ゾーンリアクター
アルカンを、それらに対応するアルコール、エーテル、オレフィン、及び他の炭化水素に転換する方法において、容器は、第一のゾーン、第二のゾーン、及び第三のゾーンによって規定される、中空の、分離されていない内部を含む。本発明の第一の実施形態では、酸素が第一のゾーンの金属ハロゲン化物と反応し、ガス状のハロゲン化物を生成させる。第二のゾーンでは、ハロゲン化物がアルカンと反応し、アルキルハライドを生成させる。そして第三のゾーンでは、上記アルキルハライドが金属酸化物と反応し、元のアルカンに対応する炭化水素を生成させる。上記第三のゾーンに由来する金属ハロゲン化物を、上記容器を通して、第一のゾーンまで輸送し、そして第一のゾーンに由来する金属酸化物を第三のゾーンに再利用する。本発明の第二の実施形態は、金属酸化物が、上記容器を通って、第一のゾーンから上記第三のゾーンに輸送され、そして金属ハロゲン化物が上記第三のゾーンから第一のゾーンに再利用される点で、第一の実施形態と異なっている。本発明の第三の実施形態では、上記容器を通るガスの流れを逆にし、上記金属酸化物を元の金属ハロゲン化物に転換させ、そして上記金属ハロゲン化物を元の金属酸化物に転換させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願のクロスリファレンス
本出願は、2001年4月18日に出願された仮出願番号60/284,642に基づく優先権を主張する、2001年9月11日に出願された米国特許出願第09/951,570号(現在は、米国特許第6,462,243号)の一部係属出願である、2002年4月2日に出願された米国特許出願第10/114,579号(現在は、米国特許第6,525,230号)の継続出願である、2003年2月19日に出願された米国特許出願第10/369,148号(現在、継続中)の、特許規則1.63に基づく一部継続出願である。
【0002】
技術分野
本発明は、ゾーンリアクターに関し、そして詳細には、アルカンを、アルコール、エーテル、オレフィン、及び他の炭化水素に転換させる方法に有用であるゾーンリアクターに関する。
【背景技術】
【0003】
米国特許第6,462,243号には、臭素を用いて、アルカンを、それらに対応するアルコール及びエーテルに転換させる方法が開示されている。上記特許には、発明の4つの形態が含まれ、そこでは、それぞれが、リアクター(当該リアクターにおいて、臭素がアルカンと反応し、アルキルブロミド及び臭化水素を生成する。)、コンバーター(当該コンバーターにおいて、上記リアクター内で生成したアルキルブロミドが、金属酸化物と反応し、相当するアルコール又はエーテルを生成する。)及び非常に多くの他の個々の構成要素を含むことが開示されている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明は、同時係属の特許出願に開示されているいくつかの反応が、単一の容器内で実施されるゾーンリアクターを含む。この様式では、アルカンを、それらに対応するアルコール、エーテル、オレフィン、及び他の炭化水素に転換させるためのシステムの複雑さが、全体的に見て、実質的に減っている。さらに、容器内の特定のゾーンで発生した反応熱を、他のゾーンで生じる反応を促進するために利用することができる。
【0005】
本発明の種々の実施形態が開示されている。第一の実施形態に従って、上記ゾーンリアクターは、逆流システムを含み、そこでは、ガスが、第一の方向に流れ、そして金属化合物が、反対方向に流れる。本発明の第二の実施形態には、並流の配置が含まれ、そこでは、ガス及び金属化合物が、同一の方向に進む。本発明の第一及び第二の実施形態は、連続的に繰り返して(continual)作動する固定層システムである本発明の第三の実施形態とは対照的に、継続(continuous)システムである。第三の実施形態によると、上記金属化合物は、容器内に固定されたままであるが、上記ガスを、上記容器を通して、最初に一方向に、後に反対方向に導入する。
【0006】
