(57)【要約】  水を使用してオレフィンから関連アルコール生成物を生産するように作動可能な膜一体化水和反応器は、生産区間内に固体酸オレフィン水和触媒を、そして分離区間内に、オレフィン水和プロセス条件において、一方向の水の透過気化を選択的に許し、前記関連アルコールの透過気化または前記オレフィンの透過を許さないように作動可能である親水性膜を含む。前記生産区間は、前記関連アルコールおよび任意の未反応水からなる生産区間生成物混合物を生成するように作動可能である。関連分離区間は、前記生産区間生成物混合物から、前記関連アルコール生成物および透過気化水生成物の両方を生成し、生産するように作動可能である。水を使用してオレフィンから関連アルコール生成物を生成するためのオレフィン水和方法は、オレフィン水和プロセス条件において、前記膜一体化水和反応器を使用する。
2015500834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を使用してオレフィンから関連アルコール生成物を生産するように作動可能な膜一体化水和反応器であって、
オレフィン水和プロセス条件において、水を使用して前記オレフィンを関連アルコールに転換するように作動可能な固体酸オレフィン水和触媒と、
給送側および透過側を有する親水性膜であって、オレフィン水和プロセス条件において、水を一方向に前記給送側から前記透過側へ選択的に透過気化させ、透過気化水生成物を生成し、そしてオレフィン水和条件において、関連アルコールの前記透過気化および前記オレフィン透過を阻止するように作動可能である、親水性膜と、
前記固体酸オレフィン水和触媒を含む生産区間であって、前記オレフィンを含むオレフィン供給原料および前記水を含む水供給原料を受け取り、前記オレフィンと前記水が、前記生産区間に含まれる前記固体酸オレフィン水和触媒の存在下で緊密に混ざり合うようすることと、そして前記関連アルコールと任意の未反応水を含む生産区間生成物混合物を生成し、前記生産区間生成物混合物を関連分離区間に渡すことと、の両方を作動可能である生産区間と、
前記親水性膜を含む前記関連分離区間であって、前記生産区間に流体的に連結して、前記生産区間が前記生産区間生成物混合物を前記親水性膜の前記給送側に向けるようにし、また前記生産区間生成物混合物から前記関連アルコール生成物および前記透過気化水生成物の両方を生成および生産するように作動可能である、前記関連分離区間と、を備える、膜一体化水和反応器。
【請求項２】
前記オレフィンはブテンの単一異性体であり、前記関連アルコールはブタノールの単一異性体である、請求項１に記載の膜一体化水和反応器。
【請求項３】
前記オレフィンはブテン異性体の混合物であり、前記関連アルコールはブタノール異性体の混合物である、請求項１に記載の膜一体化水和反応器。
【請求項４】
前記オレフィンは低炭素オレフィンの混合物であり、前記関連アルコールは低炭素アルコールの混合物である、請求項１に記載の膜一体化水和反応器。
【請求項５】
前記生産区間および前記関連分離区間は、前記反応器内で重複する、請求項１〜４のいずれかに記載の膜一体化水和反応器。
【請求項６】
前記固体酸オレフィン水和触媒は、構造化触媒床である、請求項１〜５のいずれかに記載の膜一体化水和反応器。
【請求項７】
前記固体酸オレフィン水和触媒は、前記親水性膜の前記給送側表面と一体化される、請求項１〜５のいずれかに記載の膜一体化水和反応器。
【請求項８】
前記親水性膜は無機材料を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の膜一体化水和反応器。
【請求項９】
前記親水性膜は、高分子材料を含む、請求項１〜８のいずれかに記載の膜一体化水和反応器。
【請求項１０】
前記親水性膜の前記透過側で前記透過気化水生成物を液体に凝縮するように作動可能な内部凝縮器をさらに備える、請求項１〜９のいずれかに記載の膜一体化水和反応器。
【請求項１１】
前記膜一体化水和反応器は、前記生産区間と前記関連分離区間との間で別々の作動条件を維持するように作動可能である、請求項１〜１０のいずれかに記載の膜一体化水和反応器。
【請求項１２】
前記膜一体化水和反応器は、２つ以上の生産区間と２つ以上の関連分離区間を備える、請求項１〜１１のいずれかに記載の膜一体化水和反応器。
【請求項１３】
前記２つ以上の生産区間および前記２つ以上の関連分離区間は、交互に連続的に流体的に連結して、生産区間と関連分離区間との交互連続を通じた一方向の流体連通を可能にし、連通の前記流体は水である、請求項１２に記載の膜一体化水和反応器。
【請求項１４】
２つ以上の生産区間と２つ以上の関連分離区間と流体的に連結された前記交互連続において、第１の生産区間は、残りの生産区間の全部および分離区間の全部と一方向に流体を連通するように作動可能であり、そして前記交互連続内の最後の分離区間は、前記生産区間の全部および残りの分離区間の全部から一方向に連通される流体を受け取るように作動可能である、請求項１３に記載の膜一体化水和反応器。
【請求項１５】
２つ以上の生産区間および２つ以上の関連分離区間と流体的に連結する前記交互連続において、第１の生産区間は１つの関連分離区間とのみ直接流体接触しており、前記交互連続内の最後の分離区間は、１つの生産区間とのみ直接流体接触しており、他方の生産区間は２つ以上の分離区間と直接流体接触しており、他方の分離区間は２つ以上の生産区間と直接流体接触している、請求項１３または１４に記載の膜一体化水和反応器。
【請求項１６】
前記膜一体化水和反応器は、生産および関連分離区間の第１のセットと生産および関連分離区間の第２のセットとの間の別々の作動条件を維持するように作動可能であり、前記第１の関連分離区間は、前記第２の生産区間と流体的に連結され、そして一方向に流体連通している、請求項１３〜１５のいずれかに記載の膜一体化水和反応器。
【請求項１７】
前記直前請求項のいずれかの膜一体化水和反応器におけるオレフィン水和方法であって、
オレフィン供給原料組成を前記膜一体化水和反応器の前記生産区間に導入するステップであって、前記オレフィン供給原料組成はブテンの少なくとも１つの異性体を含む、ステップと、
水を前記膜一体化水和反応器の前記生産区間に導入するステップと、
オレフィン水和プロセス条件において前記膜一体化水和反応器を作動させ、それにより、前記関連アルコールが、前記生産区間内で固体酸オレフィン水和触媒の存在下で水を使って前記オレフィン供給原料組成から生成し、前記生産区間生成物混合物が前記生産区間内の前記関連アルコールおよび任意の未反応水の前記混合物から生成し、前記生産区間生成物混合物は前記生産区間から前記関連分離区間へ渡り、そして前記関連分離区間は選択的に前記生産区間生成物混合物から任意の未反応水を除去して、前記関連アルコール生成物および透過気化水生成物の両方を生成するステップと、を含む、オレフィン水和方法。
【請求項１８】
前記オレフィン供給原料組成はブテンの単一異性体のみを含み、前記関連アルコール生成物は、ブタノールの単一異性体のみを含む、請求項１７に記載のオレフィン水和方法。
【請求項１９】
前記オレフィン供給原料組成は、少なくとも５重量パーセントのイソブテンを含む、請求項１７または１８に記載のオレフィン水和方法。
【請求項２０】
前記オレフィン供給原料組成は混合ブテンを含み、前記関連アルコール生成物は混合ブタノールを含む、請求項１７に記載のオレフィン水和方法。
【請求項２１】
前記オレフィン供給原料組成は低炭素混合オレフィンを含み、前記関連アルコール生成物は低炭素混合アルコールを含む、請求項１７に記載のオレフィン水和方法。
【請求項２２】
前記オレフィン供給原料組成と水を予備結合し、その後に、前記結合を前記生産区間に導入する前記ステップをさらに含む、請求項１７〜２１のいずれか１つに記載のオレフィン水和方法。
【請求項２３】
前記膜一体化水和反応器へ導入される前記オレフィン供給原料組成内の水とオレフィンの前記化学量論的比は、１：１から１０：１の範囲内にある、請求項１７〜２２のいずれか１つに記載のオレフィン水和方法。
【請求項２４】
