(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内径を有する流入口と、内径を有する上部チャンバと、内径を有する少なくとも１つの降水管とを備え、前記流入口内径は、前記上部チャンバ内径の少なくとも９０％であり、前記流入口の前記内径と前記降水管内径との比率は、３を超え、前記降水管は一様な径を有する、せきクエンチ。
【請求項２】
前記流入口内径と前記降水管内径との比率は、６未満である、請求項１に記載のせきクエンチ。
【請求項３】
前記せきクエンチは、１つを超える降水管を備える、請求項１に記載のせきクエンチ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの降水管は、少なくとも１インチの内径を有する、請求項１に記載のせきクエンチ。
【請求項５】
前記降水管長さと前記降水管内径との比率は、３〜８である、請求項１または４に記載のせきクエンチ。
【請求項６】
前記少なくとも１つの降水管に対して動作可能に配置される下部チャンバをさらに備え、前記下部チャンバは、バッフルを備える、請求項１に記載のせきクエンチ。
【請求項７】
装置であって、
内径を伴う流出口を有する反応器と、
請求項１〜６のいずれか１項に記載のせきクエンチと、
を備える、装置。
【請求項８】
限定試薬を含む化学過程からのガス状生成物ストリームをクエンチするための方法であって、
内径を伴う流出口を有する反応器から、内径を有する流入口を伴うせきクエンチ、内径を有する上部チャンバ、および内径を有する少なくとも１つの降水管に前記ガス状生成物ストリームを提供することを含み、前記反応器流出口内径と前記せきクエンチ流入口内径との比率は、１を超え、前記流入口内径は、前記上部チャンバ内径の少なくとも９０％であり、前記流入口の前記内径と前記降水管内径との比率は、３を超え、前記降水管は一様な径を有する、
方法。
【請求項９】
クエンチ流として反応生成物を使用することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記クエンチ流と前記生成物ストリームとの質量流量比率は、少なくとも２であり、前記クエンチ流の温度は、２５０℃未満である、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、効率的かつ効果的なせきクエンチ、ならびに反応器およびせきクエンチを備える装置に関する。また、それらを組み込んだ過程も提供される。
【背景技術】
【０００２】
ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）製品は、冷凍、空調、泡膨張を含む数多くの用途で、および医療用エアロゾルデバイスを含むエアロゾル製品のための推進剤として、広く利用されている。ＨＦＣは、ＨＦＣが置き換えたクロロフルオロカーボンおよびハイドロクロロフルオロカーボン製品よりも気候に優しいことが証明されているが、現在、ＨＦＣは、かなりの地球温暖化係数（ＧＷＰ）を呈することが発見されている。
【０００３】
現在のフルオロカーボン製品に対するより許容可能な代替物の調査は、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）生成物の出現につながった。ＨＦＯの先行物と比較して、ＨＦＯは、ＨＦＣと比較してオゾン層に対する有害な影響がより少ないか、または全く無い形態で、およびはるかに低いＧＷＰの形態で、環境に対して及ぼす影響がより少ないと予期される。好都合なことに、ＨＦＯはまた、低引火性および低毒性も呈する。
【０００４】
ＨＦＯの環境的な、したがって経済的な重要性が生じ、よって、ＨＦＯの生成に利用される前駆体に対する需要を有する。数多くの所望のＨＦＯ化合物、例えば、２，３，３，３−テトラフルオロプロパ−１−エンまたは１，３，３，３−テトラフルオロプロパ−１−エン等は、一般的に、クロロカーボンまたはクロロフルオロカーボン、および特に塩素化プロペンの原料を利用して生成され得る。
【０００５】
残念なことに、多くの塩素化プロペン類は、従来の過程が一般的にそれらの製造に利用され、その結果、大量の廃棄物および／または副生成物が生成されるといった傾向に少なくとも部分的に起因して、商業的入手性が制限され得、および／または潜在的に極端に高いコストでしか入手できない場合がある。例えば、塩素化プロペンを生成するための多くの従来の過程は、限定試薬の部分的な転換だけを必要とし、よって、限定試薬の過剰な転換は、大量の副生成物の生成をもたらす。塩素化過程における水または他の水性溶媒の使用は、無水ＨＣｌよりも価値の低い大量の水性ＨＣｌの生成をもたらす可能性があるので、水または他の水性溶媒によって反応をクエンチすることによって、転換を所望のレベルに限定しようとする際に過剰な廃棄物が生成され得る。任意の量の逆反応または未転換の限定試薬の滞留時間の増加は、どのような溶媒においても、望ましくない転換レベルおよび反応選択性の減少につながる可能性があるので、非水性溶媒によってそのような反応をクエンチすることはまた、最適ではない可能性もある。
