。Ｆｅ（ＩＩＩ）Ｂｒ３である金属臭化物の場合、反応は、以下であると考えられる。
１）Ｆｅ（＋３ａ）＋６Ｂｒ（-ａ）＋３Ｈ（＋ａ）＋３／２Ｏ２（ｇ）＝３Ｂｒ２（ｇ）＋Ｆｅ（ＯＨ）３
２）３ＨＢｒ（ｇ）＋Ｈ２Ｏ＝３Ｈ（＋ａ）＋３Ｂｒ（-ａ）＋Ｈ２Ｏ
３）３Ｈ（＋ａ）＋３Ｂｒ（-ａ）＋Ｆｅ（ＯＨ）３＝Ｆｅ（＋３ａ）＋３Ｂｒ（-ａ）＋３Ｈ２Ｏ
ライン１９を介して第３のリアクタ１６の出口から蒸気として出て行く、元素臭素および水ならびに残留酸素または窒素（空気が酸化剤として利用される場合）は、臭素および水を凝縮するように、約０℃から約７０℃の範囲内の温度および約雰囲気から５バールの範囲内の圧力において凝縮器２０の中で冷却され、３相分離器２２へ渡される。３相分離器２２の中では、液体水が、約３重量％の臭素に対する限定された溶解度を有するため、凝縮される付加的な臭素は、別個のより密度が高い液体臭素相を形成する。しかしながら、液体臭素相は、約０．１％未満の水に対する顕著に低い溶解度を有する。したがって、液体臭素および水を凝縮し、単純な物理的分離によって水を静かに注ぎ、後に液体臭素を再蒸発させることによって、実質的に乾燥した臭素蒸気が容易に得られてもよい。
【００４２】
液体臭素は、蒸気流６２と混合するのに十分な圧力まで、ポンプ２４を介して３相分離器２２からライン２５の中で送出される。したがって、臭素が回収され、過程内で再循環させられる。残留酸素または窒素および凝縮されていない残留臭素蒸気は、３相分離器２２から退出し、ライン２３を介して臭素スクラバ４８へ渡され、残留臭素は、金属臭化物水溶液流６５の中の還元金属臭化物の中への溶解によって、およびそれとの反応によって回収される。水が、ライン２７を介して分離器２２から除去され、ストリッパ１４に導入される。
【００４３】
本発明の別の実施形態では、図３を参照すると、約１バールから約３０バールの範囲内の圧力で再生ガス流を加えた供給ガスの混合物から成る、低分子量アルカンを含有するガス流が、ライン、パイプ、または導管１６２を介して輸送または運搬され、ポンプ１２４を介して輸送された乾燥臭素液体と混合され、液体臭素が蒸発させられる熱交換器１２６へと渡されてもよい。低分子量アルカンおよび乾燥臭素蒸気の混合物は、リアクタ１３０に供給することができる。好ましくは、リアクタ１３０に導入される混合物中の乾燥臭素蒸気に対する低分子量アルカンのモル比は、約２．５：１を超え、より好ましくは約４：１を超え、最も好ましくは約７：１を超える。随意で、リアクタ１３０は、約２５０℃から約４００℃の範囲内の反応開始温度まで混合物を加熱することができる、入口予熱器ゾーン１２８を有してもよい。
【００４４】
第１のリアクタ１３０の中では、低分子量アルカンが、ガス状臭化アルキルおよび臭化水素酸蒸気を生産するように、約２５０℃から約６００℃の範囲内の比較的低い温度で、および約１バールから３０バールの範囲内の圧力で、乾燥臭素蒸気と発熱反応させられる。本開示の利益がある当業者に明白となるように、第１のリアクタ３０の中の臭素化反応は、均質気相反応または異質触媒反応であってもよい。第１のリアクタ３０で使用されてもよい、好適な触媒の非限定的実施例は、Ｏｌａｈ，  ｅｔ  ａｌ，  Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．  １９８５，  １０７，  ７０９７-７１０５で説明されるように、白金、パラジウム、あるいはＦｅＯｘＢｒｙまたはＦｅＯｘＣｌｙ等の担持非定比金属酸素・ハロゲン化物、またはＴａＯＦ３、ＮｂＯＦ３、ＺｒＯＦ２、ＳｂＯＦ３等の担持金属素・ハロゲン化物を含む。動作温度範囲の上限は、臭素化反応の発熱性質により供給混合物が加熱される、反応開始温度範囲の上限よりも大きい。メタンの場合、臭化メチルの形成は、以下の一般的反応に従って起こると考えられる。
ＣＨ４（ｇ）＋Ｂｒ２（ｇ）→ＣＨ３Ｂｒ（ｇ）＋ＨＢｒ（ｇ）
気相臭素化反応のフリーラジカル機構により、ジブロモメタンおよびいくらかのトリブロモタンならびに他の臭化アルキルも形成される。しかしながら、本発明の過程による、この反応はしばしば、第１のリアクタ１３０で採用されるアルカン対臭素比により、臭化メチルに対する比較的高い程度の選択性で起こる。例えば、メタンの臭素化の場合、約６：１のメタン対臭素比は、滞留時間、温度、および乱流混合等の反応条件に応じて、モノハロゲン化臭化メチルに対する選択性を平均約８８％まで増加させると考えられる。これらの条件において、いくらかのジブロモメタン、および検出可能な限度に接近する極めて少量のみのトリブロモメタンもまた、臭素化反応で形成されてもよい。約２．６から１のより低いメタン対臭素比が利用される場合、モノハロゲン化臭化メチルに対する選択性は、他の反応条件に応じて、約６５から７５％の範囲に下がってもよい。約２．５から１よりも有意に小さいメタン対臭素比で、臭化メチルに対する容認不可能な低い選択性が発生し、また、望ましくないジブロモメタン、トリブロモメタン、および炭素煤の有意な形成が観察されてもよい。そのようなモノハロゲン化臭化メチルに対する選択性を達成するために必要な第１のリアクタ１３０の中の反応物の滞留時間は、比較的短く、断熱反応条件下で約１〜５秒ほども少なくてもよい。エタン、プロパン、およびブタン等の高級アルカンもまた、臭素化されてもよく、臭化エチル、臭化プロピル、および臭化ブチル等の一および多重臭素化種をもたらす。さらに、いくつかの実施形態では、第１のリアクタ１３０の中へ供給される乾燥臭素蒸気は、実質的に水を含まなくてもよい。出願者らは、少なくとも場合によっては、第１のリアクタ１３０の中の臭素化ステップからの実質的に全ての水蒸気の排除が、不要な二酸化炭素の形成を実質的に排除すると思われるため、これが好ましくてもよいことを発見した。これは、臭化アルキルに対するアルカン臭素化の選択性を増大させ、したがって、アルカンからの二酸化炭素の形成で生成された大量の廃熱をできる限り排除してもよい。
【００４５】
臭化アルキルおよび臭化水素を含む流出物は、ライン１３１を介して第１のリアクタ１３０から引き出すことができる。いくつかの実施形態では、この流出物は、第２のリアクタ１３４へと流れる前に熱交換器１３２の中で約１５０℃から５００℃の範囲内の温度まで部分的に冷却することができる。流出物が熱交換器１３２の中で部分的に冷却される温度は、第２のリアクタ１３４の中で臭化アルキルを高分子量炭化水素に変換することが所望される時に約１５０℃から約４００℃の範囲内であり、または第２のリアクタ１３４の中で臭化アルキルをオレフィンに変換することが所望される時に約１５０℃から約４５０℃の範囲である。第２のリアクタ１３４は、オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を含む生成物を形成するよう、残留アルキル部分を脱ハロゲン化水素化およびオリゴマー化すると考えられる。第２のリアクタ１３４で使用される触媒および第２のリアクタ１３４が操作される温度は、リアクタ３４に関して上記で説明されるように、所望の炭化水素生成物を達成するように選択することができる。ある実施形態では、第２のリアクタ１３４は、触媒の固定床１３３を備えてもよい。合成触媒の流動床はまた、ある状況で、特に、より大型の用途で使用されてもよく、コークスの一定の除去および生成物組成に対する定常選択性等のある利点を有してもよい。
【００４６】
通常過程流からリアクタ１３４を隔離し、実用的である限り、触媒上で吸収された未反応材料を除去するように、約１〜約５バールの範囲内の圧力および約４００℃から約６５０℃の範囲内の高温で、ライン１７０を介して不活性ガスで浄化し、次いで、約１バールから約５バールの範囲内の圧力および約４００℃から約６５０℃の範囲内の高温で、ライン１７０を介したリアクタ１３４への空気または不活性ガス希釈酸素の添加によって、後に析出炭素をＣＯ２に酸化することによって、触媒は、原位置で周期的に再生されてもよい。二酸化炭素および残留空気または不活性ガスが、再生期間中にライン１７５を介してリアクタ１３４から放出されてもよい。大抵の場合、触媒上で吸収されたＨＢｒまたは臭化アルキルの酸化に起因する微量の臭素が、過程内で回収および再利用されてもよいように、リアクタ１３４からライン１７５を介して過程の酸化部分（図示せず）へ再生オフガスを送ることが好ましい。
【００４７】
臭化水素、および高分子量炭化水素、オレフィン、またはそれらの混合物を含む、流出物は、ライン１３５を介して第２のリアクタ１３４から引き出され、交換器１３６の中で約０℃から約１００℃の範囲内の温度まで冷却され、炭化水素ストリッパ１４７からのライン１１２の中の蒸気流出物と組み合わせられる。次いで、混合物は、スクラバ１３８へ渡され、ポンプ１４３等の任意の好適な手段によって、ライン１６４の中でスクラバ１３８に輸送される、揮散再循環水と接触させられ、熱交換器１５５の中で約０℃から約５０℃の範囲内の温度まで冷却される。スクラバ３８の中で凝縮されたあらゆる液体炭化水素生成物は、流れ１３７としてすくい取られて引き出され、液体炭化水素生成物１５４に添加されてもよい。臭化水素は、ライン１４４を介してスクラバ１３８から除去される水溶液にスクラバ１３８の中で溶解させられ、炭化水素ストリッパ１４７へ渡され、水溶液に溶解させられた残留炭化水素は、供給ガス１１１との接触によって揮散される。炭化水素ストリッパ１４７からの揮散水相流出物は、熱交換器１４６の中で約０℃から約５０℃の範囲内の温度まで冷却され、次いで、ライン１６５を介して、残留臭素が通気流１６７から回収される吸収体１４８へ渡される。
【００４８】
オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を含む、残留蒸気相は、スクラバ１３８から流出物として除去され、ガス流から実質的に全ての水を除去して、生成物回収ユニット１５２の中で液体水の形成、凍結、または水和物の形成を防止するように、ライン１３９を介して脱水機１５０へ転送される。水は、ライン１５３を介して脱水機１５０から除去されてもよい。オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を含有する、乾燥ガス流はさらに、ライン１５４の中で液体生成物としてオレフィン、高分子量炭化水素分率、またはそれらの混合物を回収するように、ライン１５１を介して生成物回収ユニット１５２へ渡される。当業者に公知であるような、天然ガスまたは精油所ガス流を処理してオレフィン炭化水素を回収するために使用される、例えば、その後に冷蔵凝縮、極低温膨張、あるいは吸収油または他の溶剤の循環が続く、固体床乾燥剤吸収等の脱水および液体回収の任意の従来の方法が、本発明の実装で採用されてもよい。次いで、生成物回収ユニット１５２からの残留蒸気流出物は、過程用の燃料として利用されてもよい浄化流１５７と、圧縮器１５８を介して圧縮される再生残留蒸気とに分けられる。圧縮器１５８から放出される再生残留蒸気は、少なくとも２つの分率に分けられる。供給ガス体積の少なくとも２．５倍に等しい第１の分率は、ライン１６２を介して輸送され、ライン１２５の中で運搬された液体臭素と組み合わせられ、交換器１２６へ渡され、液体臭素は、蒸発させられ、第１のリアクタ１３０の中へ供給される。第２の分率は、ライン１６３を介してライン１６２から引き出され、リアクタ１３４への臭化アルキル濃度を希釈するのに十分な速度で制御弁１６０によって調節され、選択性と対比して変換を最大限化するため、および炭素析出による触媒失活の速度を最小限化するために、リアクタ１３４が、好ましくは約３５０℃から約４５０℃の範囲内の選択された動作温度で維持されるように、反応の熱を吸収する。したがって、再生蒸気流出物によって提供される希釈は、第２のリアクタ１３４の中の温度を変調することに加えて、第１のリアクタ１３０の中の臭素化の選択性が制御されることを可能にする。
【００４９】
酸素、酸素富化空気、または空気１１０は、約雰囲気から約５バールの範囲内の圧力で任意の好適なデバイスまたは方法によって（例えば、圧縮器１１３を介して）臭素ストリッパ１１４に添加されてもよい。これは、水から残留臭素を揮散することが有利である場合に望ましくてもよい。揮散水は、ライン１６４を介してストリッパ１１４から退出してもよく、少なくとも２つの部分に分けることができる。揮散水の第１の部分は、ライン１６４を介して再循環させ、熱交換器１５５の中で約２０℃から約５０℃の範囲内の温度まで冷却し、ポンプ１４３等の任意の好適な手段によってスクラバ１３８に進入するのに十分な圧力で維持することができる。再循環させられる水の部分は、ライン１４４を介してスクラバ１３８から除去される臭化水素酸溶液流出物が、約１０重量％から約５０重量％の範囲内であるが、好ましくは約３０重量％から約４８重量％の範囲内の臭化水素酸の濃度を有し、交換器１４１および予熱器１１９の中で蒸発させられなければならない水の量を最小限化するように、および結果として生じる酸と比べてＨＢｒの蒸気圧を最小限化するように選択される。ストリッパ１１４からの水の第２の部分は、ライン１６４から、およびライン１５６を介して過程から除去される。
【００５０】
スクラバ１４８からの水溶液流出物に含有される溶解臭化水素は、ライン１１５の中で臭素ストリッパ１１４から出て行く酸素、酸素富化空気、または空気と混合することができる。この混合物は、例えば、熱交換器１４１および予熱器１１９によって、約１２０℃から約６００℃の範囲内、最も好ましくは約１５０℃から約２５０℃の範囲内の温度まで蒸発および／または予熱することができる。いったん蒸発および予熱されると、混合物は、金属臭化物塩または金属酸化物を含有する第３のリアクタ１１７に添加されてもよい。任意の好適な臭化物塩または臭化物塩の組み合わせが使用されてもよい。臭化物塩または金属酸化物の好ましい金属は、Ｆｅ（ＩＩＩ）、Ｃｕ（ＩＩ）、またはＺｎ（ＩＩ）、あるいはそれらの混合物である。酸化リアクタ１１７の中の金属臭化物塩は、濃縮水溶液として利用されてもよく、または好ましくは、濃縮塩水溶液が、シリカゲル等の多孔性で低〜中表面積の耐酸性不活性担体の中へ吸収されてもよい。より好ましくは、１０〜２０重量％の範囲内の金属の酸化物形態が、５〜２００ｍ２／ｇの範囲内の比表面積を伴うアルミナ等の不活性支持材上に堆積させられる。酸化リアクタ１１７は、約雰囲気から約５バールの範囲内の圧力で、および約１００℃から６００℃の範囲内であるが、最も好ましくは約１３０℃から３５０℃の範囲内の温度で動作し、その中で、金属臭化物は、酸素によって酸化させられ、元素臭素、および金属水酸化物、金属酸化物、または金属酸素・臭化物種を生じ、あるいは、水が主に蒸気として退出してもよい、より高い温度およびより低い圧力で操作される、担持金属臭化物塩または金属酸化物の場合は金属酸化物を生じる。いずれの場合も、臭化水素は、金属水酸化物、金属酸素・臭化物、または金属酸化物種と反応し、中和させられ、金属臭化物塩を還元して水を生じる。したがって、全体的反応は、触媒サイクルにおいて動作する、金属臭化物／金属酸化物または金属水酸化物によって触媒される元素臭素および水蒸気への、第１のリアクタ１３０および第２のリアクタ１３４の中で生産された臭化水素の正味酸化をもたらす。水溶液中のＦｅ（ＩＩＩ）Ｂｒ３であり、水が液体として退出してもよい、圧力および温度範囲内で操作される、金属臭化物の場合、反応は、以下であると考えられる。
１）Ｆｅ（＋３ａ）＋６Ｂｒ（-ａ）＋３Ｈ（＋ａ）＋３／２Ｏ２（ｇ）＝３Ｂｒ２（ｇ）＋Ｆｅ（ＯＨ）３
２）３ＨＢｒ（ｇ）＋Ｈ２Ｏ＝３Ｈ（＋ａ）＋３Ｂｒ（-ａ）＋Ｈ２Ｏ
３）３Ｈ（＋ａ）＋３Ｂｒ（-ａ）＋Ｆｅ（ＯＨ）３＝Ｆｅ（＋３ａ）＋３Ｂｒ（-ａ）＋３Ｈ２Ｏ
不活性担体上で担持され、水が主に蒸気として退出する、より高い温度およびより低い圧力で操作される、Ｃｕ（ＩＩ）Ｂｒ２である金属臭化物の場合、反応は、以下であると考えられる。
１）２Ｃｕ（ＩＩ）Ｂｒ２＝２Ｃｕ（Ｉ）Ｂｒ＋Ｂｒ２（ｇ）