下記の詳細な説明では、メタンをメタノールに転換させることに関連して、本発明を記載する。しかし、当業者が正しく評価するであろう様に、エタン及び高級アルカンを、それらに対応するアルコール、エーテル、オレフィン、及び他の炭化水素に転換するために、本発明を、同様に適用することができる。
【0007】
下記の詳細な説明はまた、特定のハロゲン化物、すなわち、臭素化物の使用に関連して本発明を記載する。しかし、当業者が正しく評価するであろう様に、特に塩素及びヨウ素を含む他のハロゲン化物を利用して、アルカンを、それらに対応するアルコール、エーテル、及び他の炭化水素に転換するために、本発明を同じように利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
本発明は、ゾーンリアクターを含み、そこでは、3種の一連の化学反応が、単一容器内の別個のゾーンで生ずる。ゾーン1では、酸素が臭化金属と反応し、臭素ガス及び対応する金属酸化物を生成する。ゾーン1に由来する臭素ガスが、第二の化学反応が生ずるゾーン2に移動する。ゾーン2では、容器の中間点にメタンガスを導入する。メタンは、ゾーン1に由来する臭素と反応し、エチルブロミド及び臭化水素を生成する。
【0009】
後者のガスがゾーン3に移動し、そこでは、第三の化学反応により、メチルブロミド及び臭化水素が、金属酸化物と反応して、メタノール及び臭化金属を生成する。メタノールを、濃縮により液相に転換し、そして液体としてリアクター容器から回収する。大部分がメタンである過剰のガスを、回収されたメタノールから分離し、そして未使用のメタンを加えて上記ゾーンリアクターに戻す。ゾーン1の金属酸化物を、ゾーン3に移動させて、それによりサイクルが完了する(金属酸化物は、ゾーン2を通って、ゾーン3からゾーン1に進む。)。
【0010】
ゾーン1の反応は吸熱であるので、熱を供給する手段を付与する。ゾーン2及びゾーン3は、発熱反応を含むので、熱を除去する手段を付与する。
【0011】
各ゾーンの分離は、必ずしもはっきりとしたものではない。というのは、各ゾーン間に物理的な障壁がないからである。従って、一部重複した反応が生ずる場合がある。しかし、重要な要素は、ゾーン2において酸素が残り、メタンと反応することがほとんど又は全くないように、ゾーン1において全ての酸素を金属酸化物に転換することである。ゾーン2では、メチルブロミドに加えて、他の臭素化物、すなわち、高度に臭素化した種が生成する可能性があり、そしてゾーン3において、メタノール以外の生成物(例えば、種々のエーテル)を生ずる可能性がある。
【0012】
任意の副生成物を、種々の分離/精製段階においてメタノールから分離する。ゾーン2における未反応のメタンを、ゾーン3を通過させ、そしてゾーン2において再利用することができる。化学平衡を満たすことで、より高度に臭素化された種がさらに形成することを抑えるか、あるいは反応させるかのいずれかのために、他の未反応の臭素化種を、ゾーン2に戻す。
【0013】
上記ゾーンリアクターは、本質的に大気圧及び最大750°Fの温度において作動する。一般的なメタノール法よりも主に有利な点は、上記システムの単純性にある。上記ゾーンリアクターは、メタノールの合成を単一の容器で達成するが、一般的な方法は、最初に合成ガスを生成させ、続いて接触反応を行うために、複数の容器を必要とする。さらに、上記ゾーンリアクターは、若干高い大気圧で作動するが、一般的な方法は、最大200気圧の圧力を必要とする。
【0014】
当業者が正しく評価するであろう様に、本発明のゾーンリアクターを、エタン及び高級アルカンと共に用い、対応するアルコール、エーテル、オレフィン、及び他の炭化水素を生成させることができる。
【0015】
上記ゾーンリアクターはまた、同一の臭素ケミストリーを利用する複数段階の方法よりも有利である。優位性の一つは、ひとつの段階がいくつかの段階を取って代わることである。さらに、臭素ガスが一つの容器に残り、そして濃縮及び再揮発させる必要がない。
【0016】
図1は、本発明のゾーンリアクターに用いる逆流システムを示している。この実施形態では、下方向に移動する固体のベッドを通って、ガスが上方向に流れる。酸素を上記容器の底に導入し、そして臭化金属と反応させ、窒素ガス及び対応する金属酸化物を生成させる。この段階では、ゾーン3で消費された金属酸化物を再生することが必要とされる。