第１の生産区間に導入される前記オレフィン供給原料組成内の水とオレフィンの前記化学量論的比は、第２の生産区間へ導入される前記オレフィン供給原料組成内の水とオレフィンの前記化学量論的比とは異なる、請求項１７〜２３のいずれか１つに記載のオレフィン水和方法。
【請求項２５】
前記生産区間における前記オレフィン水和プロセス条件は、１：１から１０：１の範囲の水とオレフィンの化学量論的比を含む、請求項１７〜２４のいずれか１つに記載のオレフィン水和方法。
【請求項２６】
前記生産区間内の前記オレフィン水和プロセス条件は、８バールから７０バールの範囲の圧力を含む、請求項１７〜２５のいずれか１つに記載のオレフィン水和方法。
【請求項２７】
前記生産区間内の前記オレフィン水和プロセス条件は、５０℃から１５０℃の範囲の温度を含む、請求項１７〜２６のいずれ１つに記載のオレフィン水和方法。
【請求項２８】
前記分離区間内の前記オレフィン水和プロセス条件は、８バールから７０バールの差異の範囲において、前記親水性膜の前記給送側と前記透過側の間の圧力差異を含む、請求項１７〜２７のいずれか１つに記載のオレフィン水和方法。
【請求項２９】
前記分離区間内の前記オレフィン水和プロセス条件は、大気圧未満の前記親水性膜の前記透過側での圧力を含む、請求項１７〜２８のいずれか１つに記載のオレフィン水和方法。
【請求項３０】
前記膜一体化水和反応器は、生産および関連分離区間の第１のセットはオレフィン水和プロセス条件の第１のセットを有し、生産および関連分離区間のセットの第２のセットはオレフィン水和プロセス条件の第２のセットを有すように作動され、区間の前記第１のセットは生産および関連分離区間の前記第２のセットと流体的に連結され、一方向に流体連通している、請求項１７〜２９のいずれか１つに記載のオレフィン水和方法。
【請求項３１】
前記膜一体化水和反応器は、前記関連アルコール生成物が重量において実質的に水を含まないように作動される、請求項１７〜３０のいずれか１つに記載のオレフィン水和方法。
【請求項３２】
前記膜一体化水和反応器は、前記関連アルコール生成物が前記合計生成物の０．５重量パーセント以下の水を含むように作動される、請求項１７〜３１のいずれか１つに記載のオレフィン水和方法。
【請求項３３】
前記膜一体化水和反応器は、前記関連アルコール生成物が前記生成物内にブテンを容量において１００ｐｐｍ以下を含むように作動される、請求項１７〜３２のいずれか１つに記載のオレフィン水和方法。
【請求項３４】
流体的に連結された生産区間へ導入されるように、前記関連分離区間から前記透過気化水生成物を生産する前記ステップをさらに含む、請求項１７〜３３のいずれか１つに記載のオレフィン水和方法。
【請求項３５】
流体的に連結された生産区間へ直接導入されるように、前記関連分離区間から前記透過気化水生成物を生産し、前記関連分離区間は、前記親水性膜の前記透過側を通って、前記流体的に連結された生産区間と一方向に流体連通し、そして流体的に連結される、前記ステップをさらに含む、請求項１７〜３４のいずれか１つに記載のオレフィン水和方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野は、アルコールの生産のためのシステムおよびプロセスに関する。より具体的には、発明の分野は関連アルコールを生産するためのオレフィンの直接触媒水和に関する。
【関連技術の説明】
【０００２】
オレフィンのアルコールへの水和、そして具体的にはブテンのブタノールへの水和は、商業的に重要な反応である。オレフィンからのアルコールは、いくつか重要な産業用途を有する。ブタノールを含むアルコールは、ケトン、エステル、およびエーテルを生産するための溶剤でもあり、化学中間体でもある。ブタノールはガソリン燃料混合添加物として潜在的に有用であり、これは重要な消費者市場である。ブタノールは、現在エタノールおよびＭＴＢＥによって果たされる役割に類似する、燃料増量剤、オクタン価向上剤、および酸素供給剤として機能できる。
【０００３】
現在利用可能なプロセスはあるが、混合済ブタノールを経済的に生産するための特に効果的な手段は存在しない。多くのプロセスは、ブテンの特定のタイプを分離するために供給原料を予備処理することを必要とする。転換反応はしばしば水とアルコールの混合物を生成し、これは別の分離ステップを必要とする。オレフィン水和のための単一通行転換比は非常に低く、場合によっては１０％未満である。
【発明の概要】
【０００４】
水を使用してオレフィンから関連アルコール生成物を生産するように作動可能な膜一体化水和反応器は、固体酸オレフィン水和触媒を含む。固体酸オレフィン水和触媒は、オレフィン水和プロセス条件で、水を使用してオレフィンをその関連アルコールに転換するように作動可能である。水和反応器はまた、給送側および透過側を有する親水性膜を含む。親水性膜は、オレフィン水和プロセス条件において、水の透過気化を、給送側から透過側へ一方向に選択的に許すように作動可能である。水の透過気化は、親水性膜の透過側に透過気化水生成物を生成する。親水性膜は、オレフィン水和条件において、関連アルコールの透過気化またはオレフィンの透過を許すように作動可能ではない。水和反応器はまた、固体酸オレフィン水和触媒を含む生産区間も含む。生産区間は、オレフィンを含むオレフィン供給原料および水を含む水供給原料を受け取るように作動可能である。オレフィンおよび水は、固体酸オレフィン水和触媒の存在下で、緊密に混ざり合う。生産区間は、関連アルコールと任意の未反応水から成る生産区間生成物混合物を生成するように作動可能である。生産区間はまた、生産区間生成物混合物を関連分離区間に渡す。水和反応器は、親水性膜を含む関連分離区間も含む。関連分離区間は、生産区間と流体的に連結し、生産区間生成物混合物が親水性膜の給送側に向けられるようにする。関連分離区間は、生産区間生成物混合物から、関連アルコール生成物と透過気化水生成物の両方を生成し、生産するように作動可能である。
【０００５】
膜一体化水和反応器内で水を使用してオレフィンから関連アルコール生成物を生成するためのオレフィン水和方法は、オレフィン供給原料組成を水和反応器の生産区間へ導入するステップを含む。オレフィン供給原料組成は、少なくとも１つのブテン異性体を含む。この方法は、水を生産区間に導入するステップを含む。この方法は、関連アルコールが、生産区間内の固体酸オレフィン水和触媒の存在下で、水を使用してオレフィン供給原料組成から生成するように膜一体化水和反応器を作動させるステップを含む。この方法はまた、生産区間生成物混合物が生産区間において、関連アルコールと任意の未反応水との混合から生成するように、水和反応器を作動させるステップを含む。この方法はまた、生産区間が生産区間生成物混合物を関連分離区間に渡すように水和反応器を作動させるステップを含む。この方法はまた、関連分離区間が生産区間生成物混合物から任意の未反応水を選択的に除去するように水和反応器を作動させるステップを含む。生産区間生成物混合物から水を除去することは、関連アルコール生成物と透過気化水生成物の両方を生成する。
【０００６】
膜一体化水和反応器（ＭＩＨＲ）は、混合オレフィンおよび水から混合アルコール生成物を生産するように作動可能である。混合アルコールは、追加分離または精製なしで、川下産業プロセスおよびガソリン燃料添加物としての用途を含む消費者用途においての両方にとって、有用である。「石油−ブタノール」は、ＭＴＢＥおよび精製済エタノールを含む現在のガソリンにおけるオクタン価増進添加物を置換可能である。
【０００７】
オレフィン水和の方法のための供給原料として有用な混合オレフィンは、少なくとも１つのタイプのブテンを含む。ブテンは、ＭＩＨＲへの導入前に、ブテンを分離するための予備精製または分離を必要としない。混合オレフィンは化学供給原料として比較的安価である。使用前に予備処理または精製を必要としないことは、エネルギーを節約し、資本投資を回避する。
【０００８】