２）２Ｃｕ（Ｉ）Ｂｒ＋Ｏ２（ｇ）＝Ｂｒ２（ｇ）＋２Ｃｕ（ＩＩ）Ｏ
３）２ＨＢｒ（ｇ）＋Ｃｕ（ＩＩ）Ｏ＝Ｃｕ（ＩＩ）Ｂｒ２＋Ｈ２Ｏ（ｇ）
第３のリアクタ１１７の出口から蒸気として出て行く、元素臭素および水ならびに残留酸素または窒素（空気または酸素富化空気が酸化剤として利用される場合）は、ライン１２７を介して輸送され、交換器１４１および凝縮器１２０の第２の側で約０℃から約７０℃の範囲内の温度まで冷却され、臭素および水が凝縮され、３相分離器１２２へ渡される。３相分離器１２２の中では、液体水が、約３重量％の臭素に対する限定された溶解度を有するため、凝縮される付加的な臭素は、別個のより密度が高い液体臭素相を形成する。しかしながら、液体臭素相は、約０．１％未満の水に対する顕著に低い溶解度を有する。したがって、液体臭素および水を凝縮し、単純な物理的分離によって水を静かに注ぎ、後に液体臭素を再蒸発させることによって、実質的に乾燥した臭素蒸気が容易に得られてもよい。ＨＢｒが水相における臭素の混和性を増大させるにつれて、凝縮液体臭素および水の中の有意な残留ＨＢｒを回避するよう、ＨＢｒのほぼ完全な反応をもたらし、十分高い濃度で、単一の三元液相をもたらす、条件で動作することが重要である。
【００５１】
随意で、液体臭素は、蒸気流１６２と混合するのに十分な圧力まで、ポンプ１２４を介して３相分離器１２２から送出することができる。したがって、これらの実施形態では、臭素は、回収し、過程内で再循環させることができ、それは有益となり得る。残留空気、酸素富化空気、または酸素、および凝縮されていない残留臭素蒸気は、臭素スクラバ１４８へと３相分離器１２２から退出してもよく、残留臭素は、ライン１６５を介してスクラバ１４８に運搬された臭化水素酸溶液の中への溶解によって回収することができる。水は、ライン１２９を介して３相分離器１２２から除去し、ストリッパ１１４へ渡すことができる。
【００５２】
したがって、本発明の過程のある実施形態では、金属臭化物／金属水酸化物、金属酸素・臭化物、または金属酸化物は、触媒サイクルで動作し、臭素が過程内で再利用するために再循環させられることを可能にする。金属臭化物は、元素臭素蒸気、および金属水酸化物、金属酸素・臭化物、または金属酸化物を生じるように、約１００℃から約６００℃の範囲内、最も好ましくは約１２０℃から約３５０℃の範囲内の温度で、水相または蒸気相のいずれか一方における酸素、酸素富化空気、または空気によって容易に酸化させられる。約１８０℃を下回る温度での動作が有利であり、それにより、低費用の耐食フッ素重合体裏地付き機器の使用を可能にする。臭化水素は、金属水酸化物または金属酸化物との反応によって中和させられ、水蒸気および金属臭化物を生じる。
【００５３】
元素臭素蒸気および水蒸気は、凝縮され、単純な物理的分離によって液相で容易に分離され、実質的に乾燥した臭素を生じる。有意な水の欠如は、ＣＯ２の生産と、かなりの分岐アルカン、置換芳香族化合物、またはそれらの混合物を含有する、主に高分子量の炭化水素への臭化アルキルの後続の効率的かつ選択的反応とを伴わずに、アルカンの選択的臭素化を可能にする。リアクタ１３４の中の臭素化反応および後続反応からの副生成物臭化水素蒸気は、水相の中へ容易に溶解させられ、金属臭化物の酸化に起因する金属水酸化物または金属酸化物種によって中和させられる。
【００５４】
図４Ａに図示される本発明の過程の別の実施形態によれば、アルキル臭素化および臭化アルキル変換段階は、上記の図２および３に関して説明される、対応する段階と実質的に同様に操作される。より具体的には、約１バールから約３０バールの範囲内の圧力で、供給ガスおよび再生ガス流の混合物から成る低分子量アルカンを含有する、ガス流が、それぞれ、ライン、パイプ、または導管２６２および２１１を介して輸送または運搬され、ライン２２５の中で乾燥臭素液体と混合される。結果として生じた混合物は、ポンプ２２４を介して輸送され、熱交換器２２６へ渡され、液体臭素は蒸発させられる。低分子量アルカンおよび乾燥臭素蒸気の混合物は、リアクタ２３０へ供給される。好ましくは、リアクタ２３０に導入される混合物中の乾燥臭素蒸気に対する低分子量アルカンのモル比は、約２．５：１を超え、より好ましくは約４：１を超え、最も好ましくは約７：１を超える。リアクタ２３０は、約２５０℃から約４００℃の範囲内の反応開始温度まで混合物を加熱する、入口予熱器ゾーン２３８を有する。
【００５５】
第１のリアクタ２３０の中では、低分子量アルカンが、ガス状臭化アルキルおよび臭化水素酸蒸気を生産するように、約２５０℃から約６００℃の範囲内の比較的低い温度で、および約１バールから３０バールの範囲内の圧力で、乾燥臭素蒸気と発熱反応させられる。本開示の利益がある当業者に明白となるように、第１のリアクタ３０の中の臭素化反応は、発熱反応または触媒反応であってもよい。第１のリアクタ３０で使用されてもよい、好適な触媒の非限定的実施例は、Ｏｌａｈ，  ｅｔ  ａｌ，  Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．  １９８５，  １０７，  ７０９７-７１０５で説明されるように、白金、パラジウム、あるいはＦｅＯｘＢｒｙまたはＦｅＯｘＣｌｙ等の担持非定比金属酸素・ハロゲン化物、またはＴａＯＦ３、ＮｂＯＦ３、ＺｒＯＦ２、ＳｂＯＦ３等の担持金属素・ハロゲン化物を含む。動作温度範囲の上限は、臭素化反応の発熱性質により供給混合物が加熱される、反応開始温度範囲の上限よりも大きい。メタンの場合、臭化メチルの形成は、以下の一般的反応に従って起こる。
ＣＨ４（ｇ）＋Ｂｒ２（ｇ）→ＣＨ３Ｂｒ（ｇ）＋ＨＢｒ（ｇ）
気相臭素化反応のフリーラジカル機構により、ジブロモメタンおよびいくらかのトリブロメタンならびに他の臭化アルキルも形成される。しかしながら、本発明の過程による、この反応はしばしば、第１のリアクタ２３０で採用されるアルカン対臭素比により、臭化メチルに対する比較的高い程度の選択性で起こる。例えば、メタンの臭素化の場合、約６：１のメタン対臭素比は、滞留時間、温度、および乱流混合等の反応条件に応じて、モノハロゲン化臭化メチルに対する選択性を平均約８０％まで増加させると考えられる。これらの条件において、いくらかのジブロモメタン、および検出可能な限度に接近する極めて少量のみのトリブロモメタンもまた、臭素化反応で形成されてもよい。約２．６から１のより低いメタン対臭素比が利用される場合、モノハロゲン化臭化メチルに対する選択性は、他の反応条件に応じて、約６５から７５％の範囲に下がってもよい。約２．５から１よりも有意に小さいメタン対臭素比で、臭化メチルに対する容認不可能な低い選択性が発生し、また、望ましくないジブロモメタン、トリブロモメタン、および炭素煤の有意な形成が観察されてもよい。そのようなモノハロゲン化臭化メチルに対する選択性を達成するために必要な第１のリアクタ２３０の中の反応物の滞留時間は、比較的短く、断熱反応条件下で約１〜５秒ほども少なくてもよい。エタン、プロパン、およびブタン等の高級アルカンもまた、臭素化されてもよく、臭化エチル、臭化プロピル、および臭化ブチル等の一および多重臭素化種をもたらす。さらに、いくつかの実施形態では、第１のリアクタ２３０の中へ供給される乾燥臭素蒸気は、実質的に水を含まなくてもよい。出願者らは、少なくとも場合によっては、第１のリアクタ２３０の中の臭素化ステップからの実質的に全ての水蒸気の排除が、不要な二酸化炭素の形成を実質的に排除すると思われるため、これが好ましくてもよいことを発見した。これは、臭化アルキルに対するアルカン臭素化の選択性を増大させ、したがって、アルカンからの二酸化炭素の形成で生成された大量の廃熱をできる限り排除してもよい。
【００５６】
臭化アルキルおよび臭化水素を含む流出物が、ライン２３１を介して第１のリアクタ２３０から引き出される。いくつかの実施形態では、この流出物は、第２のリアクタ２３４へと流れる前に熱交換器２３２の中で部分的に冷却されてもよい。流出物が熱交換器２３２の中で部分的に冷却される温度は、第２のリアクタ２３４の中で臭化アルキルを高分子量炭化水素に変換することが所望される時に約１５０℃から約３９０℃の範囲内であり、または第２のリアクタ２３４の中で臭化アルキルをオレフィンに変換することが所望される時に約１５０℃から約４５０℃の範囲である。第２のリアクタ２３４は、オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を含む生成物を形成するよう、結果として生じたアルキル部分を脱ハロゲン化水素化およびオリゴマー化すると考えられる。第２のリアクタ２３４で使用される触媒および第２のリアクタ２３４が操作される温度は、リアクタ３４に関して上記で説明されるように、所望の炭化水素生成物を達成するように選択することができる。ある実施形態では、第２のリアクタ２３４は、触媒の固定床２３３を備えてもよい。合成触媒の流動床はまた、ある状況で、特に、より大型の用途で使用されてもよく、コークスの一定の除去および生成物組成に対する定常選択性等のある利点を有してもよい。
【００５７】
通常過程流からリアクタ２３４を隔離し、実用的である限り、触媒上で吸収された未反応材料を除去するように、約１バールから約５バールの範囲内の圧力および約４００℃から約６５０℃の範囲内の高温で、ライン２７０を介して不活性ガスで浄化し、次いで、約１バールから約５バールの範囲内の圧力および約４００℃から約６５０℃の範囲内の高温で、ライン２７０を介したリアクタ２３４への空気または不活性ガス希釈酸素の添加によって、後に析出炭素をＣＯ２に酸化することによって、触媒は、原位置で周期的に再生されてもよい。二酸化炭素および残留空気または不活性ガスが、再生期間中にライン２７５を介してリアクタ２３４から放出されてもよい。大抵の場合、触媒上で吸収されたＨＢｒまたは臭化アルキルの酸化に起因する微量の臭素が、回収され、過程内で再利用されてもよいように、リアクタ２３４からライン２７５を介して過程の酸化部分（図示せず）へ再生オフガスを送ることが好ましい。
【００５８】
臭化水素、および高分子量炭化水素、オレフィン、またはそれらの混合物を含む、流出物は、ライン２３５を介して第２のリアクタ２３４から引き出され、交換器２３６の中で約１００℃から約６００℃の範囲内の温度まで冷却される。図４Ａに図示されるように、冷却した流出物は、開放位置の弁２３８および閉鎖位置の弁２３９および２４３を伴ってライン２３５および２４１を介して輸送され、固相金属酸化物の層２９８を含有する容器またはリアクタ２４０の中へ導入される。金属酸化物の金属は、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｓｎ）、またはスズ（Ｓｎ）から選択される。金属は、所望の動作温度に対する、その物理的および熱力学的特性の影響について、また、潜在的な環境および健康への影響および費用について選択される。好ましくは、マグネシウム、ニッケル、銅、鉄、またはそれらの混合物が、金属として採用され、マグネシウム、ニッケル、またはそれらの混合物が最も好ましい。これらの金属は、酸化物だけでなく臭化物塩も形成する特性を有し、反応は約５００℃未満の温度範囲で可逆的である。固体金属酸化物は、好ましくは、好適な耐摩耗担体、例えば、Ｄａｖｉｓｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔｓ（Ｃｏｌｕｍｂｉａ，  Ｍａｒｙｌａｎｄ）製のＤａｖｉｃａｔ  Ｇｒａｄｅ  ５７等の合成非晶質シリカ上で不動化される。またはより好ましくは、約５〜４００ｍ２／ｇの範囲内の比表面積を伴うシリカまたはアルミナ担体上である。リアクタ２４０の中で、臭化水素酸は、Ｍが金属を表す、以下の一般的反応に従って、約６００℃を下回る、好ましくは約１００℃から約５５０℃の間の温度で、金属酸化物と反応させられる。
２ＨＢｒ＋ＭＯ→ＭＢｒ２＋Ｈ２Ｏ
この反応に起因する水蒸気は、開いた弁２１９を介して、ライン２４４、２１８、および２１６の中の高分子炭化水素とともに熱交換器２２０へ輸送され、混合物は、約０℃から約７０℃の範囲内の温度まで冷却される。この冷却した混合物は、ガス流から実質的に全ての水を除去するように、脱水機２５０へ転送される。次いで、水は、ライン２５３を介して脱水機２５０から除去される。オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を含有する、乾燥ガス流はさらに、ライン２５４の中で液体生成物としてオレフィン、Ｃ５＋分率、またはそれらの混合物を回収するように、ライン２５１を介して生成物回収ユニット２５２へ渡される。当業者に公知であるような、天然ガスまたは精油所ガス流を処理してオレフィン炭化水素を回収するために使用される、例えば、その後に冷蔵凝縮、極低温膨張、あるいは吸収油または他の溶剤の循環が続く、固体床乾燥剤吸収等の脱水および液体回収の任意の従来の方法が、本発明の実装で採用されてもよい。次いで、生成物回収ユニット２５２からの残留蒸気流出物は、過程用の燃料として利用されてもよい浄化流２５７と、圧縮器２５８を介して圧縮される再生残留蒸気とに分けられる。圧縮器２５８から放出される再生残留蒸気は、少なくとも２つの分率に分けられる。供給ガス体積の少なくとも１．５倍に等しい第１の分率は、ライン２６２を介して輸送され、ライン２２５の中で運搬された液体臭素および供給ガスと組み合わせられ、交換器２２６へ渡され、液体臭素は、蒸発させられ、上記で説明される方式で第１のリアクタ２３０の中へ供給される。第２の分率は、ライン２６３を介してライン２６２から引き出され、リアクタ２３４への臭化アルキル濃度を希釈するのに十分な速度で制御弁２６０によって調節され、選択性と対比して変換を最大限化するため、および炭素析出による触媒失活の速度を最小限化するために、リアクタ２３４が、好ましくは約３００℃から約４５０℃の範囲内の選択された動作温度で維持されるように、反応の熱を吸収する。したがって、再生蒸気流出物によって提供される希釈は、第２のリアクタ２３４の中の温度を変調することに加えて、第１のリアクタ２３０の中の臭素化の選択性が制御されることを可能にする。
【００５９】
酸素、酸素富化空気、または空気２１０は、送風機または圧縮器２１３を介して、約雰囲気から約１０バールの範囲内の圧力で、熱交換器２１５を通したライン２１４、ライン２１５、および弁２４９を介して、臭素へ送達され、酸素、酸素富化空気、または空気は、固相金属臭化物の層２９９を含有する第２の容器またはリアクタ２４６へ、約３０℃から約６００℃、より好ましくは１００℃から約５００℃の範囲内の温度まで予熱される。酸素は、Ｍが金属を表す、以下の一般的反応に従って、金属臭化物と反応させられる。
ＭＢｒ２＋１／２Ｏ２→ＭＯ＋Ｂｒ２
このようにして、乾燥した実質的にＨＢｒを含まない臭素蒸気が生産され、それにより、液体臭素からの水または臭化水素の後続の分離の必要性を排除する。リアクタ２４６は、６００℃を下回って、より好ましくは約３００℃から約５００℃の間で操作される。結果として生じた臭素蒸気は、リアクタ２４６から、ライン２４７、弁２４８、およびライン２４２を介して熱交換器または凝縮器２２１へ輸送され、臭素は、液体に凝縮される。液体臭素は、ライン２４２を介して分離器２２２へ輸送され、液体臭素は、ライン２２５を介して除去され、ポンプ２２４による等の任意の好適な手段によって、ライン２２５を介して熱交換器２２６および第１のリアクタ２３０へ輸送される。残留空気または未反応酸素は、分離器２２２から、ライン２２７を介して、当業者によって選択されるような好適な溶剤または好適な固体吸着媒体を含有する、ベンチュリ洗浄システム等の臭素洗浄ユニット２２３へ輸送され、残りの臭素は、捕捉される。捕捉された臭素は、加熱または他の好適な手段によって、洗浄溶剤または吸着剤から脱着され、したがって、回収された臭素は、ライン２１２を介してライン２２５へ輸送される。洗浄した空気または酸素は、ライン２２９を介して放出される。このようにして、窒素および任意の他の実質的に非反応性の成分が、本発明のシステムから除去され、それにより、過程の炭化水素含有部分に進入することを許可されず、また、周辺環境への臭素の損失も回避される。