【0017】
ゾーン1に由来する臭素は、メタンガスが導入されるゾーン2に進む。上記メタンは上記臭素と反応し、メチルブロミド及び臭化水素を生成する。後者の2種のガスは、ゾーン3まで上方向に進み、そこでは、新しい金属酸化物が、これらのガスと反応し、メタノール及び臭化金属を生成する。ゾーン1に由来する再生金属酸化物をゾーン3に戻し、それによりサイクルが完了する。
【0018】
ゾーン1における反応は、熱を必要とする場合がある。その様な場合には、好適な熱供給装置を準備する。ゾーン2において、反応は発熱である。ゾーン2のリアクターに由来する熱が生成するガスの温度を上げる。ゾーン3は、熱の除去を必要とする場合がある反応を含むので、好適な熱除去装置を準備する。
【0019】
図1のゾーンリアクターは、単一の容器を含む。図1Aを参照すると、図1のゾーンリアクターはまた、好適な留め具によりお互いに固定された複数の構成要素を有する容器を含むことができる。これにより、清浄及び/又は修理のために容器の構成要素を取り外すことができる。
【0020】
図2は、ゾーンリアクターの概念を用いる並流システムを示している。このシステムでは、ガス及び固体が同一方向に一緒に進む。さらに、ガスが固体を運ぶような方式において、固体をガス流中で浮遊させる。この実施形態は、反応段階を固体の物理的な運動と組み合わせる。当該化学反応の段階は、図1に記載される通りである。
【0021】
図2のゾーンリアクターは、単一の容器を含む。図2Aを参照すると、図2のゾーンリアクターはまた、好適な留め具によりお互いに固定された複数の構成要素を有する容器を含むことができる。これにより、清浄及び/又は修理のために、容器の構成要素を取り外すことができる。
【0022】
図3は、本発明の第三の実施形態を含む固定層システムを示している。図1及び図2は、継続システムを記載する一方で、図3は、連続的に繰り返すシステムを記載する。図3のシステムでは、臭化金属/酸化物固体は、容器内に固定されたままであるが、ガスが上記容器を通過する。上記システムを通るガスの流れを逆にして、同じ場所で再生段階を実施する。含まれる各段階及び実施される順序が、図3に記載されている。この作動様式は、図1及び図2の実施形態におけるような固体の運動を避けることで、それ自体により、特徴付けられている。さらに、各段階の持続時間を注意深く設定することにより、ゾーン2及びゾーン3で発生する熱により、少なくとも部分的に、上記ベッドの温度を上げることができる。
【0023】
次いで、流れが逆になった場合には、ゾーン3をゾーン1とし、上記固体中に蓄えられた熱を、ゾーン1で必要とされる反応熱を供給するように用いることができる。この方式では、全体的な効果は、発熱ゾーンから、上記ゾーン(そこでは、蒸気の生成等の中間段階を経由する必要がない)に熱を直接移動させることである。しかし、ゾーン2及び3で発生する熱は、恐らくゾーン1で必要とされる熱よりも多いので、上記システムから、さらに熱の一部を取り除く必要がある可能性がある。
【0024】
図3のゾーンリアクターは、単一の容器を含む。図3Aを参照すると、図3のゾーンリアクターはまた、好適な留め具によりお互いに固定された複数の構成要素を有する容器を含むことができる。これにより、清浄及び/又は修理のために、容器の構成要素を取り外すことができる。
【0025】
図14を参照すると、本発明のゾーンリアクターはまた、別個の容器を含むことができる。ゾーンリアクターを規定するために別個の容器を利用することにより、ポンプを利用して、それぞれの個々の容器内の反応が行われるところの圧力を制御することが可能となる。また、別個の容器を利用することにより、バルブを利用して、反応が完了するまで、特定の容器からの流出を防ぐことができ、そしてその後、活動生成物の次のゾーンへの移動を促進する。
【0026】
本明細書に開示されるゾーンリアクターの操作の際に生成した化学物質種の物理的な分離を、回収された有用な生成物及び副生成物、並びに他の有用な種(化学平衡を満足させる又は転換させるために適切なゾーンに戻される)と共に、一般的な手段により達成する。