膜一体化水和反応器は、生産区間内に固体酸オレフィン水和触媒を含む。「固体触媒」は、化学反応を促進するように作動可能な非水溶性材料を指す。固体酸オレフィン水和触媒は、ＭＩＨＲの各生産区間の内側に残る。固体酸オレフィン水和触媒の例は、イオン化交換樹脂、酸性形態のゼオライト、および固体担体上に坦持される酸を含む。ＭＩＨＲを使用するオレフィン水和の方法は、液体酸を触媒として使用することを必要としない。「液体酸」は、水溶液内で溶解可能な酸である。「液体触媒」はヘテロポリ水溶性液体酸で、硫酸およびリン酸を含む。液体酸は再生または連続的な追加を必要とする。液体酸はまた、プロセス水を汚染することもあり、これは過度の処理なしで再使用するのが望ましい。
【０００９】
オレフィン水和反応および分離プロセスの両方は、膜一体化水和反応器が関連アルコール生成物を生産する前に発生する。ＭＩＨＲは水和反応を促進し、一通行当たりのオレフィン転換効率を改善し、従来のオレフィン水和方法よりも全体的なプロセス収率を改善する。ＭＩＨＲの構成および作動は、水を除去するための外部の分離ステップおよび機器の必要な使用を回避する。
【００１０】
膜一体化水和反応器が多数の生産区間および分離区間を含む事例においては、ある生産区間から別の生産区間への内部的にリサイクルされた水の連続的な導入、ならびに関連アルコール生成物の連続的な除去は、生産区間におけるオレフィン水和反応均衡を大きく反応生成物に向けてシフトさせるばかりでなく、ブテン転換効率を大幅に改善する。連続的な関連アルコール生成物の除去は、オレフィン水和反応が、バッチタイププロセスに対する均衡状態を越えて、固体酸オレフィン水和触媒が存在する生産区間で進むことを可能にする。
【００１１】
各膜一体化水和反応器内に発生する同時生産および分離プロセスは、使用前に追加処理を必要としない高品質の関連アルコール生成物を直接的に生産する。ＭＩＨＲの下流の追加処理は、混合ブタノールを含む生成物から望ましいアルコールを抽出可能であり、これは特にイソブタノールを含む特定のブタノールである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および長所は、以下の発明を実施するための形態、添付の請求項、および添付の図に関してよりよく理解される。
【００１３】
【図１】類似する第２の膜一体化水和反応器に連結された第１の膜一体化水和反応器のある実施形態の概略図である。
【００１４】
【図２Ａ】膜一体化水和反応器の２つの実施形態の概略図である。
【図２Ｂ】膜一体化水和反応器の２つの実施形態の概略図である。
【００１５】
【図３】膜一体化水和反応器のある実施形態の概略図である。
【００１６】
添付の図において、類似する構成要素または特徴、あるいはその両方、は同一または類似する参照ラベルを有し得る。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
発明の概要、図面の簡単な説明、および発明を実施するための形態を含む明細書、ならびに添付の請求項は、本発明の特定の特徴（プロセスまたは方法ステップを含む）について言及する。当業者は本発明が、すべての可能な組み合わせおよび本明細書中に記述される特定の特徴の使用を含むことを理解する。当業者は、本発明はこの明細書に与えられる実施形態の記述にまたはそれによって限定されないことを理解する。本発明の主題事項は、本明細書および添付の請求項の精神内における場合を除き、制限されない。
【００１８】
当業者はまた、特定の実施形態を記述するために使用される用語は、本発明の範囲または幅を限定しないことを理解する。本明細書および添付の請求項の解釈に際しては、すべての用語は、各用語の文脈に矛盾しない可能な最も幅広い形で解釈されるべきである。本明細書および添付の請求項において使用されるすべての技術的および科学的用語は、別段の定義がない限り、本発明が所属する分野の当業者によって一般的に理解されるものと同一の意味を有する。
【００１９】
本明細書および添付の請求項での使用において、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明瞭に別段の指示を行わない限り、複数の参照を含む。動詞「含む」およびその活用形は、非排他的方式で、要素、構成部、またはステップを参照するものと解釈されるべきである。参照される要素、構成部、またはステップは、存在し得、利用され得、あるいは、明白に言及されていない他の要素、構成部、またはステップと組み合され得る。動詞の「連結する」およびその活用形は、電気的、機械的、または流体的を含む、任意のタイプの必要な接合を完了させ、２つ以上の元は接合されていない物体から単一の物体を形成することを意味する。第１の装置が第２の装置と連結する場合、接続は直接的に、または共通の接続具を通して発生可能である。「任意に」およびその変化形は、その後に記述される事象または状況が発生するかもしれないし、あるいは発生しないかもしれないことを意味する。記述は、事象または状況が発生する事例およびそれが発生しない事例を含む。「作動可能」およびその変化形は、その正しい機能に適合することを意味し、その意図される用途のために使用されることか可能である。「関連する」およびその変化形は、一緒に発生し、あるいは一方が他方を生産するために、他のものと接続されるものを意味する。
【００２０】
空間的用語は、ある物体または物体のグループの、別の物体または物体のグループに対する相対的位置を記述する。空間的関係は、垂直および水平軸に沿って適用される。「上流」と「下流」、「上」と「下」、「上方向」と「下方向」、および他の同様な用語を含む配向および関連単語は記述的便宜のためであり、別段の指示がない限り、限定的ではない。
【００２１】
本明細書または添付の請求項がある値の範囲を提供する場合、その間隔は、上限値と下限値の間の各介在値、ならびに、上限値と下限値を包囲すると理解されたい。本発明は、提供される任意の特定の除外対象となるより小さい間隔の範囲を包囲し、境界をつける。「実質的に含まない」は、示された測定単位における１％未満を意味する。
【００２２】
本明細書および添付の請求項が２つ以上の定義されたステップを含む方法について言及する場合、文脈がその可能性を除外する場合を除き、その定義されたステップは任意の順番でまたは同時に実行可能である。
［図１］
【００２３】
図１は、第２の膜一体化水和反応器の類似実施形態と連結する第１の膜一体化水和反応器（ＭＩＨＲ）のある実施形態の概略図である。オレフィン水和システム１００は、二つの別の、しかし類似するＭＩＨＲ１１０、第１の反応器１１２および第２の反応器１１４、を含む。論議提起のため、類似する内部装置およびプロセスが反応器１１２および１１４の両方において発生する。
【００２４】
第１の反応器１１２と第２の反応器１１４は、直列で作動するように互いに連結する。オレフィン供給ライン１１６および水供給ライン１１８は、オレフィンおよび水を、それぞれ第１の反応器１１２へ別々に供給する。未反応オレフィンは、第１の反応器１１２の頂部から、オレフィン圧縮器１２０を介して、第２の反応器１１４へ通過する。回収された水は、第１の反応器１１２の底部から、水ポンプ１２２を介して、第２の反応器１１４へ通過する。残されたオレフィンライン１２４および残された水ライン１２６は、第２の反応器１１４から未使用のオレフィンおよび水を運搬する。関連アルコールライン１２８は、両方のＭＩＨＲ１１０から別々に関連アルコール生成物を回収する。
【００２５】
各ＭＩＨＲ１１０はいくつかの内部部品を有する。各ＭＩＨＲ１１０は、固定化固体酸オレフィン水和触媒床１３０、給送側１３４および透過側１３６をそれぞれ有する親水性膜１３２、ノズル１４０を有する水分配器１３８、オレフィン多孔分散管１４２および凝縮器１４４を有する。各ＭＩＨＲ１１０の全部品は、透過側１３６にある凝縮器１４４を除いて、親水性膜１３２の給送側１３４にある。固定化固体酸オレフィン水和触媒床１３０は、オレフィン水和プロセス条件において、オレフィンおよび水を使用して関連アルコールを生成するように作動可能である。オレフィン多孔分散管１４２は、オレフィンが固定化固体酸オレフィン水和触媒床１３０（矢印１５０）と接触するように、オレフィンを各ＭＩＨＲ１１０に分配するように作動可能である。水分配器１３８は、水を固定化固体酸オレフィン水和触媒床１３０（矢印１５２）に分配する。親水性膜１３２は、水が、オレフィン水和プロセス条件において、給送側１３４から透過側１３６（矢印１５４）へ透過気化することを許すように作動可能である。親水性膜１３２は、オレフィンまたは関連アルコールが、オレフィン水和プロセス条件において、親水性膜１３２を透過気化することを許さない。凝縮器１４４は、それが凝縮するように、透過の温度を下げるように作動可能である。