【００６０】
単純な物理的溶解度によるよりもむしろ、この実施形態による化学反応によってＨＢｒを除去することの１つの利点は、より高い過程温度での低レベルへのＨＢｒの実質的に完全な掃気である。別の明確に異なる利点は、除去された臭素からの水の排除であり、それにより、臭素および水相の分離、ならびに水相からの残留臭素の揮散の必要性を排除する。
【００６１】
リアクタ２４０および２４６は、周期的に操作されてもよい。図４Ａに図示されるように、弁２３８および２１９は、臭化水素酸が、第２のリアクタ２４０から引き出される流出物から除去されることを可能にするように、開放モードで操作される一方で、弁２４８および２４９は、空気、酸素富化空気、または酸素が、リアクタ２４６を通って流れ、その中に含有された固体金属臭化物を酸化させることを可能にするように、開放モードで操作される。いったんそれぞれリアクタ２４０および２４６の中の金属酸化物および金属臭化物の有意な変換が起こると、これらの弁が閉じられる。この時点で、リアクタ２４６の中の層２９９が、実質的に固体の金属酸化物の層である一方で、リアクタ２４０の中の層２９８は、実質的に固体の金属臭化物である。
【００６２】
当業者に明白となるように、リアクタ２４０および２４６の間で流動を循環させるステップの間で、最初に、リアクタ２４０の中に残存する残留炭化水素を浄化し、また、不活性ガス源とともにリアクタ２４６の中に残存する残留臭素を浄化して、サイクルにおける後続のステップへの炭化水素および臭素の損失を阻止することが好ましい。サイクルのステップの間に層を浄化することによって、高分子量生成物炭化水素の起こり得る損失および／または臭素化が阻止される。
【００６３】
図５Ａに図示されるように、次いで、弁２４５および２４３は、酸素、酸素富化空気、または空気が、リアクタ２４０を通って流れ、その中に含有された固体金属臭化物を酸化させることを可能にするように、後に開かれる一方で、弁２３９および２１７は、第２のリアクタ２３４から引き出される、高分子量炭化水素および臭化水素を含む流出物が、ライン２３７を介してリアクタ２４６に導入されることを可能にするように開かれる。リアクタは、このようにして、それぞれリアクタ２４６および２４０の中の金属酸化物および金属臭化物の有意な変換が起こるまで操作され、次いで、リアクタは、以前に論議されるように弁を開閉することによって、図４Ａに図示されるフロー概略図に戻って循環させられる。
【００６４】
また、当業者にさらに明白となるように、固体不活性担体（不活性固体担体上の原子金属としての金属の重量パーセント荷重として表されてもよい）上に堆積させられたＭｇＯ／ＭｇＢｒ２等の活性金属酸化物／金属臭化物の量は、固体床２９８および２９９の中で発生する固体不活性担体の熱容量に対する反応の熱の比により、リアクタ２４０および２４６にわたって発生する温度変化に影響を及ぼす。不活性担体の量に対して金属荷重を増加させることは、特定のＨＢｒ除去能力のために必要とされる容器のサイズを減少させるため望ましいが、発生する温度上昇もまた、不活性担体の熱容量に対する反応の熱の比較的大きい比により、大きくなる。結果として生じた温度上昇は、過剰であってもよく、高分子量炭化水素生成物の熱分解の酸化、または金属臭化物の揮発度をもたらし得る。したがって、容認可能な温度上昇は、代替として、サイクル時間を制限し、または固体床２９８および２９９の有用なＨＢｒ除去能力を効果的に制限してもよい。送風機または圧縮器（図示せず）を用いた、外部熱交換器を通した流出物ガスリサイクルの使用が、リアクタ２４０および２４６にわたる温度上昇を制限し、また、リアクタ２４０および２４６の循環の間に固体床２９８および２９９の冷却を達成する手段として、当業者によって考慮されてもよい。２つのリアクタ２４０および２４６が、本発明の概念を例証するように示されているが、ある実施形態では、連続過程動作を可能にし、また、ＨＢｒ除去ステップからＢｒ２生成ステップへのリアクタの切替の間に浄化および冷却を可能にする実用的な手段として、２つより多くのリアクタ、すなわち、３つ（以上）を本発明の実装で利用できることが、当業者に明白となるはずである。
【００６５】
酸素が、ライン２１０を介して、その中に含有された固体金属臭化物を酸化させるために使用されているリアクタへ輸送される、酸化ガスとして利用される時に、図４Ａおよび５Ａに図示される本発明の過程の実施形態は、リアクタ２４６（図４Ｂ）または２４０（図５Ｂ）のいずれか一方から生産される臭素蒸気が、ライン２４２および２２５を介して第１のリアクタ２３０へ直接輸送されるように修正されてもよい。酸素が反応性であり、流出物Ｂｒ２蒸気中の酸素のかなりの存在を回避するように、酸素の制御された限定供給でリアクタ２４６および２４０を操作することができるため、臭素蒸気を液体に凝縮して、窒素等の未反応成分からそれを分離する必要性があらかじめ避けられる。商業用空気分離ユニット（ＡＳＵ）等の実質的に全ての商業用酸素源が、必要圧力で酸素をライン２１０に提供するため、圧縮器２１３は、図４Ｂおよび５Ｂでは図示されていない。もしそうでなければ、当業者に明白となるように、そのような圧力を達成するために、圧縮器２１３を利用することができる。
【００６６】
図６Ａに図示される本発明の実施形態では、それぞれ、リアクタ２４０および２４６に含有される固体金属酸化物粒子および固体金属臭化物粒子の層が、流動化され、各リアクタを往復する流動方向を変化させる弁等の機器を提供する必要なく、層の連続動作を提供するように、以下で説明される方式で接続される。この実施形態によれば、高分子量炭化水素および臭化水素酸を含む流出物が、ライン２３５を介して第２のリアクタ２３４から引き出され、交換器２３６の中で約１００℃から約５００℃の範囲内の温度まで冷却され、固体金属酸化物粒子の層２９８を含有するリアクタ２４０の底部に導入される。臭化水素が、図４Ａに関して上記で説明されるような方式で金属酸化物と反応させられるにつれて、この導入された流体の流動は、層２９８の中の粒子をリアクタ２４０内で上向きに移動させる。層２９８の最上部で、またはその付近で、リアクタ２４０の中の固体金属酸化物との臭化水素の実質的に完全な反応により、耐摩耗担体上に実質的に固体の金属臭化物を含有する粒子が、堰またはサイクロンあるいは他の従来の固体／気体分離の手段を介して引き出され、重力によってライン２５９を下って流れ、リアクタ２４６の中の固体金属臭化物粒子の層２９９の底部で、またその付近で導入される。図６Ａに図示される実施形態では、酸素、酸素富化空気、または空気２１０が、約雰囲気から約１０バールの範囲内の圧力で送風機または圧縮器２１３を介して送達され、ライン２１４を介して熱交換器２１５を通して輸送され、酸素、酸素富化空気、または空気は、約３０℃から約６００℃、より好ましくは１００℃から約５００℃の範囲内の温度まで予熱され、固相金属臭化物の層２９９より下側で第２の容器またはリアクタ２４６へ導入される。酸素は、乾燥した実質的にＨＢｒを含まない臭素蒸気を生産するように、図４Ａに関して上記で説明される方式で金属臭化物と反応する。酸素が金属臭化物と反応させられるにつれて、この導入されたガスの流動は、層２９９の中の粒子をリアクタ２４６内で上向きに流れさせる。層２９８の最上部で、またはその付近で、リアクタ２４６の中の固体金属酸化物との酸素の実質的に完全な反応により、耐摩耗担体上に相当量の固体金属酸化物を含有する粒子が、堰またはサイクロンあるいは他の従来の固体／気体分離の手段を介して引き出され、重力によってライン２６４を下って流れ、リアクタ２４０の中の固体金属酸化物粒子の層２９８の底部で、またその付近で導入される。このようにして、リアクタ２４０および２４６は、動作のパラメータを変更することなく連続的に操作されてもよい。
【００６７】
当業者に公知であるように、選択される金属酸化物または金属臭化物に応じて、発熱反応の場合に熱を除去するため、または吸熱反応の場合に熱を印加するために、固体の移動床２９８および２９９内に位置付けられる熱交換器を利用することが有利であってもよい。好ましいＭｇＯ／ＭｇＢｒ２を使用する場合、両方の反応は発熱である。
【００６８】
図６Ｂに図示される実施形態では、酸素が、酸化ガスとして利用され、ライン２１０を介してリアクタ２４６へ輸送される。したがって、図６Ａに図示される本発明の過程の実施形態は、リアクタ２４６から生産される臭素蒸気が、ライン２４２および２２５を介して第１のリアクタ２３０へ直接輸送されるように修正される。酸素が反応性であり、流出物臭素蒸気中のかなりの酸素の存在を回避するように、酸素の制御された限定供給でリアクタ２４６を操作することができるため、臭素蒸気を液体に凝縮して、窒素等の未反応成分からそれを分離する必要性があらかじめ避けられる。商業用空気分離器ユニット等の実質的に全ての商業用酸素源が、必要圧力で酸素をライン２１０に提供するため、圧縮器２１３は、図６Ｂでは図示されていない。もしそうでなければ、当業者に明白となるように、そのような圧力を達成するために、圧縮器２１３を利用することができる。
【００６９】
図７に図示される本発明の別の実施形態では、アルキル臭素化および臭化アルキル変換段階は、以下での論議を除いて、図４Ａに関して詳細に説明される、対応する段階と実質的に同様に操作される。しかしながら、この実施形態では、リアクタ２４６からの流出物中のかなりの未反応酸素の存在を防止するよう、制御された限定量の酸化ガスを用いてリアクタ２４６を操作することが重要である。リアクタ２４６から発する残留窒素および臭素蒸気は、ライン２４７、弁２４８およびライン２４２、および弁３００を介して、熱交換器または凝縮器２２１へ輸送され、臭素含有ガスは、約３０℃から約３００℃の範囲内の温度まで冷却される。次いで、臭素含有蒸気は、ライン２４２を介して、還元原子価状態で固相金属臭化物の層３２２を含有する容器またはリアクタ３２０へ輸送される。還元原子価状態での金属臭化物の金属は、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、またはモリブデン（Ｍｏ）から選択される。金属は、所望の動作温度に対する、その物理的および熱力学的特性の影響について、また、潜在的な環境および健康への影響および費用について選択される。好ましくは、銅または鉄が、金属として採用され、鉄が最も好ましい。固体金属臭化物は、好ましくは、好適な耐摩耗担体、例えば、Ｄａｖｉｓｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔｓ（Ｃｏｌｕｍｂｉａ，  Ｍａｒｙｌａｎｄ）製のＤａｖｉｃａｔ  Ｇｒａｄｅ  ５７等の合成非晶質シリカ上で不動化される。より好ましくは、金属は、約５〜４００ｍ２／ｇの範囲内の比表面積を伴うアルミナ担体上で、約１０〜２０ｗｔ％の範囲内の酸化物形態で堆積させられる。リアクタ３２０の中で、臭素蒸気は、Ｍ２が金属を表す、以下の一般的反応に従って、選択される金属臭化物に応じて、約３００℃を下回る、好ましくは約３０℃から約２００℃の間の温度で、好ましくは好適な耐摩耗担体上で保持される、固相金属臭化物と反応させられる。
２Ｍ２Ｂｒｎ＋Ｂｒ２→２Ｍ２Ｂｒｎ＋１
このようにして、臭素が、リアクタ３２０の中で、第２の金属臭化物、すなわち、２Ｍ２Ｂｒｎ＋１として貯蔵される一方で、残留空気または酸素を含有する、結果として生じた蒸気は、ライン３２４、弁３２６、およびライン３１８を介して、リアクタ３２０から放出される。
【００７０】
供給ガス（ライン２１１）および再生ガス流の混合物から成る、低分子量アルカンを含有するガス流が、ライン２６２、ガス流が約１５０℃から約６００℃の範囲内の温度まで予熱される熱交換器３５２、弁３０４、およびライン３０２を介して、酸化原子価状態の固相金属臭化物の層３１２を含有する第２の容器またはリアクタ３１０へ輸送または運搬される。酸化原子価状態の金属臭化物の金属は、銅（Ｃｕ）、鉄（Ｆｅ）、またはモリブデン（Ｍｏ）から選択される。金属は、所望の動作温度に対する、その物理的および熱力学的特性の影響について、また、潜在的な環境および健康への影響および費用について選択される。好ましくは、銅または鉄が、金属として採用され、鉄が最も好ましい。酸化状態の固体金属臭化物は、好ましくは、好適な耐摩耗担体、例えば、Ｄａｖｉｓｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔｓ（Ｃｏｌｕｍｂｉａ，  Ｍａｒｙｌａｎｄ）製のＤａｖｉｃａｔ  Ｇｒａｄｅ  ５７等の合成非晶質シリカ上で不動化される。より好ましくは、金属は、約５〜２００ｍ２／ｇの範囲内の比表面積を伴うアルミナ担体上で担持される、約１０〜２０ｗｔ％の範囲内の酸化物状態で堆積させられる。ガス流の温度は、約１５０℃から約６００℃、好ましくは約１５０℃から約３００℃である。第２のリアクタ３１０の中で、ガス流の温度は、酸化原子価状態の固相金属臭化物を熱分解して、Ｍ２が金属を表す、以下の一般的反応に従って、還元状態で元素臭素蒸気および固体金属臭化物を生じる。
２Ｍ２Ｂｒｎ＋１→２Ｍ２Ｂｒｎ＋Ｂｒ２
加えて、約２００℃以上の温度で、ガス流に含有される低分子量アルカンは、Ｍ２が金属を表す、以下の一般的反応に従って、還元状態でガス状臭化アルキル、臭化水素酸蒸気、および固体金属臭化物を生産するように、酸化状態の固体金属臭化物の加熱層上で反応してもよい。
ＣＨ４（ｇ）＋２Ｍ２Ｂｒｎ＋１→ＣＨ３Ｂｒ（ｇ）＋ＨＢｒ（ｇ）＋Ｍ２Ｂｒｎ
ガス流の温度、したがって、酸化原子価状態の固相金属臭化物の層３１２の温度を制御することによって、臭素が解放され、低分子量アルカンが第２の容器またはリアクタ３１０の中で臭素化される程度が、制御されてもよい。ガス状臭化アルキルを生成するように、酸化状態の固体金属臭化の加熱層上で低分子量アルカンが反応する、正確な機構は、完全には理解されていないが、臭素化は、金属臭化物のための担体の固体表面上で起こってもよく、それにより、より低い温度、例えば、約２００℃から約３００℃で反応が進むことを可能にし、それにより、フリーラジカル気相臭素化を阻止し、多重臭素化アルカンの生産を最小限化することが、出願者らの信念である。
【００７１】
結果として生じた臭素蒸気、臭化アルキル、および臭化水素酸は、アルキル臭素化リアクタ２３０に導入される前に、ライン３１４、３１５、弁３１７、ライン３３０、熱交換器２２６を介して、低分子量アルカンを含有するガス流とともに輸送される。有意量の低分子量ガス状アルカンが、第２の容器またはリアクタ３１０の中で臭素化される場合、熱交換器２２６および臭素化リアクタ２３０は、過程概略図から排除されてもよく、ガス流は、交換器２３２を介して第２のリアクタ２３４へ直接輸送されてもよい。これは、ガス流を加熱することなく、ガス流を熱交換器２２６およびリアクタ２３０に通過させることによって達成されてもよく、またはこれらの構成要素の両方は、当業者に明白となるように排除または迂回されてもよい。
【００７２】