【０００６】
生成されるそのような任意の廃棄物および／または副生成物を、最終生成物から分離し、処分しなければならないだけでなく、それらを行う前にシステムを汚染する可能性がある。これらの結果はどちらも、相当な支出をもたらし、過程の商業的可能性をさらに限定し、そのような廃棄物および／または副生成物の生成が低減または排除されない。さらに、これらの問題は、過程のスケールアップに悪影響を及ぼし、よって、大規模な過程は、即座にコストがかかり過ぎるものとなる可能性がある。
【０００７】
非水性溶媒を利用するクエンチ機構が提案されてきたが、塩素化プロペンを生成するための多くの過程で使用するには適切でないクエンチ設計と併せて使用するために提案されている。すなわち、従来のせきクエンチまたはスプレークエンチの設計は、一般的に、ある量の逆混合の発生をもたらし得、この逆混合は、これらのクエンチ設計が使用される状況の範囲内では受け入れられるが、高い転換速度により、許容できない量の副生成物の形成をもたらす可能性がある過程では受け入れられない。また、所望される冷却量を提供するために、有機冷却流体を利用することができる従来のクエンチ機構は、一般的に、非常に高い流速の処理流体および／またはクエンチ流体に適応するように設計される。
【０００８】
したがって、ＨＦＯの合成において有用なクロロカーボン前駆体を生成するための改善された過程を提供することが所望される。より詳しくは、転換速度の望ましくない増加もしくは反応選択性の減少を伴わずに、生成される廃棄物および／または副生成物の量を低減させること、または生成される任意の副生成物および／または廃棄物をコスト効率良く管理する改善された方法が、かなりの商業的な利点を提供する。
【発明の概要】
【０００９】
そのような利点を提供するせきクエンチが本明細書で提供される。より具体的には、せきクエンチは、クエンチ流として非水性処理流体を利用し、よって、水または水性溶媒がクエンチ液体として使用された場合に分かるように、水性酸性廃棄物の生成を低減または排除することができる。さらに、せきクエンチは、少なくとも１つ以上の設計特徴を組み込み、該設計特徴は、例えば、反応流出液の逆反応の低減、せきクエンチ内の詰まりの最小化または排除、クエンチ装置と関連する任意のポンプに対する負荷の低減等を提供することによって、その動作を向上させることができる。その結果、所望の転換が実質的に維持され得、副生成物の形成が最小にされ得、および／または汚染が低減または排除され得る。よりコストの高いクエンチ形式、例えばスプレークエンチとは対照的に、せきクエンチを利用することによって提供されるコスト削減に加えて、削減はさらに、廃棄物および／または副生成物の分離および処分、および／またはシステムから汚染物質を取り除くための過程の中断時間と関連するコストを最小にするか、または完全に回避することによって提供される。いくつかの実施形態では、水性塩化水素ではなく無水塩化水素を生成することができる。無水ＨＣｌは、転用することができ、さらには水性塩化水素について得られる価格よりも高い価格で販売することができる。
【００１０】
本発明の一態様では、せきクエンチが提供される。せきクエンチは、内径を有する流入口と、内径を有する上部チャンバとを備え、流入口内径は、上部チャンバ内径の少なくとも９０％である。せきクエンチはさらに、長さおよび内径を有する少なくとも１つの降水管を備え、流入口内径と降水管の内径との比率は、より大きい２以上、または３、または４以上である。望ましくは、流入口内径と降水管内径との比率は、６未満であり、また、５未満であり得る。少なくとも１つの降水管は、０．５インチ（約１２．７ｍｍ）以上の内径を有し得、いくつかの実施形態では、１インチ（約２５．４ｍｍ）〜１６インチ（約４０６．４ｍｍ）であり得る。降水管長さと降水管内径との比率は、望ましくは、１．５を超え、または２を超え、または３を超え、または４を超え得る。降水管長さと降水管内径との比率は、望ましくは、２０未満、または１２未満、または８未満、または５未満であり得る。降水管の流出口は、下部チャンバに対して流体的に配置され得る。いくつかの実施形態において、下部チャンバは、バッフル、例えばルーフバッフルを備え得る。
【００１１】
せきクエンチの有益な寸法的関係は、せきクエンチが反応器と接続して利用されるときにさらに高められ得、実際に、反応器流出口とせきクエンチとの間の追加的な寸法的関係は、双方の完全な利益を実現することをさらに支援することが発見されている。
【００１２】