【００２６】
図１は親水性膜１３２の給送側１３４の頂部上の二層液体：関連アルコールで飽和された水１６２の層の上部に、水フロートで飽和された関連アルコール１６０の層、を示す。
【００２７】
各ＭＩＨＲ１１０に関する生産区間１７０は伸びて水およびオレフィンが関連アルコールを生成可能な場所を含む。生産区間１７０は、オレフィンが水と緊密に混ざり合い、関連アルコールに転換する場所であり、固定化固体酸オレフィン水和触媒床１３０を含む。各ＭＩＨＲ１１０に関する分離区間１７２は、化学的不適合性（すなわち、不混和性）ばかりでなく、水１６２の層から水を抽出する親水性膜１３２の活動によって、水と関連アルコールが互いに分離する場所へ伸びる。生産区間１７０と分離区間１７２は互いに連結するが、互いに接触しない。反応生成物と未使用水は、ＭＩＨＲ１１０の内側の生産区間１７０から分離区間１７２へ流れる。
【００２８】
図１は、ある実施形態膜一体化水和反応器を使用して、オレフィン加水分解の方法におけるステップを論議するために有用である。オレフィン供給ライン１１６はオレフィンを、水供給ライン１１８は水を、別々に第１の反応器１１２へ導入する。典型的な反応条件では、水は液体であり、オレフィンは蒸気である。供給原料オレフィンおよび水は、概して各ＭＩＨＲ１１０内の反対方向に進み、固定化固体酸オレフィン水和触媒床１３０内へ透過する。固体酸オレフィン水和触媒の表面上で、オレフィンと水は緊密に混合し、反応して、関連アルコールを生成する。
【００２９】
関連アルコールは、生産区間１７０内に存在する任意の超過水と共に、生産区間生成物混合物を固定化固体酸オレフィン水和触媒床１３０内に生成し、これは重力により固体酸オレフィン水和触媒床１３０を通って下方向へ移行し、生産区間１７０から通過する。生産区間生成物混合物は分離区間１７２へ流れ、そこでは、関連アルコールと水が分離する。関連アルコールは関連アルコール１６０の層を生成し、これはＭＩＨＲ１１０から関連アルコール生成物として関連アルコールライン１２８へ渡る。水１６２の層からの水は、給送側１３４上への吸収により、親水性膜１３２を通って透過気化し、透過側１３６上の透過蒸気として、親水性膜１３２を拡散し、またそこから脱離し、透過気化水生成物を生成する。脱離の際に、凝縮器１４４は透過気化水生成物を液化する。
【００３０】
オレフィン水和プロセス１００が、凝縮透過水を、水ポンプ１２２を使って、第１の反応器１１２から第２の反応器１１４へ通過させる。凝縮透過水は、残された水ライン１２６を介して、第２の反応器１１４の底部から、そしてオレフィン水和プロセス１００の外へ通過する。未反応オレフィンはＭＩＨＲ１１０の頂部を出て通過する。オレフィン水和プロセス１００は、オレフィン圧縮器１２０を供給原料として用いて、未反応オレフィンを第１の反応器１１２から第２の反応器１１４へ供給原料として通過させる。第２の反応器１１４からの未反応オレフィンは、残されたオレフィンライン１２４を介して、オレフィン水和プロセス１００の外へ通過する。残された水ライン１２６と残されたオレフィンライン１２４はそれぞれ、水供給ライン１１８およびオレフィン供給ライン１１６に経路を戻ることが可能である。
【００３１】
生産区間１７０内の圧力および分離区間１７２内の親水性膜１３２を隔てる圧力差異は、ＭＩＨＲ１１０内で発生する同時プロセスのいくつかを駆動する。高められた圧力は、水および関連アルコールを液体相に、またオレフィンを蒸気相に維持し、重力および浮力の両方が、液体をガスから分離するばかりでなく、生産区間生成物混合物内の不混和性液体を分離区間１７２において関連アルコール１６０の層と水１６２の層に分離することを可能とする。凝縮器１４４は親水性膜１３２の透過側１３６上で液体水の生成をもたらし、親水性膜１３２のその側における圧力を下げる。透過側１３６上の圧力を下げることが、親水性膜１３２を通して圧力駆動を増加させ、給送側１３４から追加水を除去する。水層１６２からの水の除去は、水／関連アルコール濃度を水１６２の層内の均衡からシフトさせ、関連アルコールを水１６２の層から関連アルコール１６０の層へ駆動する。これはさらに、関連アルコールの回収率および関連アルコール生成物の品質を改善する。
［図２］
【００３２】
図２ＡおよびＢは、膜一体化水和反応器の２つの実施形態の概略図である。図２ＡおよびＢは、一般的な管状構造における、膜一体化水和反応器（ＭＩＨＲ）２１０ａおよび２１０ｂの断面図をそれぞれ示す。
【００３３】
図２Ａにおいて、ＭＩＨＲ２１０ａは、固体酸オレフィン水和触媒２２０ａおよび親水性膜２２２ａの両方を含む。固体酸オレフィン水和触媒２２０ａは、親水性膜２２２ａの外郭２３２ａと外部表面２３４ａの間に形成される環状容積２３０ａを満たす。親水性膜２２２ａはまた、空隙内部流体導管２３８ａを定義する、内部表面２３６ａを有する。
【００３４】
ＭＩＲＨ２１０ａの生産区間２４０ａは環状容積２３０ａである。分離区間２４２ａは親水性膜２２２ａである。生産区間２４０ａと分離区間２４２ａは互いに直接接触し、固体酸オレフィン水和触媒２２０ａは水和膜２２２ａの外部表面２３４ａと接触する。ＭＩＨＲ２１０ａの管状構造は外部表面２３４ａ上の液体の静置層を可能にしない。
【００３５】
結合された水およびオレフィン供給原料は、供給導管２５０ａを通って環状容積２３０ａに入る。生産区間２４０ａ内の水およびオレフィンは、緊密に混ざり合って、固体酸オレフィン水和触媒２２０ａと接触し、オレフィン水和プロセス条件で関連アルコールを生成し、任意の超過水とともに生産区間生成物混合物を生成する。超過水は、生産区間生成物混合物から分離し、親水性膜２２２ａを通過して環状容積２３０ａを移動する（矢印２５５ａを参照）。水は水出口導管２６０ａを使ってＭＩＨＲ２１０ａから通過する。関連アルコール導管２６２ａは関連アルコール生成物を生産する。
【００３６】
図２Ｂにおいて、固体酸オレフィン水和触媒２２０ｂは、環状容積２３０ｂではなくて内部流体導管２３８ｂを満たすという点を除き、ＭＩＨＲ２１０ｂは２１０ａと類似する。環状容積２３０ｂはＭＩＨＲ２１０ｂ内の空隙空間である。生産区間２４０ｂは内部流体導管２３８ｂである。
【００３７】
結合された水およびオレフィン供給原料は、供給導管２５０ｂを通って内部流体導管２３８ｂに入る。内部流体導管２３８ｂ内の水およびオレフィンは、緊密に混ざり合い、固体酸オレフィン水和触媒２２０ｂと接触し、関連アルコールと、超過水とともに生産区間生成物混合物とを生成する。水は生産区間生成物混合物から分離し、親水性膜２２２ｂ（矢印２５５ｂを参照）を通って環状容積２３０ｂへと生産区間２４０ｂを進む。水は水出口導管２６０ｂを使って渡る。関連アルコール導管２６２ｂは、関連アルコール生成物を生産する。
［図３］
【００３８】
図３は、オレフィン水和プロセスの一部としての、膜一体化水和反応器のある実施形態の概略図である。オレフィン水和システム３００は、４つの異なる生産区間（３１１、３１３、３１５、３１７）および４つの異なる関連分離区間（３１２、３１４、３１６、３１８）を有する膜一体化水和反応器（ＭＩＨＲ）３１０を含み、それらは、外部容器壁３２０内で、交互に、垂直な関係において互いに連結する。ＭＩＨＲ３１０は頂部３２２および底部３２４を有する。
【００３９】