【0027】
図4を参照すると、装置20が、図式的に説明されている。装置20は、適切な金属、適切なポリマー材料、又はそれら両方から形成された無孔のシリンダー22を含む。シリンダー22は、閉鎖された端部24及び26を有する。通路28は、シリンダー22の端部24を介して伸び、通路30は、シリンダー22の端部26を介して伸び、そして通路32は、それらの端部24及び端部26の間のシリンダー22の中心部に伸びる。
【0028】
装置20は、当初、金属ハロゲン化物で満たされている第一のゾーン34をさらに含む。ゾーン34からシリンダー22の反対側の端部にある第二のゾーン36を、最初に、金属酸化物で満たす。第一のゾーン34及び第二のゾーン36の間の中心に配置される第三又は中心ゾーン38を、当初は、空にする。
【0029】
図4Bを参照すると、装置20の操作の第一段階が示されている。酸素又は空気を、開口部28を通して第一のゾーン34に導入する。上記酸素又は空気に由来する酸素が、金属ハロゲン化物と反応し、金属酸化物及びハロゲン化物を生成させる。上記ハロゲン化物が、第一のゾーン34から中心ゾーン38に流れる。
【0030】
酸素又は空気を、開口部28を通して第一のゾーン34に導入するのと同時に、選択されたアルカンを開口部に32を通して中心ゾーン38に導入する。中心ゾーン38内で、ハロゲン化物がアルカンと反応し、アルキルハライド及びハロゲン化水素を生成する。上記アルキルハライド及び上記ハロゲン化水素は、中心ゾーン38から、第二のゾーン36に移動する。
【0031】
第二のゾーン36では、アルキルハライド及びハロゲン化水素が金属酸化物と反応し、通路30を通して、回収される生成物を生成する。また、第二のゾーン36の反応により、金属ハロゲン化物が生成する。
【0032】
図4Cを参照すると、第一のゾーン34、中心ゾーン38、及び第二のゾーン36の上記反応は、当初第一のゾーン34にある実質的に全ての金属ハロゲン化物が、金属酸化物に転換されるまで続く。同時に、当初第二のゾーン36にある実質的に全ての金属酸化物が、金属ハロゲン化物に転換する。この時点で反応を止め、そして中心ゾーン38を空にする。
【0033】
装置20の操作における次の段階を図4Dで具体的に説明する。図4Bに関連して、上述の反応を、今度は逆にし、そして酸素又は空気を、開口部30を通して第二のゾーン36に通す。酸素又は空気に由来する酸素が、第二のゾーン36の金属ハロゲン化物と反応し、ハロゲン化物及び金属酸化物が生成する。第二のゾーン36の反応に由来するハロゲン化物を、開口部32を通して受け入れたアルカンと反応する中心ゾーン38に通し、アルキルハライド及びハロゲン化水素を生成させる。
【0034】
中心ゾーンの反応に由来するアルキルハライド及びハロゲン化水素を、第一のゾーン34(当該ゾーン34において、ハロゲン化水素が、そこに含まれる金属酸化物と反応する。)に通し、生成物及び金属ハロゲン化物を生成させる。第二のゾーンの実質的に全ての金属ハロゲン化物が金属酸化物に転換し、そして第一のゾーン34の実質的に全ての金属酸化物が金属ハロゲン化物に転換するまで上記反応を続け、その時点で、装置20が図4Aの形態に戻る。この時点で、中心ゾーン38を排気し、そして上述のサイクル操作を繰り返す。
【0035】
図5を参照すると、図3に具体的に説明するように、そして図3に関連して上述したように、本発明の第三の実施形態を実施する上で有用な装置40が示されている。装置40の構成要素の部品の多くは、図4A−4Bで具体的に説明され、そして図4A−4Bに関連して記載される装置20の構成要素の部品に対する構成及び機能と同一である。同一の構成要素の部品が、図5に表され、そして装置20の先の記載と同一の参照番号を利用する。
【0036】
装置40は、第一及び第二のシリンダー42及び44を含む。シリンダー42及び44は、それぞれ、図4A〜4D内で具体的に説明され、そして図4A〜4Dに関連して記載されるシリンダー22の構成及び機能と同一である。シリンダー42は、開口部32を通して、メタン、エタン、プロパン等を含むアルカンの混合物を受け入れる。シリンダー42で生じたいくつかの反応により、開口部30によって初期に回収されるメタンと、生成物とが生成する。