よって、別の態様では、内径を伴う流出口を有する反応器と、内径を伴う流入口を有するせきクエンチとを備える装置が提供され、反応器流出口内径とせきクエンチ流入口内径との比率は、１以上である。せきクエンチは、内径を有する流入口と、内径を備える上部チャンバとを備え、流入口内径は、上部チャンバ内径の少なくとも９０％である。せきクエンチはさらに、長さおよび内径を有する少なくとも１つの降水管を備え、流入口内径と降水管内径との比率は、２以上、または３以上、または４以上である。流入口内径と降水管内径との比率は、６未満であり、また、いくつかの実施形態では、５未満であり得る。少なくとも１つの降水管は、０．５インチ（約１２．７ｍｍ）以上の内径を有し、いくつかの実施形態では、１インチ（約２５．４ｍｍ）〜１６インチ（約４０６．４ｍｍ）の内径を有する。降水管長さと降水管内径との比率は、望ましくは、１．５を超え、または２を超え、または３を超え、または４を超え得る。降水管長さと降水管内径との比率は、望ましくは、２０未満、または１２未満、または８未満、または５未満であり得る。
【００１３】
本反応器は、反応器が利用されるガス状過程に対して時間およびコストの削減を提供すると予期されるので、そのような過程も提供される。限定試薬を含む過程は、特定の利益を見出す。
【００１４】
別の態様では、化学過程からのガス状生成物ストリームをクエンチするための過程が提供される。本過程は、内径を伴う流出口を有する反応器からのガス状生成物ストリームを、内径を伴う流入口を有するせきクエンチに提供することを含む。反応器流出口内径とせきクエンチ流入口内径との比率は、少なくとも１である。
【００１５】
クエンチ液体流とガス状流出液との質量流量比率は、少なくとも１、または少なくとも２、または少なくとも３、または少なくとも４である。いくつかの実施形態において、クエンチ流とガス状流出液との質量流量比率は、８未満、または７未満、または６未満、または５未満である。せきクエンチは、流出液の流速が１０フィート／秒（約３．０メートル／秒）未満または１フィート／秒（約０．３メートル／秒）未満である過程で使用され得る。いくつかの実施形態において、クエンチ流の温度は、２０℃を超えるが、他方では、２５０℃未満であり得る。いくつかの実施形態において、クエンチ流の温度は、２０℃〜２５０℃である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明のこれらのおよび他の特徴、態様、および利点は、添付図面を参照しながら以下の発明を実施するための形態を読んだときにより良く理解されるであろう。
【００１７】
【図１】せきクエンチの一実施形態の概略図（原寸に比例しない）である。
【図２】せきクエンチの別の実施形態の概略図（原寸に比例しない）である。
【図３Ａ】例えば、内径（Ｄｒ）を伴う流出口を有する反応器に流体接続される内径（Ｄｉ）を伴う流入口を有する、一実施形態による、せきクエンチの概略図であり、反応器流出口内径（Ｄｒ）とせきクエンチ流入口内径（Ｄｉ）との比率は、１以上である。
【図３Ｂ】反応器に流体接続される従来のせきクエンチの概略図であり、反応器流出口内径（Ｄｒ）とせきクエンチ流入口内径（Ｄｉ）との比率は、１未満である。
【図４】図１で示されるせきクエンチの実施形態を使用して操作される過程の温度等高線を提供する図である。
【図５Ａ】図１で示されるせきクエンチの実施形態を使用して操作される過程のガス容積分率等高線を提供する図である。
【図５Ｂ】図１で示されるせきクエンチの実施形態を使用して操作される過程の速度ベクトルを提供する図である。
【図６】図１で示される実施形態の（ａ）反応器生成物ストリーム温度および（ｂ）（ａ）とクエンチ液体温度との差に対する、クエンチ液体流量と反応器流出液質量流量との比率の影響の図式描写を提供する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本明細書は、本発明をより良く定義し、本発明の実践に際して当業者を案内するための、一定の定義および方法を提供する。特定の用語または句の定義の提供または欠如は、任意の特定の重要性を、または重要性がないことを暗示するものではない。むしろ、別途注記のない限り、用語は、当業者による慣習的な使用に従って理解されるものとする。
【００１９】
本明細書で使用される「第１の」、「第２の」等の用語は、いかなる順序、数量、または重要性を意味するものでもなく、むしろ、１つの要素をもう一方の要素と区別するために使用される。また、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」という用語は、数量の限定を意味するものではなく、むしろ、少なくとも１つの参照される項目が存在することを意味し、また、「前部（ｆｒｏｎｔ）」、「後部（ｂａｃｋ）」、「底部（ｂｏｔｔｏｍ）」、および／または「頂部（ｔｏｐ）」という用語は、別途注記のない限り、単に、説明の便宜のためにだけ使用され、説明される部品が任意の１つの位置または空間的配向に限定されることを意図しない。
【００２０】
範囲が開示される場合は、同じ成分または特性を対象とする全ての範囲の終点を含み、独立して組み合わせ可能である（例えば「最大２５重量％、より具体的には、５重量％〜２０重量％」という範囲は、「５重量％〜２５重量％」の範囲の終点および全ての中間値を含む、等）。本明細書で使用されるとき、パーセント（％）転換は、入来流に対する反応器内の反応物質のモル流または質量流量の変化を比率で示す一方で、パーセント（％）選択率は、反応物質のモル流速の変化に対する反応器内の生成物のモル流速の変化を比率で示す。