各生産区間（３１１、３１３、３１５、３１７）は、非構造化触媒の固体酸オレフィン水和触媒床３２６を有する。各関連分離区間（３１２、３１４、３１６、３１８）は親水性膜３２８を含む。親水性膜３２８は、給送側３３０および透過側３３２を有する。図３は、それぞれ、関連分離区間３１２、３１４、３１６、および３１８の親水性膜３２８の給送側３２２と接触する、生産区間３１１、３１３、３１５、および３１７に関する固体酸オレフィン水和触媒床３２６を示す。生産区間３１３、３１５および３１７の固体酸オレフィン水和触媒床３２６は、それぞれ、関連分離区間３１２、３１４および３１６の親水性膜３２８の透過側３３２にほとんど接し、それぞれの上に、生産区間３１３、３１５および３１７の容積を最大化する。生産区間３１１内の固体酸オレフィン水和触媒床３２６は頂部３３２とほとんど接触する。各親水性膜３２８に対する固体酸オレフィン水和触媒床３２６の位置は、それぞれ、関連分離区間３１２、３１４、３１６および３１８と重複する生産区間３１１、３１３、３１５および３１７になる。各親水性膜３２８の頂部上の関連アルコール３３４の層および水３３６の層の両方の位置は、それぞれ、生産区間３１１、３１３、３１５および３１７と関連分離区間３１２、３１４、３１６および３１８との間の重複するエリア内であり、層３３４および３３６が固体酸オレフィン水和触媒床３２６の下部と混ざり合うようにする。
【００４０】
膜一体化水和反応器３１０に供給するオレフィンは、２つのソースに由来する。すなわち、産生オレフィン供給ライン３３８からの新鮮オレフィンおよびリサイクルオレフィン供給ライン３４０からの回収オレフィンである。オレフィン供給ヘッダ３４２は２つのオレフィンソースを結合して単一の供給ラインにする。オレフィン供給制御バルブ３４４は、オレフィン供給ライン３４６を通して、各生産区間（３１１、３１３、３１５、３１７）に導入されるオレフィンの量を規制する。
【００４１】
膜一体化水和反応器３１０に供給する水は、２つのソースに由来する。すなわち、水産生供給ライン３４８からの産生水および水リサイクルライン３５０からのリサイクル水である。両方のラインは水貯蔵タンク３５２に供給する。水供給ポンプ３５４は、水を水供給ヘッダ３５６に運搬する。水供給制御バルブ３５８は、水供給ライン３６０を通して各生産区間（３１１、３１３、３１５、３１７）に導入される水の量を規制する。
【００４２】
水供給ライン３６０からの水とオレフィン供給ライン３４６からのオレフィンは、供給物混合器３６２内で強制的に混合され、結合供給ライン３６４を使用して生産区間（３１１、３１３、３１５、３１７）に渡る。
【００４３】
各生産区間（３１１、３１３、３１５、３１７）内において、オレフィンおよび水は固体酸オレフィン水和触媒床３２６と緊密に接触する。オレフィン水和プロセス条件で、オレフィンおよび水は、固体酸オレフィン水和触媒の存在下で関連アルコールを生成する。関連アルコールおよび超過水は、結合して生産区間生成物混合物を生成し、これは固体酸オレフィン水和触媒床３２６（矢印３６６）を通って下方向に滴り落ち、親水性膜３２８の給送側３３０上に溜る。給送側３３０上において、生産区間生成物混合物は分離し、水３３６の層の上に、関連アルコール３３４の層の二層液体を生成する。両層３３４および３３６は、生産区間（３１１、３１３、３１５、３１７）および分離区間（３１２、３１４、３１６、３１８）の両方に位置決めされる。水３３６の層に同伴された任意のブテンは関連アルコールに転換する。
【００４４】
生産区間３１１は、分離区間３１２の親水性膜３２８を通して、生産区間３１３と一方向に流体連通している。生産区間３１１内へのオレフィン水和反応によって消費されない水は、親水性膜３２８を通って生産区間３１３へ透過気化する。生産区間３１３への脱着時に、透過気化した水は、結合供給ライン３６４を通して導入された水のように、オレフィン水和反応において反応物質として活動する。生産区間３１３は分離区間３１４を通して、生産区間３１５と一方向に流体連通している。生産区間３１５は、分離区間３１６を通して、生産区間３１７と一方向に流体連通している。生産区間３１１、３１３および３１５に導入される水の部分は、ＭＩＨＲ３１０を進み、分離区間３１６を通って生産区間３１７に入ることが可能である。
【００４５】
生産区間３１７でのオレフィン水和プロセスにおいて消費されない水は、分離区間３１８の親水性膜３２８を通って透過気化し、底部３２４に集まる。水リサイクルライン３４２は集められた水を水貯蔵タンク３５２へ運搬する。
【００４６】
各分離区間（３１２、３１４、３１６、３１８）からの関連アルコール３３４の層の連続した部分は、生成物流体導管３７０を通って関連アルコール生成物として、膜一体化水和反応器３１０から出る。アルコール分離ポット３７２は、関連アルコール生成物から任意の溶解オレフィンをフラッシュオフする。リサイクルオレフィン供給ライン３４０は、ＭＩＨＲ３１０への再導入のために、アルコール分離ポット３７２から回収オレフィンを圧縮し、リサイクルする。脱気された関連アルコール生成物は、オレフィン水和システム３００の外部にある、下流システムへ渡る。
［ブテンおよびオレフィン反応物質］
【００４７】
オレフィン組成供給原料は、蒸気として膜一体化水和反応器に入る。オレフィン水和の方法のある実施形態は、ブテンの単一異性体をオレフィン供給原料組成として導入することを含む。構造１〜４に見られるように、ブテンは４つの異性体構造を有する。
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【００４８】
オレフィン水和方法のある実施形態は、オレフィン供給原料組成としてブテン異性体の混合物を導入することを含む。「混合ブテン」は、４つのすべてのタイプのブテンを含む、２つ以上の異性体構造を有するブテンの混合物を指す。混合ブテンは、存在する異性体の相対的比率およびタイプに応じて、大気圧において、約−７℃から約４℃の範囲における沸騰温度を有する。
【００４９】
オレフィン水和方法のある実施形態は、オレフィン供給原料組成として低炭素オレフィンの混合物を導入することを含む。単一ブテン異性体組成または他の非ブテンオレフィンと結合された混合ブテンは、「混合オレフィン」を生成する。混合オレフィンは、「低炭素オレフィン」であり、これは２〜６炭素原子を有するオレフィンである。エチレン、プロペン、ブテン、ペンテン、およびヘクセンは低炭素オレフィンである。低炭素オレフィンは芳香性ではない。
【００５０】
たくさんのソースがオレフィン水和プロセスのための好適な混合ブテンまたは混合オレフィンを提供可能である。流動触媒クラッカー（ＦＣＣ）ユニットは、潜在的ソースである。スチーム触媒クラッカーからの生成物ストリームは、ブタジエンを抽出した後、ソースとして活動可能である。ブテンの純異性体、混合ブテン、および低炭素を有する混合オレフィンの潜在的ソースは、ＭＴＢＥ（メチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテル）、ＳＢＡ（ｓｅｃ−ブチルアルコール）およびＴＢＡ（ｔｅｒｔ−ブチルアルコール）生産ユニットを含む。
［水反応物質］
【００５１】
オレフィン水和プロセスは、水を使用して直接水和をもたらす。新鮮産生水ソースは、水道水、脱イオン化水、蒸留水、ボイラ供給水（ＢＦＷ）およびスチーム凝縮水を含む。ｐＨのための水の予備処理およびそのミネラル除去は、膜一体化水和反応器における無機質の蓄積およびスケールを防ぐ。
【００５２】
膜一体化水和反応器における分離区間からのリサイクル済透過水はまた、供給原料水の優れたソースである。オレフィン水和プロセスは、リサイクルによって、水の用途を最大化する。親水性膜を通した水の透過は、オレフィン、関連アルコール、および他の不純物を実質的に含まない。
［予備結合供給原料混合器］
【００５３】
オレフィン水和プロセスのある実施形態は、不混和性結合を膜一体化水和反応器内へ導入する前に、水と供給原料オレフィンを結合済供給原料ストリームへ強制的に結合することを含む。混合装置、例えばガススパージャまたはベンチュリーノズル、はオレフィンを水供給原料内へ組み込み、２つの不混和性材料は激しく混合する。混合装置は、２つの不混和性材料が十分な時間互いに緊密に接触し、結合済ストリームのＭＩＨＲの生産区間内への導入を許すように作動可能である。
［膜一体化水和反応器］
【００５４】
膜一体化水和反応器は、オレフィン、特にブテンを、その関連アルコール、特にブタノールに、固体酸オレフィン水和触媒の存在下で、直接水和反応を通して転換するように作動可能である。
［生産および分離区間］
【００５５】