【0037】
シリンダー42で生じた反応から得たメタンを、一般的な技法(蒸留等)により、シリンダー42の反応から得た生成物から分離する。次いで、メタンを、開口部32を通してシリンダー44に導入する。シリンダー44内で、装置20に関連して上述したものと同一の反応を利用して、メタンを生成物に転換させる。シリンダー44で生ずる反応により得た生成物を、初めに、開口部30を通して回収する。
【0038】
先の装置20の操作の記載を参照することにより理解されるであろうように、当初、シリンダー42及び44の第一のゾーン34にある実施的に全ての金属ハロゲン化物が、金属酸化物に転換し、かつ当初、シリンダー42及び44の第二のゾーン36にある実質的に全ての金属酸化物が、金属ハロゲン化物に転換するまで、装置40の操作を続ける。
【0039】
この時点で、シリンダー42及び44を通過させる流れの方向を逆にする。すなわち、酸素を、通路30を通してシリンダー42及び44に導入し、通路28を通して生成物及びメタンをシリンダー42から回収し、そして通路28を通して生成物をシリンダー44から回収する。
【0040】
図6Aを参照すると、図3に具体的に説明され、そして図3に関連して先に記載されるような、本発明の第三の実施形態の別形を実施する上で有用な装置50が示されている。装置50の構成要素の部分の多くが、図4A〜4Dに具体的に説明され、そして図4A〜4Dに関連して先に記載される装置20の構成要素の部品の構成及び機能と実質的に同一である。上記実質的に同一の構成要素の部品を、図6A及び図6Bに表し、装置20の先の記載を利用するが、ダッシュ記号「’」により区別する同一の参照番号を用いる。
【0041】
装置50は、装置50のシリンダー22’が、追加のゾーン52及び54をそこにさらに含むという点で、図4A〜4Dの装置と異なる。それぞれのゾーン52及び54は触媒を受け入れ、当該触媒の機能は、中心ゾーン38’で生ずる反応により生成したアルキルハライド分子のカップリングを促進することであり、それにより、カップリングさせない場合よりも炭素原子数が多い生成物が生成する。好ましくは、ゾーン52及び54に含まれる触媒は、上質のゼオライトである。しかし、ゾーン52及び54に受け入れられた触媒はまた、金属ハロゲン化物/酸化物を含む。
【0042】
金属ハロゲン化物/酸化物が、ゾーン52及び54で用いられる場合、それは、ゾーン34及び36で利用された金属ハロゲン化物/酸化物と比較して、異なる金属ハロゲン化物/酸化物を含むことが好ましい。装置50の操作を、ゾーン52及び54の触媒の存在により、ゾーン38で生成させたアルキルハライド分子を、生成物にカップリングすることが促進されることを除いて、先の記載の装置20の操作と等しく進める。
【0043】
ここで、図7、図8及び図9を参照すると、図3に具体的に説明され、そして図3に関連して先に記載される本発明の第三の実施形態を実施する上で有用な装置60が示されている。装置60の構成及び操作は、図6A及び図6Bに示され、そして図6A及び図6Bに関連して記載されるような装置50の構成及び操作に多くの点で似ている。
【0044】
装置60は、複数のシリンダー64(装置60に取り付けられている。)を有する円筒部(barrel)62を含む。シリンダー64は、各シリンダー64が、穴が開いた中心部66を有することを除いて無孔である。アルカンが、インレット68を通って、円筒部62に受け入れられ、そして円筒部62から、それらの部分66を含む送り穴を通ってシリンダー64に移動する。円筒部62内のアルカンの圧力を、アルカンがシリンダー64に流れる一方で、それから反応生成物の流出を防ぐように十分高く保つ。
【0045】
装置60のシリンダー64を、図9にさらに具体的に説明する。上述のように、各シリンダー64は、穴のあいた部分66を除いて無孔である。シリンダー64は、端部壁68と、それらの反対側の端部に位置する端部壁70を有する。それぞれの端部壁68及び端部壁70は、酸素又は空気受入通路72と、生成物排出路74を備えている。