リアクタ３１０および３２０は、周期的に操作されてもよい。図７に図示されるように、弁３０４は、低分子量アルカンを含有するガス流が、第２のリアクタ３１０へ輸送されることを可能にするように、開放モードで操作される一方で、有意量の低分子量ガス状アルカンが上述のような方式で第２のリアクタ３１０の中で臭素化される場合、弁３１７は、このガス流が、リアクタ３１０の中で生成される臭素蒸気、臭化アルキル、および臭化水素酸とともに、熱交換器２３２を介してアルキル臭素化リアクタ２３０またはリアクタ２３４へ輸送されることを可能にするように、開放モードで操作される。同様に、弁３０６は、リアクタ２４６からの臭素蒸気が、ライン３０７を介してリアクタ３２０へ輸送されることを可能にするように、開放モードで操作される一方で、弁３２６は、残留空気または酸素が、ライン３０７を介してリアクタ３２０から放出されることを可能にするように、開放モードで操作される。いったん対応する酸化および還元状態へのそれぞれリアクタ３２０および３１０の中の還元金属臭化物および酸化金属臭化物の有意な変換が起こると、図８に図示されるように、これらの弁が閉じられる。この時点で、リアクタ３２０の中の層３２２が、実質的に酸化状態の金属臭化物の層である一方で、リアクタ３１０の中の層３１２は、実質的に還元状態の金属臭化物である。図８に図示されるように、低分子量アルカンを含有するガス流が、ライン２６２、ガス流が約１５０℃から約６００℃の範囲内、または好ましくは、好ましい臭化鉄あるいは臭化銅を使用する時に約１５０℃から約３００℃の範囲内の温度まで加熱される熱交換器３５２を介して、弁３０８およびライン３０９を通して、リアクタ３２０へ輸送または運搬されることを可能にし、酸化原子価状態の固相金属臭化物を熱分解して、還元状態で元素臭素蒸気および固体金属臭化物を生じるように、弁３０８および３３２が開かれ、次いで、弁３０４、３１７、３０６、および３２６が閉じられる。約２５０℃を上回って操作された時に、結果として生じた臭素蒸気はまた、ガス状臭化アルキルおよび臭化水素を生産するように、酸化状態の固体金属臭化物の加熱層上で、ガス流に含有される低分子量アルカンと反応してもよい。結果として生じた臭素蒸気、ならびに低分子量アルカンとの反応によって生産される臭化アルキルおよび臭化水素は、アルキル臭素化リアクタ２３０に（または有意量の低分子量ガス状アルカンが、上述のような方式で第２のリアクタ３１０の中で臭素化される場合は、熱交換器２３２を介してリアクタ２３４へ）導入される前に、ライン３２４および３３０ならびに熱交換器２２６を介して、低分子量アルカンを含有するガス流とともに輸送される。当業者に明白となり得るように、リアクタの中に残存する、低分子量炭化水素、臭素、ならびに臭化アルキルおよび臭化水素は、好ましくは、層の循環前の炭化水素および臭素の損失を阻止するように、不活性ガスの流動（図示せず）とともに放出する。次に、リアクタ２４６から発する臭素蒸気が、ライン２４２を介して交換器２２１を通ってリアクタ３１０の中へ輸送されることを可能にするように、弁３００が開かれ、還元原子価状態の固相金属臭化物は、臭素と反応して、臭素を金属臭化物として効果的に貯蔵する。加えて、弁３１６はまた、臭素が実質的に欠けている、結果として生じるガスが、ライン３１４および３１８を介して放出されることを可能にするように、開かれる。リアクタは、対応する酸化および還元状態へのそれぞれリアクタ３１０および３２０の中の還元金属臭化物および酸化金属臭化物の層の有意な変換が起こるまで、このように操作され、次いで、リアクタは、以前に論議されるように弁を開閉することによって、図７に図示されるフロー概略図に戻って循環させられる。
【００７３】
また、当業者に明白となるように、固体不活性担体（不活性固体担体上の原子金属としての金属の重量パーセント荷重として表されてもよい）上に堆積させられたＦｅＢｒ２／ＦｅＢｒ３等の活性金属臭化物の量は、固体床３１２および３２２の中で発生する固体不活性担体の熱容量に対する反応の熱の比により、リアクタ３１２および３２０にわたって発生する温度変化に影響を及ぼす。不活性担体の量に対して金属荷重を増加させることは、特定の臭素貯蔵能力のために必要とされる容器のサイズを減少させるため望ましいが、発生する温度上昇もまた、不活性担体の熱容量に対する反応の熱の比較的大きい比により、大きくなる。結果として生じた温度上昇は、過剰であってもよく、平衡の温度依存性により、還元金属臭化物の平衡臭素貯蔵能力を制限することができる。したがって、容認可能な温度上昇は、代替として、サイクル時間を制限し、または固体床３１２および３２２の有用な臭素貯蔵能力を効果的に制限してもよい。送風機または圧縮器（図示せず）を用いた、外部熱交換器を通した流出物ガスリサイクルの使用が、臭素貯蔵ステップ中にリアクタ３１０および３２０にわたる温度上昇を制限し、また、リアクタ３１０および３２０の循環の間に固体床３１２および３２２の冷却および加熱を達成する手段として、当業者によって考慮されてもよい。２つのリアクタ３１０および３２０が、本発明の概念を例証するように示されているが、ある実施形態では、連続過程動作を可能にし、また、臭素貯蔵ステップと臭素生成ステップとの間で浄化、冷却、および加熱を可能にする実用的な手段として、２つより多くのリアクタ、すなわち、３つ（以上）を本発明の実装で利用できることが、当業者に明白となるはずである。
【００７４】
図９に図示される本発明の実施形態では、それぞれ、リアクタ３１０および３２０に含有される層３１２および３２２が、流動化され、各リアクタを往復する流動方向を変化させる弁等の機器を提供する必要なく、層の連続動作を提供するように、以下で説明される方式で接続される。この実施形態によれば、ライン２４２を介してリアクタ２４６から引き出される、臭素含有ガスが、交換器３７０および３７２の中で選択される金属臭化物に応じて、約３０℃から約３００℃の範囲内の温度まで冷却され、流動化状態の移動固体層３２２を含有するリアクタ３２０の底部に導入される。臭素蒸気が、図７に関して上記で説明されるような方式で、層３２２の底部に進入する還元金属臭化物と反応させられるにつれて、この導入された流体の流動は、層３２２の中の粒子をリアクタ３２０内で上向きに移動させる。層３２２の最上部で、またはその付近で、リアクタ３２０の中の還元金属臭化物との臭素蒸気の実質的に完全な反応により、耐摩耗担体上に相当量の酸化金属臭化物を含有する粒子が、堰、サイクロン、または従来の他の固体／気体分離の手段を介して引き出され、重力によってライン３５９を下って流れ、リアクタ３１０の中の層３１２の底部で、またその付近で導入される。
【００７５】
当業者に公知であるように、温度依存性平衡反応の程度を増大させ、それにより、所与の固体の質量流に対する臭素貯蔵能力を増大させるために、リアクタ３２０の中で発生する発熱反応によって生成される熱を除去するように、固体の移動層３２２内に位置付けられる熱交換器を利用することが有利であってもよい。
【００７６】
臭素が実質的に欠けている、結果として生じるガスは、ライン３５０を介して放出される。図９に図示される実施形態では、供給ガス（ライン２１１）および再生ガス流の混合物から成る、低分子量アルカンを含有するガス流が、ライン２６２および熱交換器３５２を介して、輸送または運搬され、ガス流は、約１５０℃から約６００℃の範囲内、または好ましくは、好ましい臭化鉄あるいは臭化銅を使用する時に約１５０℃から約３００℃の範囲内の温度まで加熱され、リアクタ３１０に導入される。加熱したガス流は、層３１２の底部で、またはその付近で進入する、酸化原子価状態で存在する固相金属臭化物を熱分解して、還元状態で元素臭素蒸気および固体金属臭化物を生じ、また、ガス状臭化アルキルおよび臭化水素を生産するように、酸化状態の固体金属臭化物の加熱層上で、ガス流に含有される低分子量アルカンと反応してもよい。酸化金属臭化物が熱的に分解されるにつれて、この導入されたガスの流動は、層３１２の中の粒子をリアクタ３１０内で上向きに流れさせる。層３１２の最上部で、またはその付近で、リアクタ３１０の中の熱的分解により、耐摩耗担体上に相当量の還元固体金属臭化物を含有する粒子が、堰またはサイクロンあるいは他の従来の固体／気体分離の手段を介して引き出され、重力によってライン３６４を下って流れ、リアクタ３１０の中の粒子の層３２２の底部で、またその付近で導入される。当業者に明白となるように、温度依存性平衡反応の程度を増大させ、それにより、所与の固体の質量流に対する臭素生成能力を増大させるために、リアクタ３１０の中で発生する吸熱反応に熱を供給するように、固体の移動層３１２内に位置付けられる熱交換器を利用することが有利であってもよい。
【００７７】
結果として生じる臭素蒸気、臭化アルキル、および臭化水素酸は、ライン３５４および熱交換器３５５を介して、低分子量アルカンを含有するガス流とともに輸送され、アルキル臭素化リアクタ２３０に、または有意量の低分子量ガス状アルカンが、上述のような方式で第２のリアクタ３１０の中で臭素化される場合は、熱交換器２３２を介してリアクタ２３４へ、導入される。このようにして、リアクタ３１０および３２０は、動作のパラメータを変更することなく連続的に操作されてもよい。
【００７８】
本発明の過程を概して描写するブロックフロー図が、図１０に図示され、本発明の過程のある実施形態のいくつかの側面を描写する。図１０に図示されるような本発明の過程の一般的描写によれば、低分子量アルカンを含有する供給ガス流は、臭素蒸気と組み合わせられ、臭素化リアクタに運搬される前に、Ｃ２＋成分、特にＣ３＋成分を除去するように前処理されてもよい。臭素化リアクタに導入される供給ガス流中のＣ２成分の濃度は、約０．１ｍｏｌ％から約１０．０ｍｏｌ％、より好ましくは約０．５ｍｏｌ％から約５．０ｍｏｌ％、最も好ましくは約１ｍｏｌ％から約５ｍｏｌ％であってもよい。いくらかのＣ３＋炭化水素が臭素化リアクタの中で許容されてもよいが、そのより高い濃度は、臭素化リアクタならびに下流構成要素の中の汚染および詰まりを引き起こす、炭素含有コークス様固体の急速形成をもたらす場合がある。臭素化リアクタに導入される供給ガス流中のＣ３＋成分の濃度は、約０．０１〜０．２ｍｏｌ％であってもよく、好ましくは約０．０１〜０．１ｍｏｌ％であってもよく、最も好ましくは約０．０１〜０．０５ｍｏｌ％であってもよい。図１０に図示されるように、供給ガスは、合成リアクタからの流出物と組み合わせられ、供給ガスに含有される、また、過程の高分子量生成物から、Ｃ２＋、特にＣ３＋成分を選択的に除去するように前処理されてもよい。より具体的には、供給ガス、残留炭化水素、およびオレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物が、脱水および生成物回収ユニットに運搬されてもよく、水は、残りの構成物質から除去される。次いで、オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物、ならびにＣ２＋成分は、ガスから分離されてもよい。次いで、主に上述のようなＣ２＋低分子アルカン成分の容認可能な濃度を伴うメタンである、生成物回収ユニットからの残留ガスは、臭素と組み合わせられ、本発明の過程のアルカン臭素化段階に運搬されてもよい。残りのＣ２＋成分、およびオレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物は、Ｃ２＋成分が液体炭化水素生成物から除去される、生成物安定器カラムに運搬されてもよい。Ｃ２＋成分が、以降で説明されるような方式で、シフトリアクタと併せて使用されてもよい一方で、液体炭化水素生成物は、使用あるいはさらなる石油化学または燃料処理のために、生成物安定器カラムから除去されてもよい。
【００７９】
前述のような本発明の過程によれば、主にメタンと、許容量のＣ２＋低分子量アルカン成分とを含有する、供給ガスは、ガス状臭化アルキルおよび臭化水素を生産するように、約２５０℃から約６００℃の範囲内の比較的低い温度で、約１バールから約３０バールの範囲内の圧力で、乾燥臭素蒸気と臭素化リアクタの中で発熱反応させられてもよい。動作温度範囲の上限は、臭素化反応の発熱性質により供給混合物が加熱される、反応開始温度範囲の上限よりも大きくてもよいと考えられる。メタンの場合、臭化メチルの形成は、以下の一般的反応に従って起こると考えられる。
ＣＨ４（ｇ）＋Ｂｒ２（ｇ）→ＣＨ３Ｂｒ（ｇ）＋ＨＢｒ（ｇ）
気相臭素化反応のフリーラジカル機構により、ジブロモメタンおよびいくらかのトリブロモタンならびに他の臭化アルキルも形成される。臭素化はしばしば、採用されるアルカン対臭素比により、臭化メチルに対する比較的高い程度の選択性で起こる。例えば、メタンの臭素化の場合、約６：１のメタン対臭素比は、滞留時間、温度、および乱流混合等の反応条件に応じて、モノハロゲン化臭化メチルに対する選択性を平均約８８％まで増加させると考えられる。これらの条件において、いくらかのジブロモメタン、および検出可能な限度に接近する極めて少量のみのトリブロモメタンもまた、臭素化反応で形成されてもよい。約２．６から１のより低いメタン対臭素比が利用される場合、モノハロゲン化臭化メチルに対する選択性は、他の反応条件に応じて、約６５から７５％の範囲に下がってもよい。約２．５から１よりも有意に小さいメタン対臭素比で、臭化メチルに対する容認不可能な低い選択性が発生し、また、望ましくないジブロモメタン、トリブロモメタン、および炭素煤の有意な形成が観察される。臭素化リアクタで採用される、比較的高いメタン対臭素比はまた、臭素が臭素化リアクタの中で実質的に消費され、それにより、元素臭素の存在による、本発明の過程の後続段階でのフリーラジカル臭素化の後続形成を効果的に阻止することを確実にする。そのようなモノハロゲン化臭化メチルに対する選択性を達成するために必要な臭素化リアクタの中の反応物の滞留時間は、比較的短く、断熱反応条件下で約１〜５秒ほども少なくてもよい。エタン、プロパン、およびブタン等の高級アルカンもまた、臭素化されてもよく、臭化エチル、臭化プロピル、および臭化ブチル等の一および多重臭素化種をもたらす。さらに、いくつかの実施形態では、臭素化リアクタの中へ供給される乾燥臭素蒸気は、実質的に水を含まなくてもよい。出願者らは、少なくとも場合によっては、臭素化ステップからの実質的に全ての水蒸気の排除が、不要な二酸化炭素の形成を実質的に排除すると思われるため、これが好ましくてもよいことを発見した。これは、臭化アルキルに対するアルカン臭素化の選択性を増大させ、したがって、アルカンからの二酸化炭素の形成で生成された大量の廃熱をできる限り排除してもよい。
【００８０】
生成物安定器カラムの中の液体炭化水素生成物から除去されるＣ２＋低分子量アルカン成分は、臭化アルキルおよび臭化水素を含む、臭素化リアクタから引き出された流出物と組み合わせられ、シフトリアクタに導入されてもよい。（臭素化リアクタの中で反応させられておらず、臭素化リアクタからの流出物中に存在してもよい、少量の未反応臭素は、シフトリアクタの中への導入前または時に、Ｃ２＋炭化水素との熱的臭素化反応によって容易に消費される。）シフトリアクタの中では、臭素化リアクタからの流出物に含有される臭化アルキル中に存在してもよい、二および三臭素化アルカンの大部分が、Ｃ２＋成分との反応時に、一臭素化アルカンに選択的に変換されてもよい。Ｃ３およびジブロモメタンが反応物である、実施例として、変換は、以下の一般的反応に従って起こると考えられる。
Ｃ３Ｈ８＋ＣＨ２Ｂｒ２→ＣＨ３Ｂｒ＋Ｃ３Ｈ７Ｂｒ