オレフィン水和反応は、膜一体化水和反応器の生産区間内で発生する。生産区間は、ＭＩＨＲ内に固体酸オレフィン水和触媒を含む。生産区間は、オレフィンと水がオレフィン水和プロセス中に関連アルコールに転換するエリアである。この関連アルコールの生成は固体酸オレフィン水和触媒の存在下で発生し、これは生産区間内に存在する。生産区間はまた、関連アルコールおよび任意の未反応水を含む生成物混合物も生成する。生産区間生成物混合物は、固体酸オレフィン水和触媒の構造内で生成する。生産区間は、生産区間生成物混合物を、水を関連アルコールから分離するために、関連分離区間に渡す。
【００５６】
各生産区間は、関連分離区間と連結する。関連分離区間と関連する生産区間は、生産区間生成物混合物を渡すが、これは任意の超過水を有する関連アルコールを含む。関連分離区間は、生産区間生成物混合物が、関連分離区間の親水性膜の給送側に向けられるように連結する。分離区間の親水性膜の透過側に連結される生産区間は、水または関連アルコールを親水性膜の給送側に渡すように作動可能でないため、分離区間と関連していない。
【００５７】
膜一体化水和反応器のある実施形態は、生産区間と関連分離区間との間の個別作動条件を維持するように作動可能である。生産区間と関連分離区間との間の区画は、生産区間内の局所的オレフィン水和生産特性の最大化を可能にし（高圧）、一方、局所的生産区間生成物混合物の分離の最大化を可能にする（例えば、親水性膜を横切る高圧勾配の維持）。区画は、生産区間と関連分離区間との連結を維持する。
【００５８】
関連分離区間は、生産前に超過水を除去することによって、生産区間生成物混合物から関連アルコール生成物を生成するように作動可能である。膜一体化水和反応器内の任意の超過水は、親水性膜を介して、選択的抽出によって分離区間から渡る。抽出された水は、別の生産区間に渡るか、あるいは、透過気化された水生成物として、ＭＩＨＲから除去される。任意に、重力および不混和性による生産区間生成物混合物の物理的分離が分離区間内で発生可能である。ＭＩＨＲの構成は、分離区間内に生産区間生成物混合物から２層液体が生成することを可能とし、これらは関連アルコール潤沢層と水潤沢層である。関連アルコールは密度が低く、また水中で数パーセント以上は混和せず、水層の上部に浮動する。水は生成された関連アルコール層を飽和させ、そして関連アルコールは生成された水層を飽和させる。
【００５９】
親水性膜を使用して分離区間から水を除去することは、３つの有用な効果を有する。第１に、親水性膜の給送側と接触している水層から水を抽出することは、水層の組成均衡を変化させる。水の除去は、水層内に溶解している関連アルコールを水層の外へ駆動し、水／アルコール組成均衡を再確立する。これは関連アルコールの品質を改善し、水層から外へ駆動された関連アルコールは、関連アルコール層内へ運搬されるか、または抽出へ向かって自由に移動する。第２に、透過気化を通して親水性膜を冷却することは、親水性膜の給送側と接触している両方の水の温度を低減し、これは結果的に、給送側に近い関連アルコール層を含む他の流体を輸送し、冷却する。温度の低減は、オレフィン等の不混和性ガスについて、関連アルコールおよび水の両方の吸収能力を削減する。最後に、前述のように、透過気化水は高く精製されており、別の生産区間における反応物質として即時使用に好適である。
【００６０】
膜一体化水和反応器のある実施形態は、反応器内で重複する関連分離区間を伴う生産区間を有する。固体酸オレフィン水和触媒の構成は、ここでは、触媒は親水性膜の給送側と非常に接近しているか、または接触さえしているが、分離および生産が同時に発生可能な重複区間を生じる可能性がある。図３はＭＩＨＲのある実施形態を示し、これは、親水性膜の給送側の水／関連アルコール層の生成時に発生可能である。
【００６１】
膜一体化水和反応器のある実施形態は、２つ以上の生産区間および２つ以上の関連分離区間を有する。複合生産区間および関連分離区間水和反応器のある実施形態は、２つ以上の生産区間および２つ以上の関連分離区間は交互に連続的で、流体的に連結して生産区間と関連分離区間の交互連続を通して一方向の流体連通を可能にすることを含む。そのような実施形態では、連通の流体は水である。連続する同一膜一体化水和反応器内の複合生産区間および関連分離区間の連結は、関連分離区間を通した抽出による未使用およびリサイクル可能な反応物質の生産区間からの好都合な除去を可能にする。未転換オレフィンおよび任意の超過水の通過は、作動効率、特にオレフィン転換効率、を改善し、そして水の保存および連続アップグレードを確実にする。
【００６２】
関連分離区間は水を分離可能であり、それを、透過気化水生成物として、別の流体的に連結された生産区間へ効率的に再分配可能である。交互連続において第１の生産区間に導入された超過水は、第１の生産区間からの膜一体化水和反応器の全体の作動長を移動可能であり、これはすべての他の生産区間を通り、またすべての関連分離区間を通り、そしてＭＩＨＲから通過する。水は、親水性膜の構成理由により、ＭＩＨＲを通って一方向に連通するようにのみ作動可能であり、これは、給送側と透過側との間の一方向の流体連通のみを許す。交互に連続的に流体的に連結された２つ以上の生産区間および２つ以上の関連分離区間を有する膜一体化水和反応器のある実施形態は、生産区間が連続したすべての残りの生産区間およびすべての分離区間に対して一方向に流体連通するように作動可能であるような構成を含む。
【００６３】
２つ以上の生産区間および２つ以上の関連分離区間と流体的に連結される交互連続を有する膜一体化水和反応器のある実施形態では、第１の生産区間は１つの関連分離区間とのみ直接流体接触している。そのような実施形態では、交互連続における最後の関連分離区間は、１つの生産区間とのみ直接流体接触している。そのような配列では、すべての他の生産区間は２つ以上の分離区間と直接流体接触しており、そしてすべての他の関連分離区間は２つ以上の生産区間と直接流体接触している。
【００６４】
２つ以上の生産区間を有する膜一体化水和反応器のある実施形態は、生成および関連分離区間の第１のセットと生産および関連分離区間の第２のセットとの間で分離作動条件を維持するように作動可能であり、第１の関連分離区間は第２の生産区間と流体的に連結され、そして一方向に流体連通している。例えば、ＭＩＨＲ内の生産および分離区間のセット間の物理的区画は、連結されたまたは下流の生産または分離区間の作動に悪影響を及ぼすことなく、生産区間または分離区間の作動条件の修正を許すことが可能である。非関連分離区間と生産区間との間の一方向の流体連通を維持する、生産区間と非関連分離区間との間の区画は、例えば、低大気圧環境が非関連分離区間の透過側に生成するように作動条件を操作することを可能にし、一方連結された下流生産区間における大気圧以上のオレフィン水和プロセス圧を維持し、一方上流膜と連通する水を依然として受け取る。
【００６５】
膜一体化水和反応器のある実施形態は、親水性膜の数と生産区間の数は同一でないことを含む。
［固体酸オレフィン水和触媒］
【００６６】
オレフィン水和反応は、固体酸オレフィン水和触媒の存在下で発生する。オレフィン水和反応は、式１の公式に従う。
オレフィン＋水−−−＞アルコール（式１）
例えば、イソブテンと水は、酸性触媒の存在下で反応し、関連ｔｅｒｔ−ブタノール（ＴＢＡ）を式２に従って生成する。
ＣＨ２ ＝Ｃ（ＣＨ３）２＋Ｈ２Ｏ−−−−＞（ＣＨ３）３ＣＯＨ（式２）
また、２−ブテンは水と反応して関連ｓｅｃ−ブタノール（ＳＢＡ）を式３に従って生成する。
ＣＨ３−ＨＣ＝ＣＨ−ＣＨ３＋Ｈ２Ｏ−−−−＞ＣＨ３ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２ＣＨ３
（式３）
【００６７】
膜一体化水和反応器は、固体酸オレフィン水和触媒を含む。固体酸オレフィン水和触媒は任意の商業的に入手可能なオレフィン、特にブテン、を水と共にその関連アルコール、特にブタノール、へ転換するために好適な固体酸触媒である。固体酸オレフィン水和触媒の例は、酸性ゼオライト、ＭｏＯ３／ＷＯ３、イオン交換樹脂、および担持固体酸触媒を含む。担持固体酸オレフィン水和触媒の例は、シリカ上に坦持されるリン酸である。固体坦持担体はシリカ、金属酸化物、粘土、ゼオライト、およびカーボンブラックを含む。固体酸オレフィン水和触媒である好適なイオン交換樹脂の例は、ＤＯＷＥＸ（登録商標）５０（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ；Ｍｉｄｌａｎｄ、ＭＩ）、ＡＭＢＥＲＬＹＳＴ（登録商標）１５（Ｒｏｈｍ＆Ｈａａｓ；Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ、ＰＮ）、およびＤ００８樹脂（ＫａｉＲｕｉ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ；中国）を含む。