【００２１】
本発明は、塩素化および／またはフッ素化したプロペンおよび／またはより高級のアルケンを生成するための過程等の、気相過程での使用に適したせきクエンチを提供する。せきクエンチ機構は、１つ以上の設計特徴を組み込み、該設計特徴は、ｉ）低減された反応流出液の逆混合を提供し、ｉｉ）クエンチ装置内の詰まりを最小にするか、または排除することができる。その結果、所望の転換が実質的に維持され得、副生成物の形成が最小にされ得、および／または汚染が低減または排除され得る。さらに、１つの設計特微によって提供される利点は、該設計特徴を他の設計特徴と組み合わせることによって、おそらくはさらに相乗的に高められ得る。
【００２２】
より具体的には、せきクエンチは、内径（Ｄｉ）を有する流入口と、内径（Ｄｕｃ）を有する上部チャンバとを備える。流入口内径（Ｄｉ）は、望ましくは、上部チャンバの内径（Ｄｕｃ）の少なくとも９０％、または少なくとも９２％、または少なくとも９４％、または少なくとも９６％、または少なくとも９８％であり、さらには実質的に等しい直径である。流入口内径および上部チャンバ内径は、互いに９０％以内であるので、２つの間により大きな差があるときにこの接合面に生じる可能性がある逆混合ゾーンが最小にされるか、さらには排除される。逆混合ゾーンは、いくつかの用途において、熱伝達および冷却速度を増加させるために所望される可能性があるが、逆混合領域は、反応物質の転換が望ましくは制限される過程において、および／または望ましくは冷却される生成物ストリームが分解に敏感であるときに、最適ではない。
【００２３】
いくつかの実施形態において、せきクエンチはまた、長さ（Ｌｄ）および内径（Ｄｄ）を有する少なくとも１つの降水管も有し得、流入口内径（Ｄｉ）と降水管内径（Ｄｄ）との比率は、少なくとも２、または少なくとも３、または少なくとも４である。流入口内径（Ｄｉ）と降水管内径（Ｄｄ）との比率は、望ましくは、６未満または５未満である。いくつかの実施形態において、流入口内径（Ｄｉ）と降水管内径（Ｄｄ）との比率は、３〜６または４〜５であり得る。そのような関係を有するせきクエンチを提供することで、最適な流速、滞留時間、乱流、およびクエンチ液体と望ましくはクエンチされる生成物ストリームとの間の熱伝達を提供することが分かった。この関係はまた、ドライスポット、およびドライスポットが起こったときに生じる可能性がある高温／低温循環を回避するために、降水管内径に対する連続する流下薄膜液体カバレッジの提供を支援することも分かった。
【００２４】
いくつかの実施形態において、せきクエンチには、限定試薬を含む過程に関して使用するためのその適合性をさらに高める、追加的な特徴および／または寸法的関係が提供され得る。より詳しくは、いくつかの実施形態において、せきクエンチには、詰まりを低減または排除するために、１つ以上の設計特徴が提供され得る。せきクエンチを用いた従来の過程は、一般的に、極めて高い流速のガス状流出液を提供し得るので、過程内のどこかにおける詰まりは、一般的に、問題になり得ず、たとえ問題になったとしても、いかなる限定試薬も使用されていないときに、過剰な量の廃棄物および／または副生成物の形成をもたらし得ない。しかしながら、限定試薬の使用が必要とされる過程において、詰まりは、望ましくない量のそのような副生成物および廃棄物の形成をもたらす可能性があるだけでなく、反応器の汚染ももたらす可能性がある。
【００２５】
１つのそのような特徴は、せきクエンチ降水管の内径（Ｄｄ）の最適化である。少なくとも１つの降水管（Ｄｄ）の内径は、望ましくは、少なくとも０．５インチ（約１２．７ｍｍ）であり、いくつかの実施形態では、１インチ（約２５．４ｍｍ）〜１６インチ（約４０６．４ｍｍ）であり得、過程の規模によって影響を受け得る。さらに、降水管長さ（Ｌｄ）とその内径（Ｄｄ）との比率は、過度に大きく、高価なせきクエンチを伴うことなく、十分なクエンチ性能が達成されるように最適化することができる。少なくとも１．５、または少なくとも２、少なくとも３、または少なくとも４の降水管長さ（Ｌｄ）と管内径（Ｄｄ）との比率が最適であることか発見されている。望ましくは、降水管長さ（Ｌｄ）と管内径（Ｄｄ）との比率は、２０未満、または１２未満、または８未満、または５未満である。いくつかの実施形態において、降水管長さと降水管内径との比率は、１．５〜２０、または２〜１２、または３〜８、または４〜５であり得る。せきクエンチの詰まりを低減または最小にすることが発見された別の特徴は、下部チャンバの天井から下側に少なくとも０．１インチ（約２．５ｍｍ）（Ｌｏｄ）の降水管の流出口、クエンチ貯蔵部底部から上側に少なくとも１インチ（約２５．４ｍｍ）のクエンチ流入口の配置である。
【００２６】