【0046】
各シリンダー64は、当初、金属ハロゲン化物を含む第一のゾーン76と、当初、金属酸化物を含む第二のゾーン78とを含む。第三又は中心ゾーン80は、シリンダー64の穴が開いた部分66を含む送り穴を通して、ハロゲン化物を受け入れる。ゾーン76と78との間にあるそれぞれの各ゾーン82、及びゾーン80は、触媒を含む。
【0047】
ゾーン82に含まれる触媒は、上質のゼオライトを含むことが好ましい。上記触媒はまた、金属ハロゲン化物/酸化物を含むことができる。用いる場合には、ゾーン82の金属ハロゲン化物/酸化物は、ゾーン76及び78に含まれる金属ハロゲン化物/酸化物と比較して、異なる金属ハロゲン化物/酸化物であることが好ましい。
【0048】
装置60の操作は、図6A及び図6Bに具体的に説明され、そして図6A及び図6Bに関連して先に記載されるような、装置50の操作と実質的に同一である。酸素又は空気を、初めに、通路72を通してシリンダー64に導入する。酸素又は空気に由来する酸素を、ゾーン76で金属ハロゲン化物と反応させ、ハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる。ハロゲン化物を、中心ゾーン80(ハロゲン化物が、ここでアルカンと反応する。)に移動させ、アルキルハライド及びハロゲン化水素を生成させる。
【0049】
アルキルハライド及びハロゲン化水素を、ゾーン82(アルキルハライドを含む分子を、より大きな炭素原子数を有する分子にカップリングさせることを促進させるゾーン)の触媒に通す。次に、ハロゲン化水素及びゾーン82でカップリングしたアルキルハライドを、ゾーン78(ハロゲン化水素及びカップリングしたアルキルハライドが、ここで金属酸化物と反応し、生成物及び水を生成するゾーン)に通す。アウトレット74を通して、シリンダー64から生成物及び水を回収する。
【0050】
先の方法は、ゾーン76の実質的に全ての金属ハロゲン化物が金属酸化物に転換し、そしてゾーン78の実質的に全ての金属酸化物が金属ハロゲン化物に転換するまで続く。この時点では、シリンダー64を通る流れの方法を逆にし、そして酸素又は空気を、シリンダー64の端部70における開口部72を通して受け入れ、そして水をシリンダー64の端部68に形成させた開口部74を通して回収する。
【0051】
図10を参照すると、図3に具体的に説明され、そして図3に関連して先に記載されるような本発明の第三の実施形態を実施するために有用な装置90が示されている。装置90は、熱伝導流体94(円筒部92に含まれる)を有する円筒部92を含む。円筒部92は、その一方の端部に位置する臭素化マニホールドと、それらの反対側に位置する一対の酸素受入/生成物排出マニホールド98及び100とをさらに含む。
【0052】
バッフル102を、円筒部92の中心に配置する。複数の管状路104を、バッフル102の一方の側に配置し、そして酸素受入/生成物排出マニホールド98及び臭素化マニホールド96の間に延伸させる。複数の管状路106は、マニホールド96及びマニホールド100の間に延伸している。
【0053】
チューブ104には、当初、金属ハロゲン化物が詰められている。酸素又は空気を、通路108を通して、マニホールド98に受け入れる。酸素又は空気に由来する酸素が、チューブ104の中で金属ハロゲン化物と反応し、ハロゲン化物及び金属酸化物を生成する。ハロゲン化物が、チューブ104から、マニホールド96(当該マニホールド96において、ハロゲン化物が、通路110を通ってマニホールド96に受け入れられるアルカンと反応する。)に流れる。
【0054】
ハロゲン化物が、マニホールド96においてアルカンと反応することにより、アルキルハライド及びハロゲン化水素が生成する。チューブ106を、当初、金属酸化物で満たす。マニホールド96内の反応から生じたアルキルハライド及びハロゲン化水素を、チューブ106に通し、それにより、そこに含まれる金属酸化物を、金属ハロゲン化物に転換し、そして生成物を生成させる。生成物を、マニホールド100に受け入れ、そして通路112を通してそこから回収する。