この反応は、触媒なしで熱的に進行してもよいが、そのような熱反応は、シフトリアクタ内で容認不可能に長い滞留時間を必要とし、一臭素化アルカンへの満足できる変換速度を達成しないことが判定されている。したがって、シフトリアクタは、ＶＩＩＩ族金属、ＶＩＢ族金属、ＩＢ族金属、アルミニウム、亜鉛、バナジウム、マグネシウム、カルシウム、チタン、イットリウム、ランタン、またはセリウム、およびそれらの混合物から選択される、好適な触媒床を含有することが好ましい。ＶＩＩＩ族金属は、鉄、コバルト、ニッケル、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、またはそれらのうちの２つ以上の混合物を含む。ＶＩＢ族金属は、タングステン、モリブデン、またはクロムを含む。ＩＢ族金属は、銅または銀を含む。好ましくは、本発明のこの実施形態で使用されるＶＩＩＩ族金属は、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム、またはそれらのうちの２つ以上の混合物から選択される貴金属であり、より好ましくは、ＶＩＩＩ族金属は、白金である。最も好ましくは、ＶＩＩＩ族金属は、金属臭化物、金属酸化物、または非定比金属酸素・臭化物として採用される鉄である。好ましくは、ＶＩＢ族金属は、モリブデンまたはタングステンである。好ましくは、ＩＢ族金属は、金属臭化物、金属酸化物、または金属酸素・臭化物として採用される銅である。本発明の過程で使用されるような１つよりも多くの熱可逆的な臭化物塩を形成してもよい、上記で記載される好適な金属触媒の非限定的実施例は、鉄、モリブデン、タングステン、銅、バナジウム、クロム、またはそれらのうちの２つ以上の混合物である。本発明の過程で使用されるような単一臭化物塩を形成してもよい、上記で記載される好適な触媒の非限定的実施例は、コバルト、ニッケル、銀、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、チタン、アルミニウム、ランタン、セリウム、またはそれらのうちの２つ以上の混合物である。１つよりも多くの熱可逆的な臭化物塩または単一臭化物塩を形成する、これらの金属は、シフトリアクタで採用される条件下で、臭化水素酸との反応を介した臭化物塩への変換により、シフトリアクタの中で臭化物として存在して機能するため、最初に、臭化物塩または酸化物として本発明の過程で採用されてもよい。好適な担体が、ポリ臭素化アルカンの熱分解および亀裂を阻止する比較的低い酸性度を有し、担体上へのポリ臭素化アルカンの吸収を阻止する比較的低い表面積を有するように選択される。シフトリアクタの中で触媒とともに使用するための好適な担体の非限定的な実施例は、好ましくは、約５０ｍ２／ｇ未満の比表面積を有する、シリカ、チタニア、ジルコニア、または低表面積アルミナである。
【００８１】
触媒は、当業者に明白となるように、費用効率的に高い活性を生じるように、好適な担体上で装填および分散される。例えば、白金がシフトリアクタ床の中の触媒として採用される時に、約０．１ｗｔ％から約１ｗｔ％、より好ましくは約０．３ｗｔ％から約０．５ｗｔ％の装填を使用することが好ましい一方で、パラジウムが触媒として採用される時に、約１ｗｔ％から約１０ｗｔ％、より好ましくは３ｗｔ％から約１０ｗｔ％の装填が採用される。鉄、モリブデン、またはそれらの混合物等の好ましい貴金属の場合、（金属酸化物として）約１０％から約２０％以上の範囲内のより高い装填を伴うものが費用効果的である。シフトリアクタで触媒を使用する時に、約２００℃から約５００℃、より好ましくは約４００℃から約５００℃で、リアクタを操作することが好ましい。一臭素化アルカンに対する所望の選択性を達成するために必要なシフトリアクタの中の反応物の滞留時間は、比較的短く、２〜８秒ほども少なくてもよい。
【００８２】
ポリ臭素化アルカン、すなわち、二または三臭素化アルカンに対する一臭素化アルカンの有意に増加した比を含有する、シフトリアクタ４１０からの流出物は、合成リアクタへ輸送され、オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物を形成するように、臭化水素の存在下で（上記で説明されるようにリアクタ３４と併せて）好適な触媒上で反応させられてもよい。生産される特定のオレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物は、合成で採用される触媒、このリアクタに導入される臭化アルキルの組成、およびこのリアクタで採用される正確な動作パラメータに依存している。
【００８３】
臭化水素は、臭化水素（ＨＢｒ）除去段階で、オレフィン、高分子量炭化水素、またはそれらの混合物から除去されてもよく、臭素回収段階へ運搬されてもよく、臭化水素は、金属臭化物塩を生じるように、部分的に酸化した金属臭化物塩によって中和させられてもよい。結果として生じた金属臭化物塩は、乾燥臭素蒸気としてアルカン臭素化段階へ再循環させられてもよい元素臭素と、過程によって生産されたオレフィンおよび高分子量炭化水素から除去される付加的な臭化水素を中和させ、除去するために使用されてもよい、部分的に酸化した金属臭化物塩とを生じるように、本発明の臭化物回収段階で、酸素または空気と接触させられてもよい。
【００８４】
本発明の過程を概して描写するブロックフロー図が、図１１に図示され、本発明の過程のある実施形態のいくつかの側面を描写する。図１１に図示されるような本発明の過程の一般的描写によれば、ポリ臭素化アルカンからの流出物が、周囲冷却によって、この流れから凝縮されてもよいことを除いて、図１０と併せて説明される方式と同様に、シフトリアクタが採用され、過程が操作される。Ｃ２＋低分子量炭化水素成分は、分離された多重臭素化アルカンと混合されてもよく、それは次いで、上記で説明されるような方式でポリ臭素化アルカンを変換するように、蒸発させられ、シフトリアクタへ輸送されてもよい。合成リアクタへ輸送されている流れの多重臭素化アルカン部分のみが、シフトリアクタの中で処理される必要があるため、図１１の実施形態は、有利に、一臭素化アルカンへの多重臭素化アルカンの同じ変換を達成するために、より小さいシフトリアクタを必要とする。
【００８５】
上記で説明され、図１０および１１で概して図示される、本発明の過程の実施形態によれば、典型的には、低分子量アルカンの従来の臭素化の間に形成される、望ましくない多重臭素化アルカン、例えば、二および三臭素化アルカンは、非有害レベルまで効果的に削減されてもよい。臭素化リアクタへの供給ガス中のＣ２＋低分子量炭化水素の濃度は、必要であれば、臭素化されている供給ガスの中で、メタンの比較的高い濃度、例えば、９０ｍｏｌ％以上を提供するように、低減されてもよい。加えて、臭素化リアクタの中のメタン対臭素比は、選択的に単臭素化をさらに確保するよう、少なくとも約２．５：１となるように選択される。わずかな量の多重臭素化アルカンが、本発明の過程による臭素化後に形成されてもよく、シフトリアクタの中の好適な触媒上で一臭素化アルカンに容易に変換されてもよい。本発明の過程における臭素化およびシフトリアクタの両方の中の非常に短い滞留時間は、多重臭素化アルカンの有意な変換、例えば、約８０％から約１００％の変換、最も好ましくは約９０％よりも多くの変換を得るように、縮小リアクタ容器サイズの使用を可能にする。さらに、出願者らは、（臭素化反応の結果として形成される）蒸気相における副生成物臭化水素の比較的高い濃度、すなわち、約３０ｍｏｌ％よりも高い濃度が、ある合成触媒上の酸性部位上での臭化水素の平衡吸収によると考えられる、脱ハロゲン化水素化／オリゴマー化反応変換速度に有意な阻害作用を及ぼしてもよいことを発見した。臭化水素の非常に高い濃度、すなわち、約５０ｍｏｌ％において、脱ハロゲン化水素化／オリゴマー化触媒の活性は、有意に阻害されると考えられ、低減した変換をもたらしてもよい。したがって、有害量の多重臭素化アルカンの形成を最小限化する目的で、約２．５を超えるアルカン対臭素モル比において臭素化反応を操作することに加えて、過剰なアルカンのより高いモル比および存在が、臭素化リアクタ流出物中の臭化水素濃度を約３０ｍｏｌ％未満まで低減する。
【００８６】
図１０で概して図示される、本発明の過程の具体的実施形態を図示するために、本発明の過程の実施形態が図１２に図示され、上記の図７および８で説明される実施形態と動作が同様であるが、いくつかある付加的な機器の中で特に、シフトリアクタ４１０を含み、その動作および機能は以下で説明される。一般に、この実施形態は、第２のリアクタに導入される臭化アルキル中に存在する、多重臭素化アルカン、例えば、二および三臭素化アルカンの濃度を効果的に低減することに関する。
【００８７】
この実施形態によれば、低分子量アルカンを含有するガス流が、ライン、パイプ、または導管２１１へ輸送または運搬され、ライン２１６の中で水蒸気および高分子炭化水素と混合され、ガス流から実質的に全ての水を除去するように脱水機２５０へ運搬されてもよい。次いで、水が、ライン２５３を介して脱水機２５０から除去されてもよい。高分子量炭化水素を含有する乾燥ガス流が、ライン２５４の中で、所望であればＣ３およびＣ４であるが、主にはＣ５＋分率を回収するように、ライン２５１を介して生成物回収ユニット２５２へ輸送されてもよい。当業者に公知であるような、天然ガスまたは精油所ガス流を処理するために使用される、例えば、その後に冷蔵凝縮、極低温膨張、または吸収油の循環が続く、固体床乾燥剤吸収等の脱水および液体回収の任意の従来の方法が、本発明の実装で採用されてもよい。本発明のこの実施形態によれば、ライン２５４の中の水蒸気は、安定器カラムへ運搬されてもよく、それは、安定器４５０からライン４５２を介して、安定器カラム４５０の底部から出て行く高分子量炭化水素から残留Ｃ２-Ｃ５炭化水素を揮散するように蒸気を生産する、安定器再沸騰器４５６へ運搬される、残りの高分子量炭化水素から、ガス状相におけるＣ２-Ｃ５炭化水素の少なくとも一部分を除去するのに十分な条件で操作される。高分子量炭化水素は、燃料製品、混合物として、またはさらなる処理のために過程４５４から除去されてもよい。Ｃ２-Ｃ５炭化水素は、ライン４６０の中でガス状相において安定器カラム４５０から除去され、以降で説明されるような過程でさらに使用するために、圧縮器４６２の中で加圧されてもよい。Ｃ２-Ｃ５炭化水素は、安定器カラム４５０から除去され、シフトリアクタ４１０の中への供給とともに導入されてもよいが、安定器カラムは、この炭化水素流のＣ３成分を最大限化する条件で操作されることが好ましい。さらに、過程でさらに使用するために再循環させるよりもむしろ、生成物としてＣ５を回収することが好ましい。
【００８８】
低分子量アルカンを含有する生成物回収ユニット２５２からの蒸気流出物は、過程用の燃料として利用されてもよい浄化流２５７と、圧縮器２５８を介して圧縮される供給ガスとに分けられてもよい。圧縮器２５８から放出されるガスは、少なくとも２つの分率に分けられてもよい。第１の分率は、ライン２６２を介して熱交換器３５２へ輸送され、ガス流は、約１５０℃から約６００℃の範囲内の温度まで予熱されてもよい。次いで、加熱したガス流は、弁３０４およびライン３０２を通して、酸化原子価状態の固相金属臭化物の層３１２を含有する、第２の容器またはリアクタ３１０へ渡されてもよく、ガス流の温度は、酸化原子価状態の固相金属臭化物を熱分解して、還元状態で元素臭素蒸気および固体金属臭化物を生じる。加えて、ガス流に含有される低分子量アルカンは、還元状態でガス状臭化アルキル、臭化水素、および固体金属臭化物を生産するように、酸化状態の固体金属臭化物の加熱層３１２上で反応してもよい。ガス流の温度、したがって、酸化原子価状態の固相金属臭化物の層３１２の温度を制御することによって、臭素が解放され、低分子量アルカンが第２の容器またはリアクタ３１０の中で臭素化される程度が、制御されてもよい。結果として生じた臭素蒸気、臭化アルキル、および臭化水素は、ガス流に含有される低分子量アルカンのさらなる臭素化のために、アルキル臭素化リアクタ２３０に導入される前に、ライン３１４、弁３１７、ライン３３０、熱交換器２２６、およびライン２２５を介して、低分子量アルカンを含有するガス流とともに輸送されてもよい。有意量の低分子量ガス状アルカンが第２の容器またはリアクタ３１０の中で臭素化される場合、熱交換器２２６および臭素化リアクタ２３０は、過程から排除されてもよい。いくらかのＣ２、例えば、約０．１〜約１０ｍｏｌ％が、臭素化反応で許容されてもよいが、少量のみのＣ３が許容であり、例えば、リアクタ２３０の中の約０．２ｍｏｌ％を超える濃度は、リアクタ２３０、４１０、および２３４の中の汚染および詰まりを引き起こす、炭素含有コークス様固体の急速形成をもたらす。この悪条件は、Ｃ２、特にＣ３＋炭化水素の大部分が、第１のリアクタ２３０に最終的に供給される蒸気流出物から生成物回収ユニット２５２の中で除去されてもよいため、図１０に図示される過程で実質的に阻害される。
【００８９】
臭化アルキルおよび臭化水素を含有する流出物は、ライン４０２を介して、第１のリアクタ２３０（またはその中で達成される臭素化の程度に応じて、第２の容器またはリアクタ３１０）から引き出されてもよい。生成物回収ユニット２５２からの第２の分率の蒸気流出物は、ライン２６３を介してライン２６２から引き出され、ライン４０２の中で第１のリアクタ２３０からの流出物に導入され、制御弁２６０によって調節されてもよい。第２の分率がライン４０２の中で第１のリアクタ流出物に導入されてもよい、速度は、リアクタ４１０およびリアクタ２３４が選択された動作温度を維持してもよいように、リアクタ４１０およびリアクタ２３４に供給される臭化アルキル濃度を希釈し、反応の熱を吸収するのに十分である。したがって、蒸気流出物の第２の分率によって提供される希釈は、シフトリアクタ４１０および第２のリアクタ２３４の中の温度を変調することに加えて、第１のリアクタ２３０の中の臭素化の選択性が制御されることを可能にする。図１０に図示される実施形態によれば、ライン４６０の中のＣ２-Ｃ５炭化水素を含有するガスもまた、ライン４０２に含有される第１のリアクタ流出物および蒸気流出物の第２の分率の混合物に導入されてもよく、結果として生じた混合物は、熱交換器４０４へ渡され、混合物は、ライン４０６を介してシフトリアクタ４１０に導入される前に、約２５０℃から約４５０℃、より好ましくは約３００℃から約４００℃、最も好ましくは約３５０℃から約４００℃の温度まで加熱される。
【００９０】
シフトリアクタ４１０の中では、第１のリアクタ２３０からの流出物に含有される臭化アルキル中に存在する、二および三臭素化アルカンの大部分が、Ｃ２-Ｃ４炭化水素との反応時に、一臭素化アルカンに選択的に変換されてもよい。Ｃ３およびジブロモメタンが反応物である、実施例として、変換は、以下の一般的反応に従って起こると考えられる。
Ｃ３Ｈ８＋ＣＨ２Ｂｒ２→ＣＨ２Ｂｒ＋Ｃ３Ｈ７Ｂｒ
この反応は、触媒なしで熱的に進行してもよいが、そのような熱反応は、シフトリアクタ４１０内で容認不可能に長い滞留時間を必要とし、満足できる変換を達成しないことが判定されおり、したがって、シフトリアクタ４１０は、図１０に関して上記で説明されるように選択される好適な触媒床４１２を含有することが好ましい。シフトリアクタ４１０の中で触媒を使用する時に、約２５０℃から約５７０℃、より好ましくは約３００℃から約４００℃でリアクタを操作することが好ましい。熱交換器４０４は、この範囲内の所望の点までシフトリアクタ４１０への入力を加熱するように、それに応じて操作されてもよい。二または三臭素化アルカンに対する一臭素化アルカンの有意に増加した比を含有する、シフトリアクタ４１０からの流出物は、ライン２３１を介して引き出されてもよく、第２のリアクタ２３４へ流される前に、熱交換器２３２の中で約１５０℃から４５０℃の範囲内の温度まで部分的に冷却される。第２のリアクタ２３４では、臭化アルキルは、約２５０℃から約５００℃の温度範囲、および約１バールから３０バールの範囲内の圧力で、好適な触媒の固定床２３３、高分子量炭化水素および付加的な臭化水素の混合物上で、発熱反応させられてもよい。本発明のこの実施形態では、リアクタ２４０および２４６は、図４および５を参照して上記で論議されるように周期的に操作されてもよく、リアクタ３１０および３２０は、図７および８を参照して上記で論議されるように周期的に操作される。
【００９１】
二臭素化アルカンおよび三臭素化アルカンの存在が、第３のリアクタ２３４で使用される触媒の失活を有意に加速する、ナフタレン、他の多環芳香族、およびコークス等の上級炭化水素の望ましくない形成をもたらすため、図１２の実施形態による、第２のリアクタ２３４に導入される流れの中の一臭素化アルカンに対する高い選択性が、極めて望ましい。第２のリアクタの中の増加した量の一臭素化アルカン、特に臭化プロピルもまた、イソオクタンを含む、Ｃ４-Ｃ８炭化水素の望ましい増加をリアクタ２３４の中で形成させる。