せきクエンチの性能はさらに、その下部チャンバでのルーフバッフル等のバッフルの利用を介して最適化され得る。軸対称ルーフバッフルは、好ましくは、降水管の縦軸に垂直な軸に対して角度Ａｂの角度をなす。望ましくは、角度Ａｂは、０．１度以上、または１度以上、または２度以上である。現在、そのようなバッフルの配置はまた、配置されなければせきクエンチの動作において収集する液体の下部プールで起こり得る、任意のガス巻き込みを低減または排除するように作用することができることも発見されている。この下部液体プールにおけるガス巻き込みは、せきクエンチを通る流れを支援するために使用されるポンプの性能に影響を及ぼす可能性がある。ルーフバッフルの使用はまた、液体ガスの分離も支援し得、また、熱交換も高め得る。
【００２７】
説明される特徴の１つ以上は、せきクエンチに好都合に用いられ得、それらの利点は、累積的であり、おそらくは相乗的であると予期される。例えば、設計概念のうちの任意の２つ、任意の３つ、任意の４つ、または全てが用いられ得る。より具体的には、せきクエンチは、０．９〜１の流入口内径（Ｄｉ）と上部チャンバ内径（Ｄｕｃ）との比率を有し得、また、ｉ）２を超える流入口内径（Ｄｉ）と降水管内径（Ｄｄ）との比率を有し得、および／またはｉｉ）少なくとも０．５インチ（約１２．７ｍｍ）の少なくとも１つの降水管の内径（Ｄｄ）を有し得、および／またはｉｉｉ）１．５〜２０の降水管長さ（Ｌｄ）と降水管内径（Ｄｄ）との比率を有し得、および／またはｉｖ）下部チャンバのルーフから下側の距離Ｌｏｂに降水管出口を備え得、および／またはｖ）ルーフバッフルをさらに備える貯蔵部を備え得る。いくつかの実施形態において、必ずしも全てではないが、そのような任意のルーフバッフルは、降水管の縦軸に垂直な軸に対して少なくとも０．１度の角度（Ａｂ）をなす。表１は、せきクエンチにおいて最適化され得る可能な寸法的関係、およびそれぞれの可能な値／範囲を示す。
【００２８】
【表１】
0006272878.tif 000002
【００２９】
いくつかの実施形態において、せきクエンチの流入口は、望ましくは、冷却される生成物ストリームを発生させる反応器に対して動作可能に配置され得る。すなわち、せきクエンチ流入口は、反応器流出口に、または収集装置もしくは移送管路等の任意の他の導管に直接連結され得、過程をせきクエンチに結合し、ガス状生成物ストリームをせきクエンチに送達することができる。任意のそのような導管は、望ましくは、反応器からの流体流と実質的に同じ形状であるように、例えば、実質的に管状または円錐状であるように構成される。そのような任意の導管はまた、望ましくは、せきクエンチと同じ縦軸を中心に配置される。
【００３０】
反応器に直接取り付けられるか、またはそれらの間の導管に直接取り付けられるかにかかわらず、反応器流出口／導管の内径（Ｄｒ）とせきクエンチ流入口の内径（Ｄｉ）との比率は、望ましくは、１以上である。そのような関係は、現在、そのような関係がなければ反応器／導管とせきクエンチ流入口との間の異なる幾何学形状によって作成され得る、または反応器／導管内径とせきクエンチ流入口内径との比率が１未満であることによって作成され得る、デッドスペースにおける逆混合領域の形成を阻止することが発見されている。
【００３１】
より具体的には、高温ガス状流出液のための従来のせきクエンチは、一般的に、反応器の内径とせきクエンチ流入口内径との比率が１未満であるような内径を有する反応器に連結されていいた。このせきクエンチ設計は、限定試薬を伴わない過程からの生成物ストリームを効果的に冷却することができるが、この設計は、大量の廃棄物および副生成物の形成に寄与すると思われることから、限定試薬が使用される過程に対して不向きであり、またいくつかの事例では、実際に悪影響をもたらすことが分かっている。さらなる調査は、一般的に反応器と従来のせきクエンチ機構の流入口との間の接合部に存在する逆混合ゾーンの中で、これらの副生成物が所望の生成物のさらなる反応によって形成されるという発見につながる。例えば反応器流出口内径（Ｄｒ）とせきクエンチ流入口内径（Ｄｉ）との比率が１以上といった、寸法的関係の提供は、従来のせきクエンチ／反応器装置から生じる逆混合ゾーンを実質的に排除する。望ましくは、反応器内径（Ｄｒ）とせきクエンチ流入口内径（Ｄｉ）との比率は、１未満でない。
【００３２】
一実施形態に従うせきクエンチは、図１で示される。図１で示されるように、せきクエンチ１００は、内径Ｄｉを有する流入口１０２と、内径Ｄｕｃを伴う上部チャンバ１０３（液体クエンチ表面の上側）と、内径Ｄｄおよび長さＬｄを有する単一の降水管１０４と、クエンチチャンバ１０６（液体クエンチを含有する）と、下部チャンバ１０８とを備える。クエンチチャンバ１０６は、クエンチ液体、望ましくは非水性処理液体をクエンチチャンバ１０６に提供するために動作可能に配置される、クエンチ液体流入口（複数可）１１０を有する。下部チャンバ１０８は、ルーフバッフル１１２を収容し、さらに、ガス通気孔１１４および液体排水管１１６が提供される。ルーフバッフル１１２は、降水管１０４の縦軸に垂直な軸に対して角度Ａｂで提供される。