【００６８】
固体酸オレフィン水和触媒は、反応物質間の流体接触、ならびに、関連アルコールおよび超過水の生産エリアから遠方への運搬を容易にする。膜一体化水和反応器のある実施形態は、充填されたまたは構造化された触媒床構成における固体酸オレフィン水和触媒を含む。反応物質は充填されたまたは構造化された床構成内に分散し、触媒表面に接触しながら緊密に混ざり合う。ＭＩＨＲのある実施形態は、緩い触媒床構成における固体酸オレフィン水和触媒を含む。ＭＩＨＲのある実施形態は、親水性膜の給送側表面と一体化された固体酸オレフィン水和触媒を含む。一体化は、固体酸オレフィン水和触媒を有する親水性膜の供送表面上の接着、注入、および被覆を含み、これにより、親水性膜の選択的浸透作動可能性が乱されない。
［親水性膜］
【００６９】
膜は、他を除くいくらかの化学的成分の障壁を通過することを選択的に許す薄い固体物理的障壁である。膜と共に使用される流体内の構成要素の混合物が与えられた場合、膜を通過する構成要素―透過分―濃度は増加し、混合物の他の構成要素は膜を通過できない。膜材料の化学的および物理的両方の性質が、オレフィン水和条件の所与のセットにおける膜を通過する構成要素の流れのタイプと流率を制御する。膜を通過できない構成要素―残余分―の濃度も品質改善し、膜一体化水和反応器内に依然として存在する残余分における水の量は減少する。
【００７０】
膜一体化水和反応器において、親水性膜はオレフィン水和作動条件において、水の透過気化を許すように作動可能であり、透過気化水生成物を生成する。親水性膜はまた、関連アルコールの透過気化を許さないように、またオレフィン水和条件においてオレフィンの浸透を許さないようにも作動可能である。
【００７１】
親水性膜は水分子を引き付ける。理論によって拘束される意図はないが、親水性膜に対する親和性を有する水は親水性膜の水−固体境界面において接触および蓄積し、他の混合物構成要素を押し出すと考えられている。一旦生成されると、水と親水性膜との間の水素接着は安定的である。さらに、親水性膜給送側における水の蓄積は、疎水性物質が膜の表面と接触することを阻止する。一般に、水溶液およびオレフィン内の数パーセント以上の関連アルコールは不混和性水であり、したがって、それらは水層内に溶解せず、水の透過気化を妨げるのに十分な量で膜の給送表面へ移行する。
【００７２】
「透過気化」は、液体膜分離プロセスを指す。水は親水性膜の給送表面に吸着し、膜材料内に溶媒和し、膜内に拡散し、そして蒸気として透過側で膜から脱着する。親水性膜の給送表面上での吸着と蒸気としての透過側からの脱着との間で発生する相変化は、親水性膜を冷却し、これは次に親水性膜の給送側の残余分を冷却する。
【００７３】
作動条件は親水性膜内に拡散する透過量に影響する。第１の生産区間における条件の変化は、第２の生産区間により受け取られる共有親水性膜を通る流率に影響する。給送側水蒸気圧と透過側水蒸気圧との間の部分圧差は、親水性膜を通る水の透過気化のための駆動力である。部分的差圧が給送および透過側の間で減少すると、膜を横切る流れは減少する。親水性膜の透過側における圧力の減少は、親水性膜を通る流れを増加させる。より低い圧力を透過側に誘発する手段は、ポンプまたは圧縮器を使って強制的に透過蒸気または凝縮流体を親水性膜の透過側から引き出すことを含む。透過側の凝縮器はまた、透過気化透過蒸気の凝縮をもたらすことによって、透過側の作動圧も減少させる。オレフィンおよび水供給原料の導入圧を高めることも同一効果を有する可能性がある。透過気化プロセスに関し、供給流体の温度は膜を通る流れを増加させることもまた知られている。生産区間温度を高めることは、親水性膜を通る水の流率を増加させる。
【００７４】
親水性膜のマクロ形態は、任意の物理的形態をとり得る。物理的形態例は、管状、フィルム、中空繊維および撚り線、織布、不織布、フラットシート、管状形状、プレート、および渦巻層状円筒を含む。弾性材料として、親水性膜は膜一体化水和反応器の２つの分離および生産区間の間に挿入される予備成形フレームに添付可能であり、２つの区間における共通境界として機能し、そして１つの区間から他方への一方向の流体連通を可能にする。親水性膜は水に対してを除き、連結された生産区間内または１つの生産区間と透過除去システムの間の、物理的阻止物および化学的障壁の両方として作動可能である。
【００７５】
膜一体化水和反応器のある実施形態は、無機質材料製の親水性膜を含む。無機質材料は非有機的材料であり、セラミックス、金属、混合金属酸化物（ＭＭＯ）およびガラスを含む。無機質膜は洗浄薬品に対して高い耐性があり、長時間にわたって高められた作動温度において、水溶性および固体酸を含む腐食性液体およびガスに耐性がある。無機質膜は、１０００℃を超える温度において作動可能である。無機質膜材料例はゼオライトを含み、これにはシリカライト−１、Ｇｅ−ＺＳＭ−５、ＢタイプおよびＺＳＭ−１１が含まれる。
【００７６】
膜一体化水和反応器のある実施形態は、高分子材料製の親水性膜を含む。高分子膜は、ガラス質高分子材料（すなわち、ガラス遷移温度より低い温度で製造される）およびゴム状高分子材料（すなわち、ガラス遷移温度より高い温度で製造される）を含む。ゴム状高分子はガラス質材料よりも、増加した構成要素の流れおよびより低い構成要素選択性を典型的に実証する。高分子膜の物理的構成は、織膜および不織膜を含む。
【００７７】
少なくとも親水性膜の一部を含むために好適な高分子材料は、ポリオレフィン、ポリ（イソプレン）、ポリ（ブタジエン）、フッ素化ポリマ、塩素化ポリマ、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテル、スルホン酸および非スルホン酸ポリ（エーテルスルホン）、ポリ（スルホン）、ポリフェニレン酸化物、ポリフェニレン硫化物、ポリ（ビニルアセテート）、ビニルアセテートのコポリマ、ポリ（ホスファゼン）、ポリ（ビニルエステル）、ポリ（ビニルエーテル）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（炭酸塩）、ポリスチレン、およびシリコンラバーを含む。
【００７８】
膜一体化水和反応器のある実施形態は、無機質および高分子材料の両方の複合体で作られる親水性膜を含む。そのような親水性膜は、無機および高分子材料の両方の長所的特性をもつことが可能である。複合体親水性膜は、少なくとも一層の高分子膜材料および少なくとも一層の無機質膜材料を含むことが可能である。
［他の生産区間および分離区間器具］
【００７９】
ノズル、スパージャ、および霧吹きは、別々のまたは組み合わせられたオレフィンおよび水供給原料を膜一体化水和反応器の生産区間に分配可能である機器の例である。親水性膜の透過表面に近く位置決めされた冷却収集および分配器プレートは、透過水を下流連結生産区間またはＭＩＨＲ外部の水処理システムへ凝縮、再分配可能である。任意の内部分配システムの設計および構成は、水およびオレフィンを、固体酸オレフィン水和触媒内へ分配し、反応物質材料の積載を最大化する。
【００８０】
膜一体化水和反応器は、内部凝縮器を含むことが可能である。凝縮器の構成は、ＭＩＨＲに対して物理的に内部であること、あるいは、導管を通して分離区間の内部に外部的に接続されることが可能である。ＭＩＨＲのある実施形態は、親水性膜の透過側で透過気化水生成物を液体に凝縮するように作動可能な内部凝縮器を含む。蒸気受取生産区間内の透過蒸気の凝縮は、親水性膜を横切る流れ勾配を増加させ、そして蒸気を液体化して固体酸オレフィン水和触媒内へ分配する。
［関連アルコール］
【００８１】