【００９２】
図１２の実施形態は、シフトリアクタ４１０への供給を伴う導入前に、安定器カラム４５０の中で高分子量炭化水素から分離される、Ｃ２-Ｃ４流、好ましくはＣ３豊富流を使用するものとして説明されているが、このＣ２-Ｃ４流、好ましくは、Ｃ３豊富流は、任意の好適な供給源から、例えば、当業者に明白となるように、市販の天然ガスまたはプロパンから得られてもよい。
【００９３】
図１３に図示される本発明の過程の別の実施形態は、臭化アルキルおよび臭化水素を含有する流出物が、第１のリアクタ２３０（またはその中で達成される臭素化の程度に応じて、第２の容器またはリアクタ３１０）から引き出され、ライン４０２に含有される、生成物回収ユニット２５２からの第２の分率の蒸気流出物が凝縮器４８０へ運搬されてもよく、二および三臭素化アルカンは、周囲冷却によって、この流れから凝縮され、ライン４０２を介して輸送されることを除いて、図１２で図示され、上記で説明されるものと設計および動作が同様である。ライン４６０の中のＣ２-Ｃ５炭化水素は、ライン４０２の中で分離された二および三臭素化アルカンと混合され、上記で説明されるように二および三臭素化アルカンを変換するようにシフトリアクタ４１０に輸送されてもよい。シフトリアクタ４１０は、好ましくは、図１０の実施形態に関して上記で説明されるように、触媒を含有する。シフトリアクタ４１０からの流出物は、図１０に関して上記で説明されるようにリアクタ２３４に導入する前に、ライン４２０を介して引き出され、ライン４８２の中で残りの流れと組み合わせられてもよい。リアクタ２３４へ輸送されている流れの二および三臭素化アルカン部分のみが、シフトリアクタ４１０の中で前処理される必要があるため、図１３の実施形態は、有利に、一臭素化アルカンへの二および三臭素化アルカンの同じ変換を達成するために、より小さいリアクタ４１０を必要とする。
【００９４】
シフトリアクタは、図７および８で図示される本発明の過程の実施形態に含まれるものとして、上記で説明され、図１２および１３で図示されているが、シフトリアクタはまた、本開示の当業者に明白となるように、本発明の過程のうちのいずれかで採用されてもよい。さらに、臭素化リアクタと併せたシフトリアクタの使用は、ポリ臭素化アルカンの存在による、後続使用および処理における悪影響を効果的に阻害するよう、アルカンが、化学過程における好適な中間体である一臭素化アルカンを形成するように臭素化される、過程への幅広い適用を有する。
【００９５】
図１６で概して図示される本発明の過程の実施形態によれば、臭素液体は、メタン（ＣＨ４）含有供給ガスと組み合わせられる。液体臭素は、最初に、ガス状供給と混合されてもよく、混合物は、臭素の蒸発を達成するように加熱されてもよく、またはガスは、最初に、過熱されてもよく、液体は、熱ガスに導入されてもよく、そこで蒸発させられる。臭素化されている主にメタンを含有する供給ガスの中で、メタンの比較的高い濃度、例えば、９０ｍｏｌ％以上を提供するよう、低分子量アルカンを含有する供給ガスは、供給ガス中のＣ２＋低分子量炭化水素の濃度を低減するように、必要であれば、冷蔵凝縮、極低温膨張、溶剤の循環、または天然ガス処理工場、石油精製所等で通常採用される他の分離手段によって処理されることが好ましい。例えば、約０．１ｍｏｌ％から約１０ｍｏｌ％の範囲内の濃度で、いくらかのＣ２炭化水素が臭素化リアクタの中で許容されてもよいが、約０．２％を超えるＣ３＋炭化水素の濃度は、臭素化リアクタならびに下流構成要素の中の汚染および詰まりを引き起こす、炭素含有コークス様固体の急速形成をもたらす場合がある。いくつかの実施形態では、硫黄化合物および二酸化炭素等の望ましくない化合物を除去するように、供給ガスを処理することが望ましくてもよい。いずれにしても、少量の二酸化炭素、例えば、約２ｍｏｌ％未満を、本発明の過程への供給ガス中で許容できることに留意することが重要である。
【００９６】
熱的臭素化リアクタへの供給で利用されてもよい、臭素に対するメタンの比は、供給のＣ２＋含有量および温度の関数である。供給中のより低いＣ２＋含有量およびより低い温度での動作は、より低いメタン対臭素比での動作を可能にしてもよい。さらに、本発明の触媒シフトリアクタが熱的臭素化の下流で操作される時のように、熱的臭素化ステップで発生する全ての臭素の完全反応の制約が必要とされない場合、これは、より低い温度での動作、したがって、以前に論議された実施形態について記述された、２．５対１の実質的に最小を下回るメタン対臭素比での動作を促進してもよい。
【００９７】
したがって、触媒シフトリアクタを加えて、供給ガスのＣ２＋含有量の適切な制御があると、熱的臭素化反応への供給中のメタン対臭素のモル比は、約７対１未満であるが、約１．２５対１よりも大きく、好ましくは約４対１未満であるが、約１．５対１よりも大きく、好ましくは約３対１未満であるが、約１．６７対１よりも大きい。供給ガスおよび液体臭素混合物は、熱交換器へ運搬されてもよく、混合物は、約３００℃から約５５０℃の間であるが、好ましくは、約４５０℃から約５００℃の範囲内の温度まで加熱され、液体臭素は、蒸発させられる。
【００９８】
さらに、いくつかの実施形態では、熱的臭素化リアクタの中へ供給される混合物中の乾燥臭素蒸気は、実質的に水を含まなくてもよい。出願者らは、少なくとも場合によっては、臭素化ステップからの実質的に全ての水蒸気の排除が、不要な二酸化炭素の形成を実質的に排除すると思われるため、これが好ましくてもよいことを発見した。これは、臭化アルキルに対するアルカン臭素化の選択性を増大させ、したがって、アルカンからの二酸化炭素の形成で生成された大量の廃熱をできる限り排除してもよい。
【００９９】
主にメタンと、許容量のＣ２＋低分子量アルカン成分とを含有する、加熱した供給ガス、および臭素蒸気混合物は、最初に、Ｃ１＋熱的臭素化リアクタへ輸送されてもよく、供給ガス中に存在する、低分子量アルカン、主にメタンおよび低分子量アルカンは、熱的に臭素化される。必要であれば、熱的臭素化リアクタは、混合物が約３００℃から約５００℃の範囲内の反応開始温度まで加熱されたままであることを確実にするように、入口予熱器ゾーン（上記で説明されるゾーン２８、１２８、および２２８と同様である）を含有してもよい。メタンの場合、臭化メチルの形成は、以下の一般的反応に従って起こると考えられる。
ＣＨ４（ｇ）＋Ｂｒ２（ｇ）→ＣＨ３Ｂｒ（ｇ）＋ＨＢｒ（ｇ）
臭化アルキル、臭化水素、未反応臭素、および未反応アルカン、主にメタンを含有する供給ガスの結果として生じた混合物は、熱的臭素化リアクタから除去され、触媒シフトリアクタへ輸送されてもよい。触媒シフトリアクタへのこの供給の温度は、約３５０℃から約５７０℃、より好ましくは５００℃から約５７０℃、最も好ましくは５３０℃から約５７０℃の範囲内であってもよい。熱的臭素化反応が発熱であるため、当業者に明白となるように、熱的臭素化リアクタのリアクタ動作条件を考慮すると、熱的臭素化リアクタからの流出物が、触媒シフトリアクタに導入するための所望の範囲内にあることを確実にするように、熱的臭素化リアクタに導入される供給ガスおよび臭素は、約３００℃から約５００℃範囲内の温度まで加熱されてもよい。代替として、熱的臭素化リアクタからの流出物混合物は、当業者に明白であるような任意の好適な手段によって触媒シフトリアクタで採用される、触媒と接触する前に、約３５０℃から約５７０℃の範囲内の温度まで加熱または冷却されてもよい。
【０１００】
図１６で概して図示される本発明の過程の実施形態において触媒シフトリアクタで有用な触媒は、金属ハロゲン化物または金属酸素・ハロゲン化物の両方、あるいはそれらの混合物を形成することが可能である、金属元素であってもよく、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｙ、Ｚｒ、Ｍｇ、およびＣａを含む。触媒活性金属ハロゲン化物または金属酸素・ハロゲン化物の形成に有用であってもよい、ハロゲンは、Ｂｒ、Ｃｌ、およびＦであり、Ｂｒが好ましい。
【０１０１】
触媒は、最初に、触媒担体上に分散された金属臭化物として調製されてもよいが、金属硝酸塩前駆体溶液を利用する初期湿潤技法によって、金属酸化物を分散させることが、概してより一般的であり、その後に、空気または他の酸化ガス混合物中で高温において乾燥および焼成が続く。さらに、多くの金属臭化物塩が吸湿性であるため、取扱、貯蔵、および輸送は、特殊な手段を必要としてもよい。したがって、シフトリアクタで使用される触媒は、最も実用的に、金属酸化物状態のみで市販されてもよい。そのような金属酸化物触媒は、臭化水素、臭化メチル、ジブロモメタン、または他の臭化アルキルとのその反応により、経時的に、金属臭化物または金属酸素・臭化物、あるいはそれらの混合物に変換されるため、最初に、図１６の触媒シフトリアクタで採用されてもよい。しかしながら、触媒シフトリアクタの中の金属酸化物触媒の活性が、金属臭化物または金属酸素・臭化物の活性よりも目につくほど少なく、変換が完了するまで炭素損失またはコークス化が増加させられるため、臭化水素および同伴ガス、例えば、メタンまたは窒素との反応によって等、任意の好適な手段によって、触媒シフトリアクタに供給を導入する前に、原位置で最初の金属酸化物触媒を金属臭化物または金属酸素・臭化物、またはそれらの混合物に変換することが望ましくてもよい。
【０１０２】
触媒シフトリアクタの中では、熱的臭素化リアクタからの流出物に含有される臭化アルキル中に存在してもよい、二および三臭素化アルカンの大部分が、供給中に存在する、未反応アルカン成分、主にメタンとの反応時に、一臭素化アルカンに選択的に変換されてもよい。Ｃ１およびジブロモメタンが反応物である、実施例として、変換は、以下の一般的反応に従って起こると考えられる。
ＣＨ４＋ＣＨ２Ｂｒ２→２ＣＨ３Ｂｒ
熱および触媒リアクタの両方の中の高温により、元素臭素は、本質的に完全に変換される可能性が高い。触媒シフトリアクタで使用される触媒は、メタンとの臭素（触媒表面上のジブロモメタンの解離吸着によって供給される）の選択的触媒反応を介して臭化メチルを生じるように、メタンとのジブロモメタンの選択的反応を推進すると考えられる。
【０１０３】
二または三臭素化アルカンに対する一臭素化アルカンの有意に増加した比を含有する、触媒シフトリアクタからの流出物は、図１〜９に図示され、上記で詳細に説明される、本発明の過程の実施形態による合成リアクタ等に関して、さらなる処理のために輸送されてもよい。
【０１０４】
過程によって生産され、または供給ガスに含有されるＣ２＋成分は、Ｃ１＋熱的臭素化への供給が許容量のＣ２＋を含有するように、除去され、具体的には、Ｃ３＋が、液体臭素供給のわずかを使用してＣ２＋熱的臭素化リアクタの中で処理されてもよい。Ｃ２＋熱的臭素化リアクタは、約４対１から約１．２５対１の範囲内、好ましくは約２対１から約１．５対１の範囲内のアルカン対臭素比で、および約２５０℃から５５０℃の範囲内の温度で動作する。Ｃ２＋熱的臭素化からの流出物は、種々の臭化アルキルを含有し、臭化水素は、例えば、触媒シフトリアクタからの流出物と混同され、混合物を触媒合成リアクタへ輸送することによって、さらに処理されてもよく、混合物中の種々の臭化アルキルは、高分子量炭化水素生成物および付加的な臭化水素を生産するように、脱ハロゲン化水素化／オリゴマー化を受ける。
【０１０５】
液体臭素が蒸発させられる（代替として、ガスは、最初に過熱されてもよく、液体は、熱ガスに導入されてもよく、そこで蒸発させられる）熱交換器への輸送の前に、臭素液体が、メタン（ＣＨ４）含有供給ガスと組み合わせられる一方で、不活性充填材料の表面からの液体臭素の蒸発等の噴霧または任意の他の好適な手段によって、臭素液体の別個の流れもまた、臭素化リアクタに直接導入されることを除いて、図１７に概して図示される、本発明の過程の実施形態は、図１６に図示され、上記で説明されるものと同様である。熱的臭素化が発熱して進むため、臭素化反応の熱は、リアクタに直接注入される液体臭素を蒸発させるのに十分であり、それにより、熱負荷および熱交換機器、ならびにそれと関連付けられる費用を最小限化する。リアクタに直接注入される液体臭素の量は、選択されるメタン対臭素比、および熱的臭素化リアクタからの所望の流出物温度によって決定される。例えば、臭素化の最低開始温度が持続され、反応は急冷されない限り、全体的なメタン対臭素化比が高くなるほど、リアクタに直接注入されてもよい液体臭素の分率が大きくなる。逆に、特定の固定メタン対臭素比では、最低開始温度が持続される限り、リアクタに直接注入される液体臭素の分率が増加させられるにつれて、熱的臭素化リアクタにわたって発生する温度上昇が小さくなる。
【０１０６】
供給ガスおよび臭素蒸気の加熱混合物が、図１８に図示されるように、好適な触媒を含有するリアクタに直接輸送されてもよく、熱的および触媒臭素化が、実質的に順次に進行することが許可されることを除いて、図１８に概して図示される本発明の過程の実施形態は、図１６に図示され、上記で説明されるものと同様である。リアクタは、熱的臭素化ゾーンを画定するのに十分なヘッドスペースを触媒床より上側に有するようにサイズ決定されてもよく、主にメタンと、許容量のＣ２＋低分子量アルカン成分とを含有する、供給ガス、および臭素蒸気の加熱混合物は、熱的に臭素化される。必要であれば、熱的臭素化ゾーンは、混合物が約３００℃から約５３０℃の範囲内の反応開始温度まで加熱されたままであることを確実にするように、入口予熱器ゾーン（上記で説明されるゾーン２８、１２８、および２２８と同様である）を含有してもよい。メタンの場合、臭化メチルの形成は、以下の一般的反応に従って起こると考えられる。
ＣＨ４（ｇ）＋Ｂｒ２（ｇ）→ＣＨ３Ｂｒ（ｇ）＋ＨＢｒ（ｇ）
臭化アルキル、臭化水素、未反応臭素、および未反応アルカン、主にメタンを含有する供給ガスの結果として生じた混合物は、触媒シフト反応ゾーンに流入する。
【０１０７】
触媒シフト反応ゾーンへのこの供給の温度は、約３５０℃から約５７０℃、より好ましくは５００℃から約５７０°Ｃ、最も好ましくは５３０℃から約５７０℃の範囲内であってもよい。熱的臭素化反応が発熱であるため、当業者に明白となるように、熱的臭素化ゾーンの中のリアクタ動作条件を考慮すると、熱的臭素化ゾーンからの流出物が、触媒シフト反応ゾーンに導入するための所望の範囲内にあることを確実にするように、熱的臭素化ゾーンに導入される供給ガスおよび臭素は、約３００℃から約５００℃の範囲内の温度まで加熱されなければならない。代替として、熱的臭素化ゾーンからの流出物混合物は、当業者に明確であるような任意の好適な手段によって、触媒シフト反応ゾーンで採用される触媒と接触する前に、加熱または冷却されてもよい。
【０１０８】
図１８で概して図示される本発明の過程の実施形態において触媒シフト反応ゾーンで有用な触媒は、金属ハロゲン化物または金属酸素・ハロゲン化物の両方、あるいはそれらの混合物を形成することが可能である、金属元素であってもよく、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｙ、Ｚｒ、Ｍｇ、およびＣａを含む。触媒活性金属ハロゲン化物または金属酸素・ハロゲン化物の形成に有用であってもよい、ハロゲンは、Ｂｒ、Ｃｌ、およびＦであり、Ｂｒが好ましい。触媒は、最初に、触媒担体上に分散された金属臭化物として調製されてもよいが、金属硝酸塩前駆体溶液を利用する初期湿潤技法によって、金属酸化物を分散させることが、概してより一般的であり、その後に、空気または他の酸化ガス混合物中で高温において乾燥および焼成が続く。さらに、多くの金属臭化物塩が吸湿性であるため、取扱、貯蔵、および輸送は、特殊な手段を必要としてもよい。したがって、シフトリアクタで使用される触媒は、最も実用的に、金属酸化物状態のみで市販されてもよい。そのような金属酸化物触媒は、臭素化反応流出物中に存在する、臭化水素、臭化メチルとのその反応により、経時的に、金属臭化物または金属酸素・臭化物、あるいはそれらの混合物に変換されるため、最初に、図１８に図示されるリアクタの触媒シフト反応ゾーンで採用されてもよい。しかしながら、触媒シフト反応ゾーンの中の金属酸化物触媒の活性が、金属臭化物または金属酸素・臭化物の活性よりも目につくほど少なく、変換が完了するまで炭素損失またはコークス化が増加させられるため、臭化水素酸および同伴ガス、例えば、メタンまたは窒素との反応によって等、任意の好適な手段によって、触媒シフト反応ゾーンに供給を導入する前に、金属酸化物触媒を金属臭化物または金属酸素・臭化物、またはそれらの混合物に変換することが望ましくてもよい。