【００３３】
動作中に、ガス状反応器流出液は、クエンチ液体がクエンチ液体流入口（複数可）１１０を介して上部チャンバ１０６の中へ提供される前、その間、またはその後に、流入口１０２でせきクエンチ１００に進入する。クエンチ液体の容積が上部チャンバ１０６の中の降水管１０４の高さを超える深さを確立したときに、クエンチ液体は、降水管１０４の頂部を超え、その側部を下り、そして、下部チャンバ１０８の中へ流れる。ガス状反応器流出液は、その頂面で、ならびに降水管１０４内でクエンチ液体に接触する。クエンチ液体およびガス状反応器流出液は、下部チャンバ１０８の中へ流れ、そして、その少なくとも一部分は、バッフル１１２に接触し得る。生成物は、液体排水管１１６の外へ収集される。
【００３４】
別の実施形態によるせきクエンチは、図２で示される。図２で示されるように、せきクエンチ２００は、せきクエンチ１００と同じ特徴を備え、それらの間には、異なる寸法的関係を伴う。すなわち、せきクエンチ２００は、内径Ｄｉを有する流入口２０２と、内径Ｄｕｃを伴う上部チャンバ２０３（液体クエンチ表面の上側）と、内径Ｄｄおよび長さＬｄを有する単一の降水管２０４と、クエンチチャンバ２０６（液体クエンチを含有する）と、下部チャンバ２０８とを備える。クエンチチャンバ２０６は、クエンチ液体、望ましくは非水性処理液体をクエンチチャンバ２０６に提供するために動作可能に配置される、クエンチ液体流入口（複数可）２１０を有する。下部チャンバ２０８は、ルーフバッフル２１２を収容し、さらにガス通気孔２１４および液体排水管２１６が提供される。ルーフバッフル２１２は、降水管２０４の縦軸に垂直な軸に対して角度Ａｂで提供される。
【００３５】
いくつかの実施形態において、せきクエンチは、反応器に、または反応器流出口もしくは流出口導管に連結され得る。そのような実施形態において、反応器流出口の内径（Ｄｒ）とせきクエンチ流入口の内径（Ｄｉ）との比率は、望ましくは、１以上である。そのような実施形態の１つの実施例は、図３Ａで示される。図３Ａで示されるように、ＤｒとＤｉとの比率は、およそ１である。そのような関係の提供は、図３Ｂで示される、従来のせきクエンチ／反応器装置によって作成される逆混合ゾーンを排除する。
【００３６】
本せきクエンチは、それに対して設計された限定試薬を含む化学過程とともに使用したときに、顕著な利点を提供し、また、そのような過程も提供する。本せきクエンチをそのような過程に組み込むことで、従来のせきクエンチにおいて起こり得る逆混合を低減、さらには排除することができ、よって、転換における実質的な変動は認められない。実際、本せきクエンチを使用して行われる過程には、所望の転換から２％未満、さらには１％未満の変動が認められるような、最小にされた副生成物および／または分解生成物の生成を提供することができる。選択率はまた、実質的に維持され得るか、または２％以内まで減少すると予期される。また、そのような反応はまた、一般的に、殆ど消耗しない、例えば、８０％未満、または４０％未満、さらには２０％未満の転換である、所望の転換を有する少なくとも１つの限定反応物質も含み得る。
【００３７】
そのような反応の１つの具体例としては、塩素化プロペンの生成のための反応が挙げられる。一般的に、そのような過程からの生成物ストリームは、ガス状であり、また、３８０℃以上の温度であり得る。この高温時では、過程によって生成される副生成物が反応器内面に沈着物を形成し得る。これらの沈着物は、経時的に分解して、最終的には反応器の寿命を短くし、過程の生産性全体を低下させ得る炭素質の沈着物を形成し得る。
【００３８】
従来、高温ガス状流出液を冷却するために、一般的に、スプレークエンチングが利用されてきた。しかしながら、スプレークエンチングは、少なくとも、必要とされる大容積の冷却剤を噴霧化するために必要とされるエネルギーにおいて、エネルギーを大量に消費する可能性があり、また、大規模な場合は極端になる可能性がある。
【００３９】
本明細書で説明される本発明の前に、高温ガス状流出液を冷却するためのせきクエンチ機構がいくつか提案されてきたが、せきクエンチは、水溶液とともに利用されて、上で説明されるせきクエンチに付随する問題につながり、および／または所望の転換を認めることができるように副生成物の形成の低減をもたらす様式には適用されていなかった。
【００４０】
さらに、せきクエンチは、一般的に、極めて高い流速、例えば少なくとも１００フィート／秒（約３０メートル／秒）を有するガス状流出液をクエンチするために利用されているが、その理由は、おそらくは、当技術分野で、十分な熱伝達を提供し、したがって、所望のクエンチ速度を提供するために、そのような高い流速が必要とされると理解されていたことにある。必要とされる滞留時間のため、塩素化プロペンのガス相生成と関連する過程の流速は、非常に低く、例えば、３５フィート／秒（約１０．７メートル／秒）以下である。したがって、１００フィート／秒（約３０メートル／秒）以上の流速を必要とする従来のせきクエンチの設計は、そのような過程で利用されたときに準最適に行われると予期される。