生産区間において作られる関連アルコールのタイプは、供給原料として使用されるオレフィンと関連する。オレフィン水和方法のある実施形態は、ブタノールの単一異性体の関連アルコールを生産する。ブテンのオレフィン水和を介して生産区間内に生成されるブタノールは、構造５〜８を含む。
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【００８２】
オレフィン水和方法のある実施形態は、ブタノールの混合異性体の関連アルコールを生産する。「混合ブタノール」は、ブタノールの２つ以上の異性体を含む生成物組成を指し、これはブタノールのすべての４つの異性体を含む。混合ブタノールは、存在する異性体の相対的比率およびタイプに左右されて、約８２℃から約１１８℃の範囲の沸騰温度を有する。オレフィン水和方法のある実施形態は、ＴＢＡ、ＳＢＡ、またはその両方を含む混合ブタノールが生成されるように膜一体化水和反応器を作動させることを含む。
【００８３】
オレフィン水和方法のある実施形態は、生成される関連アルコールが低炭素アルコールの混合物であることを含む。「混合アルコール」は、ブタノールの少なくとも１つの異性体ばかりでなく、他の低炭素（即ち、２〜６炭素）非ブタノールアルコールをも含む生成物組成を指す。反応組成に含まれる非ブテンオレフィンは、その関連アルコール生成物を生成し、例えば、プロペンはプロパノール（ノーマルおよびイソ−）を生成する。
［支持機器］
【００８４】
実施形態は、記述された器具、プロセス、方法、およびシステムを可能とする、また作動可能とする多くの追加的標準構成要素または機器を含む。当業者に知られているそのような標準機器の例は、熱交換、ポンプ、送風機、再沸器、水蒸気発生、凝縮物処理、膜、単段および多数段圧縮器、分離および分別機器、バルブ、スイッチ、コントローラ、および圧力／温度／レベルおよび流れ感知器を含む。
【００８５】
プロセスまたは方法の一部分または全体のステップの作動、制御、および性能は、人的対話、事前プログラムされたコンピュータ制御、および応答システム、あるいはそれらの組み合わせを通して発生可能である。
［オレフィン水和方法］
【００８６】
膜一体化水和反応器を使用して、関連アルコール生成物を生成するためのオレフィン水和方法は、膜一体化水和反応器の生産区間へオレフィン供給原料組成を導入するステップを含む。オレフィン供給原料組成はオレフィンを含み、このオレフィンはブテンの少なくとも１つの異性体を含む。オレフィン水和の方法のある実施形態は、ブテンの単一異性体のみを有するオレフィン供給原料組成を導入することを含む。方法のある実施形態は、混合ブテンを有するオレフィン供給原料組成を導入することを含む。方法のある実施形態は、混合オレフィンを有するオレフィン供給原料組成を導入することを含む。方法のある実施形態は、重量で少なくとも５％のイソ−ブテンを有するオレフィン供給原料組成を導入することを含む。
【００８７】
膜一体化水和反応器を使用して関連アルコール生成物を生成するためのオレフィン水和の方法は、膜一体化水和反応器の生産区間へ水を導入するステップを含む。膜一体化水和反応器への水およびオレフィン供給原料組成の導入は、別々にまたは結合された供給原料として発生可能である。オレフィン水和方法のある実施形態は、生産区間への、水およびオレフィン供給原料組成の別々の導入を含む。方法のある実施形態は、水とオレフィン供給原料組成の予備結合を含み、その後に、膜一体化水和反応器の生産区間へのその結合を導入する。
【００８８】
オレフィン水和方法のある実施形態は、水とオレフィンの化学量論的供給比率が約１：１から約１０：１の範囲となるように、水およびオレフィン供給原料組成を膜一体化水和反応器に導入することを含む。２つ以上の生産区間を有する膜一体化水和反応器に関しては、方法のある実施形態は、第１の生産区間への水とオレフィンの化学量論的供給比率は、第２の生産区間への水とオレフィンの化学量論的供給比率と異なるように、水およびオレフィン供給原料組成をＭＩＨＲに導入することを含む。異なる化学量論的供給比率を使用する理由は、生産区間、分離区間流体レベル管理、生産区間圧力管理、および一方向の流体連通における生産および分離区間のセット間で運搬される内部水の量の間におけるさまざまな触媒活性を含む。
【００８９】
膜一体化水和反応器を使用して関連アルコール生成物を生成するためのオレフィン水和の方法は、関連アルコール生成物が生産区間内で固体酸オレフィン水和触媒の存在下で、水を使用してオレフィン組成から生成するように、オレフィン水和プロセス条件で膜一体化水和反応器を作動させるステップを含む。関連アルコールは、ブタノールの少なくとも１つのタイプを含む。このブタノールの１つのタイプは、ＴＢＡおよびＳＢＡを含む。方法のある実施形態は、関連アルコールが混合ブタノールであるように膜一体化水和反応器を作動させることを含む。方法のある実施形態は、関連アルコールがまた低炭素アルコールをも含むように膜一体化水和反応器を作動させることを含む。非ブタノールアルコールは、エタノール、プロパノール、ペンタノール、およびヘキサノールを含む。
【００９０】
オレフィン水和方法のある実施形態は、生産区間における水とオレフィンの化学量論的比率が約１：１から約１０：１の範囲であるように、オレフィン水和プロセス条件で膜一体化水和反応器を作動させることを含む。
【００９１】
オレフィン水和方法のある実施形態は、生産区間内における圧力が、約８バールから約７０バールの範囲であるように、オレフィン水和プロセス条件で膜一体化水和反応器を作動させることを含む。方法のある実施形態は、生産区間内における圧力が約１０バールから約４０バールの範囲であるように、膜一体化水和反応器を作動させることを含む。
【００９２】
オレフィン水和の方法のある実施形態は、生産区間内における温度が約５０℃から約１５０℃の範囲であるように、オレフィン水和プロセス条件で膜一体化水和反応器を作動させることを含む。方法のある実施形態は、生産区間内における温度が約９０℃から約１２０℃の範囲であるように、膜一体化水和反応器を作動させることを含む。
【００９３】
膜一体化水和反応器を使用して関連アルコール生成物を生成するためのオレフィン水和方法は、関連アルコールおよび任意の未反応水を含む生産区間生成物混合物が生成し、生産区間生成物混合物が関連分離区間に通過するように、膜一体化水和反応器を作動させるステップを含む。
【００９４】
オレフィン水和方法は、任意の未反応水が生産区間生成物混合物から選択的に除去されるように、膜一体化水和反応器を作動させ、関連アルコール生成物と透過気化水生成物の両方を生成するステップを含む。
【００９５】
オレフィン水和方法のある実施形態は、親水性膜の給送側と透過側との間の圧力差異が約８バールから約７０バールの差異の範囲の値を有するように、オレフィン水和プロセス条件で膜一体化水和反応器を作動させることを含む。オレフィン水和方法のある実施形態は、親水性膜の透過側の圧力が大気圧未満であるように、膜一体化水和反応器を作動させることを含む。
【００９６】
膜一体化水和反応器は、関連アルコール生成物を生産する。オレフィン水和方法のある実施形態は、重量における水を実質的に含まない関連アルコール生成物を生産することを含む。方法のある実施形態は、合計関連アルコール生成物の０．５重量パーセント以下の水を含む関連アルコール生成物を生産することを含む。方法のある実施形態は、合計の関連アルコール生成物内に、容量において１００ｐｐｍ以下のブテンを含む関連アルコール生成物を生産することを含む。
【００９７】
オレフィン水和方法のある実施形態は、膜一体化水和反応器から透過気化水生成物を生産するステップをさらに含む。オレフィン水和方法のある実施形態は、異なる生産区間に導入されるように透過気化水生成物を生産するステップをさらに含む。オレフィン水和方法のある実施形態は、分離区間の親水性膜の透過側に流体的に連結された生産区間へ直接導入されるように、透過気化水生成物を生産するステップをさらに含む。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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