【０１０９】
図１８に図示されるリアクタの中の触媒シフト反応ゾーンでは、熱的臭素化ゾーンからの流出物に含有される臭化アルキル中に存在してもよい、ポリ臭素化アルカン、例えば、二および三臭素化アルカンの大部分が、このゾーンへの供給中に存在する、未反応アルカン成分、主にメタンとの反応時に、一臭素化アルカンに選択的に変換されてもよい。Ｃ１およびジブロモメタンが反応物である、実施例として、変換は、以下の一般的反応に従って起こると考えられる。
ＣＨ４＋ＣＨ２Ｂｒ２→２ＣＨ３Ｂｒ
熱的および触媒リアクタの両方の中の高温により、臭素は、本質的に完全に変換される。触媒シフトリアクタで使用される触媒は、メタンとの臭素（触媒表面上のジブロモメタンの解離吸着によって供給される）の選択的触媒反応を介して臭化メチルを生じるように、メタンとのジブロモメタンの選択的反応を推進すると考えられる。
【０１１０】
フリーラジカル熱的臭素化反応は、熱的臭素化ゾーンの中で完全に遊離気相において起こってもよいが、フリーラジカル臭素化の少なくとも一部分は、触媒シフト反応ゾーンの出口においてモノブロモメタンに対する所望の選択性を依然として達成しながら、触媒シフト反応ゾーンの中の触媒リアクタ床の浅い領域に存在する空間内で起こり、実質的に完了してもよい。
【０１１１】
二または三臭素化アルカンに対する一臭素化アルカンの有意に増加した比を含有する、触媒シフト反応ゾーンからの流出物は、図１〜９に図示され、上記で詳細に説明される、本発明の過程の実施形態による合成リアクタ等に関して、さらなる処理のために輸送されてもよい。図16および17の実施形態と同様に、過程によって生産され、または供給ガスに含有されるＣ２＋成分は、Ｃ１＋熱的臭素化への供給が許容量のＣ２＋を含有するように、除去され、具体的には、Ｃ３＋が、液体臭素供給のわずかを使用して、図１６および１７に図示されるようにＣ２＋熱的臭素化リアクタの中で処理されてもよく、流出物が、さらに処理されてもよい。
【０１１２】
図１９で概して図示される本発明の過程の実施形態によれば、臭素液体は、メタン（ＣＨ４）含有供給ガスと組み合わせられる。液体臭素は、最初に、ガス状供給と混合されてもよく、混合物は、臭素の蒸発を達成するように加熱されてもよく、またはガスは、最初に、過熱されてもよく、液体は、熱ガスに導入されてもよく、そこで蒸発させられる。臭素化されている主にメタンを含有する供給ガスの中で、メタンの比較的高い濃度、例えば、９０ｍｏｌ％以上を提供するよう、低分子量アルカンを含有する供給ガスは、必要であれば、供給ガス中のＣ２＋低分子量炭化水素の濃度を低減するように処理されることが好ましい。いくらかのＣ２＋炭化水素が臭素化リアクタの中で許容されてもよいが、そのより高い濃度、特に、Ｃ３＋炭化水素のより高い濃度は、臭素化リアクタならびに下流構成要素の中の汚染および詰まりを引き起こす、炭素含有コークス様固体の急速形成をもたらす場合がある。いくつかの実施形態では、硫黄化合物および二酸化炭素等の望ましくない化合物を除去するように、供給ガスを処理することが望ましくてもよい。いずれにしても、少量の二酸化炭素、例えば、約２ｍｏｌ％未満を、本発明の過程への供給ガス中で許容できることに留意することが重要である。
【０１１３】
熱的臭素化リアクタへの供給で利用されてもよい、臭素に対するメタンの比は、供給のＣ２＋含有量ならびに温度の関数である。供給中のより低いＣ２＋含有量およびより低い温度での動作は、より低いメタン対臭素比での動作を可能にしてもよい。さらに、本発明の触媒シフトリアクタが熱的臭素化の下流で操作される時のように、熱的臭素化ステップで発生する全ての臭素の完全反応の制約が必要とされない場合、これは、より低い温度での動作、したがって、２．５対１の以前の好ましい最小を下回るメタン対臭素比での動作を促進してもよい。したがって、触媒シフトリアクタを加えて、供給ガスのＣ２＋含有量の適切な制御があると、熱的臭素化リアクタへの供給中のメタン対臭素のモル比は、約７対１未満であるが、約１．２５対１よりも大きく、好ましくは約４対１未満であるが、約１．５対１よりも大きく、好ましくは約３対１未満であるが、約１．６７対１よりも大きい。供給ガスは、約３００℃から約５５０℃の間であるが、好ましくは、約３５０℃から約５００℃の範囲内で、熱交換器へ渡され、液体臭素は、蒸発させられる。
【０１１４】
加熱された供給ガスが、リアクタに導入され、主にメタンを含み、許容可能量のＣ２＋低分子量アルカン成分を含む供給ガス内に存在する低分子量アルカンの臭素化は、熱的に進行する。必要であれば、熱的臭素化リアクタは、混合物が約３００℃から約５５０℃の範囲内の反応開始温度まで加熱されたままであることを確実にするように、入口予熱器ゾーン（上記で説明されるゾーン２８、１２８、および２２８と同様である）を含有してもよい。メタンの場合、臭化メチルの形成は、以下の一般的反応に従って起こると考えられる。
ＣＨ４（ｇ）＋Ｂｒ２（ｇ）→ＣＨ３Ｂｒ（ｇ）＋ＨＢｒ（ｇ）
未反応臭素、臭化アルキル、臭化水素、および未反応アルカン、主にメタンを含有する供給ガスの結果として生じた混合物は、後に冷却され、分留カラムへ輸送されてもよく、ポリ臭素化アルカン、例えば、二および三臭素化アルカンは、この混合物から除去される。そのようなポリ臭素化アルカンを含有する、分留カラム底部液体は、液体のわずかを蒸発させ、液体中の上級ポリ臭素化アルカンから残留低級モノブロモメタンを揮散する、分留再蒸発器へ渡され、これらの蒸気は、分留器へ再循環させられる。次いで、ポリ臭素化アルカンは、主にメタンを含有する供給ガスと組み合わせられ、蒸発させられ、約４５０℃から約５００℃の温度まで予熱され、触媒シフトリアクタに導入され、ポリ臭素化アルカンは、主に一臭素化アルカンおよび臭化水素をさらに形成するように、メタンと反応させられる。臭化アルキルおよび臭化水素は、図１〜９に図示され、上記で詳細に説明される、本発明の過程の実施形態による合成リアクタ等に関して、さらなる処理のために、触媒シフトリアクタから輸送されてもよい。分留カラムの中でポリ臭素化アルカンから分離されている分留器オーバーヘッドの蒸気中の成分は、凝縮器へ運搬されてもよく、残りのポリ臭素化アルカンは、凝縮され、分留カラムへ還流させられてもよい。主に臭化アルキルおよび臭化水素を含む、残りの流れもまた、図１〜９に図示され、上記で詳細に説明される、本発明の過程の実施形態による合成リアクタ等に関して、さらなる処理のために輸送されてもよい。
【０１１５】
過程によって生産され、または供給ガスに含有されるＣ２＋成分は、Ｃ１＋熱的臭素化への供給が許容量のＣ２＋を含有するように、除去され、具体的には、Ｃ３＋が、液体臭素供給のわずかを使用してＣ２＋熱的臭素化リアクタの中で処理されてもよい。Ｃ２＋熱的臭素化リアクタは、約４対１から約１．２５対１の範囲内、好ましくは約２対１から約１．５対１の範囲内のアルカン対臭素比で、および約２５０℃から５５０℃の範囲内の温度で動作する。Ｃ２＋熱的臭素化からの流出物は、種々の臭化アルキルを含有し、臭化水素は、例えば、触媒シフトリアクタからの流出物と混同されることによって、さらに処理されてもよく、混合物は、触媒合成リアクタへ渡されてもよく、混合物中の種々の臭化アルキルは、高分子量炭化水素生成物および付加的な臭化水素を生産するように、脱ハロゲン化水素化／オリゴマー化を受ける。
【０１１６】
図１９で概して図示される本発明の過程の実施形態において触媒シフトリアクタで有用な触媒は、金属ハロゲン化物または金属酸素・ハロゲン化物の両方、あるいはそれらの混合物を形成することが可能である、金属元素であってもよく、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｗ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｙ、Ｚｒ、Ｍｇ、およびＣａを含む。触媒活性金属ハロゲン化物または金属酸素・ハロゲン化物の形成に有用であってもよい、ハロゲンは、Ｂｒ、Ｃｌ、およびＦであり、Ｂｒが好ましい。触媒は、最初に、触媒担体上に分散された金属臭化物として調製されてもよいが、金属硝酸塩前駆体溶液を利用する初期湿潤技法によって、金属酸化物を分散させることが、概してより一般的であり、その後に、空気または他の酸化ガス混合物中で高温において乾燥および焼成が続く。さらに、多くの金属臭化物塩が吸湿性であるため、取扱、貯蔵、および輸送は、特殊な手段を必要としてもよい。したがって、シフトリアクタで使用される触媒は、最も実用的に、金属酸化物状態のみで市販されてもよい。そのような金属酸化物触媒は、熱的臭素化反応からの流出物中に存在する、臭化水素、臭化メチル、ジブロモメタン、または他の臭化アルキルとのその反応により、経時的に、金属臭化物または金属酸素・臭化物、あるいはそれらの混合物に変換されるため、最初に、図１６の触媒シフトリアクタで採用されてもよい。しかしながら、触媒シフトリアクタの中の金属酸化物触媒の活性が、金属臭化物または金属酸素・臭化物の活性よりも目につくほど少なく、変換が完了するまで炭素損失またはコークス化が増加させられるため、臭化水素酸および同伴ガス、例えば、メタンまたは窒素との反応によって等、任意の好適な手段によって、触媒シフトリアクタに供給を導入する前に、金属酸化物触媒を金属臭化物または金属酸素・臭化物、またはそれらの混合物に変換することが望ましくてもよい。
【０１１７】
触媒シフトリアクタの中では、熱的臭素化リアクタからの流出物に含有される臭化アルキル中に存在してもよい、二および三臭素化アルカンの大部分が、供給中に存在する、未反応アルカン成分、主にメタンとの反応時に、一臭素化アルカンに選択的に変換されてもよい。Ｃ１およびジブロモメタンが反応物である、実施例として、変換は、以下の一般的反応に従って起こると考えられる。
ＣＨ４＋ＣＨ２Ｂｒ２→２ＣＨ３Ｂｒ
熱的および触媒リアクタの両方の中の高温により、臭素は、本質的に完全に変換される。触媒シフトリアクタで使用される触媒は、メタンとの臭素（触媒表面上のジブロモメタンの解離吸着によって供給される）の選択的触媒反応を介して臭化メチルを生じるように、メタンとのジブロモメタンの選択的反応を推進すると考えられる。
【０１１８】
図２〜１３に図示され、上記で説明される本発明の過程の実施形態のうちのいずれかでのリアクタ３０、１３０、および２３０を含む、臭素化過程概略図の代わりに、図１６〜１９に図示され、上記で説明される臭素化リアクタを含む、触媒臭素化過程概略図を利用することができる。概して図１６〜１９に図示されるような、本発明の過程の触媒臭素化の実施形態のうちのいずれかによる、臭素化は、他の臭素化概略図によって達成されるものと比べて、はるかに低いメタン対臭素比における増大した炭素利用率をもたらすと考えられる。これは、より高い生成物収率、より長いサイクルの長さ、容器容量およびガスリサイクルの低減、生成物回収、および有用性要件をもたらし、それにより、過程の全体的経済性を劇的に向上させてもよい。
【０１１９】
図１６、１７、および１９に図示され、上記で説明される、本発明の過程の実施形態は、臭素化リアクタに導入するための臭素蒸気および適切な供給ガスの混合物を得るように、液体臭素を蒸発させる異なる方式を開示するが、単純に、臭素が商業的に、または蒸気形態で過程の流れとして利用可能である場合において、適切な供給ガスおよび臭素蒸気の混合物を供給することによって、これらの実施形態で説明される臭素化リアクタを操作できることが、当業者に明白となるであろう。さらに、図１８に図示され、上記で説明される本発明の過程の実施形態は、臭素化リアクタに導入する前に適切な供給ガスおよび臭素蒸気の混合物を加熱することを開示するが、臭素が商業的に、または蒸気形態で過程の流れとして利用可能である、この実施形態で説明される臭素化リアクタへの導入前に、図１６、１７、または１９の実施形態に従って臭素液体を蒸発できることが、当業者に明白となるであろう。
【０１２０】
熱的臭素化を開始するのに十分な温度まで、供給ガス、臭素混合物を加熱するための手段が、単純な外部加熱された熱交換器として図１６〜１９に図示されているが、この混合物を加熱する他の方法が、当業者に明白となるであろう。例えば、熱的臭素化を開始するのに十分な温度まで供給ガスおよび臭素蒸気の混合物を加熱するために、他の高温の過程の流れとの相互交換、高温不活性材料の注入、電磁放射、電離放射線、放電、および口火による加熱を利用することができる。これらの方法は、熱的臭素化リアクタまたはゾーンの中へ、熱的臭素化リアクタまたはゾーンの中で、あるいは両方で混合物を導入する前に行われてもよい。
【０１２１】
本発明のより良好な理解を促進するために、いくつかの実施形態のある側面の以下の実施例が挙げられる。以下の実施例は、本発明の範囲全体を制限または定義する方式で読まれる、または解釈されるべきではない。
【実施例】
【０１２２】
（実施例１）
種々の混合物比におけるメタンおよび蒸発臭素の混合物は、電気発熱体を使用して３つのゾーンの中で外部から加熱される、中を空にした管状リアクタを通って垂直に上向きに流される。上部（出口）ゾーンは、約４９４℃の平均温度で維持され、中間ゾーンは、約４５０℃の平均温度で維持され、入口（予熱）ゾーンは、約１５０℃から約３００℃の範囲にわたる種々の温度で操作される。反応滞留時間は、約２．０〜４．５秒に及んだ。図１４で描写されるように、臭素化リアクタに導入されるメタン対臭素のモル比を２．５以上に増加させることは、約７０％の一臭素化選択性の有意な増加をもたらす。約５のメタン対臭素のモル比では、一臭素化選択性が平均して約８０％となる一方で、約１０のメタン対臭素のモル比では、一臭素化選択性は８０％を超える。図１５でさらに描写されるように、２．５を上回るメタン対臭素比における、この増加した一臭素化選択性は、４．８の比については約３．２５秒、約５．２の比については約２秒の短い滞留時間で達成される。約２．５の好ましい最小比を下回る、約２．１の低いメタン対臭素比で得られる、一式のデータ点例において、リアクタ流出物中のＣＨ３Ｂｒ濃度は平均して約１６．８ｍｏｌ％となり、ＣＨ２Ｂｒ２濃度は平均して約６．８ｍｏｌ％となり、ＨＢｒ濃度は望ましくないほど高く、平均して約３３．７ｍｏｌ％となる。約２．５の最小の好ましい比のすぐ上である、約２．６のメタン対臭素比では、リアクタ流出物中のＣＨ３Ｂｒ濃度は平均して約１５．４ｍｏｌ％となり、ＣＨ２Ｂｒ２濃度は平均して約５ｍｏｌ％となり、ＨＢｒ濃度は平均して約２６．４ｍｏｌ％となる。約４．８のより好ましいメタン対臭素比では、リアクタ流出物中のＣＨ３Ｂｒ濃度は平均して約１０．７ｍｏｌ％となり、ＣＨ２Ｂｒ２濃度は平均して約３．１ｍｏｌ％となり、ＨＢｒ濃度は平均して約１６．８ｍｏｌ％となる。
【０１２３】
（実施例２）