【００４１】
また、現在、非水性処理流体を利用することによってより効果的な熱管理を提供することができるだけでなく、水性クエンチ流の使用を避けることが、実際に、非水性処理流体を所望の温度まで加熱もしくは冷却すること、および／または非水性処理流体またはそれによって発生する副生成物の除去と関連するコストも低減させることも発見されている。
【００４２】
上で説明される設計特徴の１つ以上を有する本せきクエンチの設計はまた、１０フィート／秒（約３．０メートル／秒）未満、または１フィート／秒（約０．３メートル／秒）未満、さらには０．１フィート／秒（約０．０３メートル／秒）の低さのガス流出液流速で構成される、そのような過程での使用にも良好に適している。実際に、本せきクエンチは、１、または２、または３、または４であるか、またはそれよりも高いクエンチ液体流とガス状生成物ストリームとの質量流量比率が適用されたときに、最適化された滞留時間、乱流、したがって、ガス状生成物ストリームとクエンチ流との間の熱伝達を提供し得る。いくつかの実施形態において、クエンチ液体流とガス状生成物ストリームとの質量流量比率は、８、または７、または６、または５であるか、またはそれよりも低い。最適化されたクエンチング効率およびコスト有効度は、１〜８、または２〜７、または３〜６、または４〜５のクエンチ流とガス状生成物ストリーム流との質量流量比率によって提供され得る。
【００４３】
せきクエンチの設計は、相対的に高い温度を有するクエンチ流を利用したときに、効率のよいクエンチングを提供することができる。すなわち、例えば非水性処理液体の、クエンチ流の温度は、望ましくは、２０℃より高く、または５０℃より高く、または１００℃より高くなり得る。いくつかの実施形態において、非水性過程液体の温度は、２５０℃未満、または１７０℃未満、または１６０℃未満、または１５０℃未満であり得る。他の実施形態において、クエンチ流の温度は、２０℃〜２５０℃であり得る。
【００４４】
本反応器によって提供される効率は、その中で生成される塩素化および／またはフッ素化プロペンおよびより高級のアルケンをさらに下流の過程に提供することによって、さらに高めることができる。例えば、説明される反応器を使用して生成される１，１，２，３−テトラクロロプロペンは、例えば２，３，３，３−テトラフルオロプロプ−１−エン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）または１，３，３，３−テトラフルオロプロプ−１−エン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）等のハイドロフルオロオレフィンを含むさらに下流の生成物を提供するために処理することができる。したがって、ハイドロフルオロオレフィン、２，３，３，３−テトラフルオロプロプ−１−エン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）、または１，３，３，３−テトラフルオロプロプ−１−エン（ＨＦＯ−１２３４ｚｅ）を生成するための改善された方法も、本明細書で提供される。
【００４５】
ハイドロフルオロオレフィンを提供するための、塩素化および／またはフッ素化プロペンならびにより高級のアルケンの転換は、概して、化学式Ｃ（Ｘ）ｍＣＣｌ（Ｙ）ｎ（Ｃ）（Ｘ）ｍを化学式ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨＺの少なくとも１つの化合物にフッ素化することを含む、単一の反応または２つ以上の反応を含み得、式中、Ｘ、Ｙ、およびＺは、独立して、Ｈ、Ｆ、Ｃｌ、Ｉ、またはＢｒであり、各ｍは、独立して、１、２、または３であり、ｎは、０または１である。より具体的な例は、多段階過程を含み得、該多段階過程では、２−クロロ−３，３，３−トリ−フルオロプロペン等の化合物を形成するために、１，１，２，３テトラクロロプロペンの原料が、触媒されたガス相反応でフッ素化される。次いで、２−クロロ−２，３，３，３−テトラフルオロプロパンは、触媒されたガス相反応を介して、２，３，３，３−テトラフルオロプロペンに脱塩化水素される。
【００４６】
実施例１．
６フィート（約１．８ｍ）の内径を有する反応器を使用して、１／４のテトラクロロエチレンと塩化メチルとのモル比で、テトラクロロエチレンおよび塩化メチルの反応によってＴＣＰＥを生成する。反応器は、４００℃および２６０ｐｓｉｇで８％のＴＣＰＥの７８，０００ｋｇ／時の流出液速度を有し、また、図１で示されるせきクエンチに連結され、反応流出口内径とせきクエンチ流入口内径との比率は、１以上である。
【００４７】
図４で分かるように、ガス状反応器流出液は、およそ４２５℃でせきクエンチに進入する。生成物を含むクエンチ流体は、およそ１２０℃でクエンチチャンバに進入する。液体クエンチは、降水管を超えて流れ、降水管壁を湿潤させ、それによって、同じく降水管の中央を下って流れる反応器ガス流出液を取り囲むときに冷却する。下部チャンバの温度勾配は、流出液ガスがルーフバッフルに到達するときにさらに冷却されることを示す。