外部加熱された開放管（公称３／８インチ直径）の実験室規模の熱的臭素化リアクタ（Ｒ-１ａ）が、本発明によれば、約４９０℃および約６５０°ｈｒ-１のＧＨＳＶで動作する公称１インチ直径の触媒シフトリアクタ（Ｒ-１ｂ）とともに、直列に上流で操作される。メタン、臭素、および窒素の流量は、第１の開放管熱的臭素化リアクタへの３：１または２：１の標的供給ＣＨ４：Ｂｒ２比まで制御される。２つの標的ＣＨ４：Ｂｒ２供給比の混合物のそれぞれについて、第１の開放管熱的臭素化リアクタは、開放管熱リアクタの中で熱気相フリーラジカル臭素化反応を開始するように（４２５℃、４５０℃、および４７０℃での入口から上部出口までの３ゾーン温度プロファイルで）加熱される。触媒シフトリアクタへの入口および出口ガスのサンプルの組成が、２つの異なる標的メタン・臭素混合物について以下の表に示されている。熱的臭素化が触媒シフトリアクタの上流で開始される時に、触媒シフトリアクタへの供給は、モノブロモメタン（ＭｅＢｒまたはＣＨ３Ｂｒ）に対する比較的低い選択性およびジブロモメタン（ＤＢＭまたはＣＨ２Ｂｒ２）に対する比較的高い選択性を有し、それにもかかわらず、熱的臭素化反応で形成されるＣＨ２Ｂｒ２は、触媒シフトリアクタの中の触媒上で過剰な未反応アルカン（メタン）と反応してＣＨ２Ｂｒ２をＣＨ２Ｂｒに変換し、モノブロモメタンに対する高い最終出口選択性をもたらす（表１および２の結果を参照）。
【０１２４】
【表１】
2013530183.tif 000003
【０１２５】
【表２】
2013530183.tif 000004
（実施例３）
外部加熱された実験室規模の触媒シフトリアクタ（公称１インチ直径）が、本発明によれば、約４９０℃および約６５０ｈｒ-１のＧＨＳＶで操作される。メタン、臭素、および窒素の流量は、３：１の標的供給ＣＨ４：Ｂｒ２比まで制御され、第１の開放管熱的臭素化リアクタ（Ｒ-１ａ）の中で約１７５℃まで予熱され、触媒シフトリアクタ（Ｒ-１ｂ）へ供給される。
【０１２６】
触媒は、最初に、湿潤前駆体含浸／後焼成方法を使用して調製された、シリカ担体上に分散された酸化鉄および酸化モリブデンの混合物から成った。各試験前に、触媒は、約４９０℃の温度で維持され、メタン・臭素反応物の導入前に、触媒が最初の酸化物形態であり、次いで、Ｎ２で浄化されたことを確実にするように、数時間にわたって酸素および窒素の混合物とともに焼成／再生される。図２０に図示されるように、ＣＨ３Ｂｒ（ＭｅＢｒ）の量は、最初の約３０時間にわたって時間とともに増加し、ＣＨ２Ｂｒ２（ＤＢＭ）の量は、約６０時間にわたってより遅い速度で増加する。同様に、炭素利用率（反応させられるＣＨ４の量に対して比較した、リアクタの中で観察される（ＣＨ３Ｂｒ＋ＣＨ２Ｂｒ２）の量の割合として定義される）は、最初の約４０時間にわたって増加し、その後１００時間でほぼ１００％に維持される。これは、最初に酸化物状態である触媒が、あまり活性ではなく、ＣＨ３ＢｒおよびＣＨ２Ｂｒ２のうちのいくらかが、最初に、触媒上のコークスまたは炭素質堆積物の形成に失われることを示す。実行にわたって、触媒がより活性になり、コークス化の速度が下降することが分かり、触媒上に存在する金属酸化物の少なくとも一部分が、フリーラジカル臭素化反応の、また、おそらくは臭化アルキル（ＣＨ３Ｂｒおよび／またはＣＨ２Ｂｒ２）のうちのいくらかからの臭化水素（ＨＢｒ）副生成物との金属酸化物の反応によって、金属臭化物または酸素・臭化物に変換されると推測することができる。さらに、メタンおよび臭素反応物の導入前に、長期間にわたって触媒上でＨＢｒおよびＮ２の混合物を通過させることによって、最初に酸素・窒素混合物における焼成からの酸化物状態である触媒が、事前調整される、対照実験が実行された時に（図２０に図示されていない）、ほぼ１００％の最初の観察炭素利用率が観察され、高い利用率が試験実行の全体を通して維持される。
【０１２７】
したがって、その最も活性で安定した状態での触媒の所望の機能は、金属臭化物および／または金属酸素・臭化物の存在を伴う。これは、不活性担体上の好適な金属臭化物の最初の堆積によって得ることができる。好ましくは、これらの安定した活性種は、最初に酸化物状態である好適な金属または金属の混合物を含有する触媒から始まる、反応条件下で原位置において得ることができるが、より好ましくは、臭化水素を使用した、金属臭化物または金属酸素・臭化物状態への初期金属酸化物の原位置での事前変換／事前活性化によって得ることができる。
【０１２８】
（実施例４）
外部加熱された実験室規模の触媒シフトリアクタ（公称１インチ直径）が、本発明によれば、約６５０ｈｒ-１のＧＨＳＶで種々の温度において操作される。メタン、臭素、および窒素の流量は、３：１の標的供給ＣＨ４：Ｂｒ２比まで制御され、第１の開放管熱的臭素化リアクタ（Ｒ-１ａ）の中で約１７５℃まで予熱され、最初に４９０℃で操作され、約１２５時間の期間にわたって安定化することが許可される、触媒シフトリアクタ（Ｒ-１ｂ）へ供給される。図表から分かるように、炭素利用率は、ほぼ１００％であり、４９０℃の初期動作温度でのＣＨ３Ｂｒ（ＭｅＢｒ）選択性は、約８０％である。約１４０時間で、触媒シフトリアクタ（Ｒ-１ｂ）温度は、５１０℃まで上昇させられ、ＣＨ３Ｂｒ選択性を約８５％まで増加させ、ほぼ１００％の炭素利用率が維持される。約１５５時間で、触媒シフトリアクタ（Ｒ-１ｂ）温度は、５２０℃まで上昇させられ、ＣＨ３Ｂｒ選択性を約８８％まで増加させ、ほぼ１００％の炭素利用率が維持される。約１８８時間で、触媒シフトリアクタ（Ｒ-１ｂ）温度は、５３０℃まで上昇させられ、ＣＨ３Ｂｒ選択性を約９０％まで増加させ、ほぼ１００％の炭素利用率が維持される。後に、約２００時間後に、触媒シフトリアクタ（Ｒ-１ｂ）温度は、約１０℃増分で上昇させられ、約５７０℃でＣＨ３Ｂｒ選択性を最大約９３％まで徐々に増加させ、ほぼ１００％の炭素利用率が維持される。約２２０時間後に、触媒シフトリアクタ（Ｒ-１ｂ）温度は、５８０℃まで上昇させられ、ＣＨ３Ｂｒ選択性のさらなる増加を引き起こさないが、炭素利用率の有意な降下が顕著であり、好ましい触媒上の効率的な反応のための最適温度が、約５８０℃未満であることを示す。
【０１２９】
別の実施形態によれば、本発明の過程で使用される１つ以上のリアクタの代わりに、マイクロチャネルリアクタが採用されてもよい。図２２および２２Ａに図示されるように、マイクロチャネルリアクタは、実質的に平行に積み重ねられ、例えば、当業者に明白となるように、隣接する板の間に密封および流路４１２、４１４を形成するように融着によって、縁において、または交互縁において結合されてもよい、多数の離間した板４１０から形成されてもよい。板の各スタックの１つ以上の側面は、マイクロチャネルリアクタモジュール４００を形成するように、流体入力および出力のための適切なサイズのマニホールドを装着されてもよい。所与のモジュールが、隣接する板４１０の間に画定される何百または何千もの流路４１２、４１４を含有するよう構築されてもよいように、所与のマイクロチャネルリアクタモジュール内の隣接する板は、例えば、約０．５ｍｍから約５．０ｍｍの短い距離で離間されてもよい。板４１０は、任意の好適な材料、例えば、金属、セラミック、またはガラスで構築されてもよい。
【０１３０】
本発明のこの実施形態によれば、少なくとも１つのマイクロチャネルリアクタモジュール４００は、リアクタ３３、１３３、２３３等の臭化アルキル変換リアクタまたは合成リアクタとして、１６、１１７、２４０、および２４６等の金属酸化物／臭化物リアクタまたは酸化リアクタとして、または上記で説明されるような本発明の実施形態における合成リアクタおよび酸化リアクタの両方として採用されてもよい。図２２Ａに図示されるように、マイクロチャネルリアクタモジュール４００は、好ましくは、金属で構築され、交互の過程流路４１４および共用流路４１２を有してもよい。モジュールは、好ましくは、モジュールの各端上の流路が共用サービス用であるように、１つ以上の共用流路４１２を伴って構成されてもよい。臭化アルキル反応および酸化反応の両方が発熱であるため、市販の熱伝達流体、過程流体、または水等の冷却媒体は、熱を除去するように、共用通路または流路を通して循環させられてもよい。市販の熱伝達流体、過程流体、または水等の加熱媒体もまた、所与のリアクタを予熱するように、過程始動中に共用通路または流路を通して循環させられてもよい。図２２Ａでさらに図示されるように、過程流路４１４を通る反応物流は、共用流路４１２を通る冷却または加熱媒体への横流であってもよい。
【０１３１】
少なくとも１つのマイクロチャネルリアクタモジュール４００はまた、上記で説明される本発明の実施形態におけるリアクタ３３、１３３、２３３等の熱的または触媒臭素化リアクタとして、あるいは両方の種類のリアクタが上記で説明されるような本発明の過程で利用される、熱的および触媒臭素化リアクタの両方として、採用されてもよい。臭素化反応が発熱であるため、市販の熱伝達流体、過程流体、または水等の冷却媒体は、熱を除去するように、共用通路または流路を通して循環させられてもよい。市販の熱伝達流体、過程流体、または水等の加熱媒体もまた、臭素化リアクタを予熱するように、過程始動中に共用通路を通して循環させられてもよい。
【０１３２】
少なくとも１つのマイクロチャネルリアクタモジュールはまた、熱的または触媒シフトリアクタ、例えば、上記で説明される本発明の実施形態におけるシフトリアクタ４１０として採用されてもよい。シフト反応が発熱であるため、市販の熱伝達流体、過程流体、または水等の冷却媒体は、熱を除去するように、共用通路または流路を通して循環させられてもよい。市販の熱伝達流体、過程流体、または水等の加熱媒体もまた、シフトリアクタを予熱するように、過程始動中に共用通路を通して循環させられてもよい。
【０１３３】
少なくとも１つのマイクロチャネルリアクタモジュール４００はまた、リアクタ３１０、リアクタ３２０等の金属臭化物を含有する臭素貯蔵リアクタ、あるいは上記で説明される本発明の過程の実施形態において臭素を貯蔵および放出するように、リアクタ３１０および３２０の両方として、採用されてもよい。臭素貯蔵ステップ中のリアクタ３１０および３２０にわたる温度上昇を制限するよう、市販の熱伝達流体、過程流体、または水等の冷却媒体は、熱を除去するように、マイクロチャネルリアクタモジュールの共用通路を通して循環させられてもよい。市販の熱伝達流体、過程流体、または水等の熱伝達媒体もまた、リアクタ３１０および３２０の循環ステップ間で固体床３１２および３２２の冷却および加熱を達成するように、マイクロチャネルリアクタモジュールの共用通路を通して循環させられてもよい。
【０１３４】
１つ以上のマイクロチャネルリアクタモジュール４００は、臭素化リアクタ、合成リアクタ、シフトリアクタ、酸化リアクタ、臭素貯蔵リアクタ、これらのリアクタのうちの２つ以上の組み合わせ、または本発明の過程におけるこれらのリアクタの全てとして採用されてもよい。
【０１３５】
本発明の過程で臭素化リアクタ、合成リアクタ、シフトリアクタ、または酸化リアクタとして採用される、マイクロチャネルリアクタモジュールで使用される触媒のそれぞれは、当業者に明白となるように、任意の好適な形態となり、リアクタの過程流路に詰め込まれる。代替として、触媒は、過程流路内の所与のマイクロチャネルリアクタの板の一方または両方の面に結合され、あるいは過程流路内の板の一方または両方の面の上で合成されてもよい。過程通路が、大気圧以上で動作するように設計されてもよい一方で、共用通路は、過程および共用通路の間の圧力差による機械的損傷を阻止するよう、過程通路の圧力で、またはその付近で動作する。臭素貯蔵リアクタ３１０および３２０で使用される金属臭化物もまた、当業者に明白となるように、任意の好適な形態となりリアクタの過程流路に詰め込まれる。代替として、臭素貯蔵リアクタ３１０、３２０で使用される金属臭化物は、過程流路内の所与のマイクロチャネルリアクタの板の一方または両方の面に結合され、あるいは過程流路内の板の一方または両方の面の上で合成されてもよい。
【０１３６】
図２３に図示されるように、１つ以上のモジュールが、大気圧を上回る圧力において工場で使用するために、シェル４２０内に位置付けられ、それに固定されてもよい。商業規模のマイクロチャネルリアクタモジュールが比較的小さく、例えば、直径が約３〜約４フィートであるため、当業者に明白となるように、所与の過程スループットに必要とされる流量面積を提供するように、複数のリアクタモジュールが接続されてもよい。
【０１３７】
マイクロチャネルリアクタが、過程流体の混合および触媒への暴露を向上させてもよいため、本発明の過程およびシステムでの１つ以上のマイクロチャネルリアクタの使用は、触媒が採用されるリアクタにおいて、選択性を増進し、反応速度を向上させ、または両方を行ってもよい。さらに、細い過程流路は、触媒床にわたって温度制御を有意に向上させる、熱および質量伝達を向上させてもよく、それにより、触媒活性および寿命を向上させる。より効率的な熱伝達は、不要な副反応を阻害し、本発明の過程でより活性な触媒を利用する能力を増大させてもよい。触媒は、比較的小さい粒径においてマイクロチャネルリアクタで採用されるため、触媒表面積が増大させられ、従来の触媒リアクタにおいて達成されるものと比べて、増大した触媒活性をもたらす。そのような触媒生産性の向上は、１つ以上のマイクロチャネルリアクタを採用する本発明の過程およびシステムの合計据え付け後費用を実質的に削減することに変換してもよい。マイクロチャネルリアクタは、商業用リアクタよりも有意に小さいため、マイクロチャネルリアクタの使用は、より小型の用途で有用であってもよい、より小さい接地面積および薄型をもたらしてもよい。これらの利点の多くは、同様に、臭素貯蔵リアクタ３１０および３２０の中で捕捉および貯蔵するために使用される、金属臭化物に該当する。
【０１３８】
本発明の過程は、約１バールから約３０バールの範囲内の低い圧力で、および気相については約２０℃から約６００℃、好ましくは液相については約２０℃から約１８０℃の範囲内の比較的低い温度で動作するため、本発明の過程は、従来の過程よりも安価である。これらの動作条件は、容易に入手可能な金属合金から構築されている比較的単純な設計の安価な機器、高温気相リアクタ用のガラス裏地付き耐火／セラミック裏地付き機器、ならびに液相含有機器用の関連機器およびポリマー裏地付きまたはガラス裏地容器、配管、およびポンプの使用を可能にする。本発明の過程はまた、より少ないエネルギーが動作に必要とされ、不要な副生成物としての過剰な二酸化炭素の生産が最小限化されるため、より効率的である。本発明の過程で利用されるリアクタおよび過程機器は、当業者に明白となるように、任意の好適な設計であってもよい。
【０１３９】
本発明の過程は、液化石油ガス（ＬＰＧ）中の種々の分子量成分を含有する高分子量炭化水素、オレフィン、かなりの芳香族含有量を有する自動車用ガソリン燃料範囲を直接生産することが可能であり、それにより、ガソリン範囲燃料成分のオクタン値を有意に増加させる。これらの高分子量炭化水素は、過程で採用される特定の触媒および過程の動作パラメータに応じて、生成物として、中間生成物として、および／またはさらなる処理のための原料として、直接使用されてもよい。例えば、本発明の過程によって得られる高分子量炭化水素は、燃料調合剤として、またはさらなる処理のための原料として、かなりの芳香族含有量を有する、自動車用ガソリン燃料として直接使用されてもよい。
【０１４０】
オレフィンが本発明の過程によって生産される場合、そのようなオレフィンは、ポリオレフィンを生産するための過程への供給として使用されてもよい。
【０１４１】
本発明の先述の好ましい実施形態が説明され、示されているが、提案されるものおよびその他等の代替案および修正が、それらに行われ、本発明の範囲内に入ってもよいことが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2013530183.tif 000017
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２２Ａ】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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