【００４８】
図５Ａは、ガスおよび液体の流れパターンの計算流体力学シミュレーションを示し、一方で、図５Ｂは、計算流体力学シミュレーションの速度ベクトル（右）を示す。これらの図面は、ガスが降水管に進入するときに、ガス流出液が全くまたは殆ど逆混合ゾーンを有しないことを示す。
【００４９】
図６は、反応器流出液平均ガス温度（ＴＲＥ）およびＴＲＥとクエンチ液体平均温度（Ｔｌｉｑ）との差に対する、液体クエンチと反応器流出液ガスとの質量流量比率（Ｑｌｉｑ／Ｑｇａｓ）の変動の影響を示す。Ｑｌｉｑ／Ｑｇａｓ比率を増加させることは、１２０℃および１８０℃のクエンチチャンバに進入するＴｌｉｑでＴＲＥを下げるという好ましい影響を有する。例えば、３のＱｌｉｑ／Ｑｇａｓおよび１８０℃の流入口液体クエンチ温度で、ＴＲＥは、下部チャンバを出るときに２２３℃になると予期される。同様に、１２０℃の流入口液体クエンチ温度で、ＴＲＥは、１７４℃になると予期される。対応するガスと液体との温度差ΔＴは、それぞれ、５４℃および４３℃になると予期される。
【００５０】
実施例２．
実施例１で説明される反応および反応器システムは、一般的に、反応器流出口直径Ｄrがクエンチチャンバ内径Ｄi（図３の事例Ｂ）未満であるように使用される従来のクエンチチャンバと連結される。これは、図３の事例Ａで表されるような、ＤrがＤiに等しい所望の構成と対比することができる。従来の配設で提供される逆混合ゾーンの結果として、事例Ｂのクエンチチャンバの上角部では、生成物（複数可）および／または反応物質の間でさらなる反応が起こり、より高い分子量の副生成物を生成する可能性がある。これは、反応器流出口およびクエンチチャンバの急速な汚染をもたらすと予期される。
本開示は以下も包含する。
［１］  内径を有する流入口と、内径を有する上部チャンバとを備え、前記流入口内径は、前記上部チャンバ内径の少なくとも９０％である、せきクエンチ。
［２］  内径を有する少なくとも１つの降水管をさらに備え、前記流入口の前記内径と前記降水管内径との比率は、３を超える、上記態様１に記載のせきクエンチ。
［３］  前記流入口内径と前記降水管内径との比率は、６未満である、上記態様２に記載のせきクエンチ。
［４］  前記流入口内径と前記降水管内径との比率は、少なくとも４であり、かつ５未満である、上記態様３に記載のせきクエンチ。
［５］  前記せきクエンチは、１つを超える降水管を備える、上記態様２に記載のせきクエンチ。
［６］  前記少なくとも１つの降水管は、少なくとも１インチの内径を有する、上記態様２に記載のせきクエンチ。
［７］  前記降水管長さと前記降水管内径との比率は、３〜８である、上記態様２または６に記載のせきクエンチ。
［８］  前記少なくとも１つの降水管に対して動作可能に配置される下部チャンバをさらに備え、前記下部チャンバは、バッフルを備える、上記態様１に記載のせきクエンチ。
［９］  装置であって、
内径を伴う流出口を有する反応器と、
内径を伴う流入口を有するせきクエンチと、を備え、
前記反応器流出口内径と前記せきクエンチ流入口内径との比率は、１を超える、
装置。
［１０］  前記せきクエンチはさらに、長さおよび内径を有する少なくとも１つの降水管を備え、前記流入口の前記内径と前記降水管内径との比率は、３を超える、上記態様９に記載の装置。
［１１］  前記せきクエンチは、１つを超える降水管を備える、上記態様９に記載の装置。
［１２］  前記少なくとも１つの降水管は、少なくとも１インチの内径を有する、上記態様１０に記載の装置。
［１３］  前記降水管長さと前記降水管内径との比率は、３〜８である、上記態様１０に記載の装置。
［１４］  限定試薬を含む化学過程からのガス状生成物ストリームをクエンチするための方法であって、
内径を伴う流出口を有する反応器から、内径を有する流入口を伴うせきクエンチに前記ガス状生成物ストリームを提供することを含み、前記反応器流出口内径と前記せきクエンチ流入口内径との比率は、少なくとも１である、
過程。
［１５］  クエンチ流として反応生成物を使用することをさらに含む、上記態様１４に記載の方法。
［１６］  前記クエンチ流と前記生成物ストリームとの質量流量比率は、少なくとも２である上記態様１４に記載の方法。
［１７］  前記クエンチ流と前記生成物ストリームとの質量流量比率は、６未満である上記態様１４に記載の方法。
［１８］  前記生成物ストリームの流速は、１０フィート／秒未満である、上記態様１４に記載の方法。
［１９］  前記クエンチ流の温度は、２０℃を超える、上記態様１４に記載の方法。
［２０］  前記クエンチ流の温度は、２５０℃未満である、上記態様１９に記載の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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