【0055】
上述のように、酸素又は空気に由来する酸素と、金属ハロゲン化物との間の反応は、吸熱である場合がある。逆に、アルキルハライド及びハロゲン化水素の、金属酸化物との反応は、発熱である場合がある。また、ある環境の下、金属ハロゲン化物の酸化が発熱反応であり、そして/又はハロゲン化物/金属酸化物の反応が吸熱である場合がある。円筒部92内の熱伝導流体94が、矢印114で示されるようにバッフル102の周りを流れ、それにより、発熱反応及び吸熱反応の間で熱を移動させ、そしてこの様式において、それぞれが熱力学的平衡を達成する。
【0056】
酸素又は空気に由来する酸素が、チューブ104における金属ハロゲン化物と反応することは、実質的に全ての金属ハロゲン化物が、金属酸化物に転換するまで続く。同様に、チューブ106において、アルキルハライド及びハロゲン化水素が、金属酸化物と反応することは、実質的に全ての金属酸化物が、金属ハロゲン化物に転換するまで続く。この時点で、装置90を通る流れの方向を逆にし、そして酸素又は空気を、通路112を通して受け入れ、そして生成物を、通路108を通して回収する。
【0057】
図11、図12A、及び図12Bを参照すると、図3に具体的に説明され、そして図3に関連して先に記載されるような本発明の第三の実施形態を実施する上で有用である装置120が示されている。装置120は、ピストン128によって第一及び第二の部分124及び126に分けられている臭素化チャンバー122を含む。バルブ130は、通路132を通して上記チャンバーの部分124に受け入れられる酸素又は空気の流れを選択的に制御するか、又は通路134を通して装置120から生成物の流れを外部に向ける。
【0058】
酸素又は空気が、通路132を通って装置120に入り、そしてバルブ130が、通路136を通って、チャンバー138(当初、金属ハロゲン化物が含まれる。)に移動する。チャンバー138では、酸素又は空気に由来する酸素が、金属ハロゲン化物と反応し、ハロゲン化物及び金属酸化物を生成する。ハロゲン化物が、通路140を通って、チャンバー138からチャンバー122の部分124に移動する。
【0059】
アルカンを、通路142、バルブ144、及び通路146を通して、チャンバー122の部分124に受け入れる。部分124において、アルカンが、チャンバー138内の反応によって生成したハロゲン化物と反応し、アルキルハライド及びハロゲン化水素を生成させる。反応が続くと、アルキルハライド及びハロゲン化水素は、ピストン128を右方向に移動させる(図11)。この工程は、チャンバー138内の全ての金属ハロゲン化物が金属酸化物に転換し、そしてピストン128が、チャンバー122の最も右側の端部(図11)に移動するまで続く。
【0060】
まさに記載された手順の初めに、チャンバー122の部分126を、アルキルハライド及びハロゲン化水素で満たす。当業者が正しく評価するであろう様に、部分126内のアルキルハライド及びハロゲン化水素の存在により、通路148、バルブ150、及び通路152を通ってチャンバー154(当初、金属ハロゲン化物で満たされる)への流れが生ずる。酸素又は空気に由来する酸素の、金属ハロゲン化物との反応により、ハロゲン化物及び金属酸化物が生成する。
【0061】
ハロゲン化物が、通路156を通って、チャンバー122(当該チャンバーにおいて、ハロゲン化物が、通路142、及びバルブ158、並びに通路160を通して受け入れたアルカンと反応する。)の部分126に流れる。チャンバー122の部分126では、ハロゲン化物が、アルカンと反応し、アルキルハライド及びハロゲン化水素を生成する。チャンバー122の部分126のアルキルハライド及びハロゲン化水素の生成は、チャンバー154の実質的に全ての含有物が、金属ハロゲン化物から金属酸化物に転換されるまで続く。
【0062】
特に図12Aを参照すると、ピストン128の右方向の運動により、アルキルハライド及びハロゲン化水素が、通路156を通って、チャンバー122の部分126からチャンバー154へと、外側に移動する。この時点では、チャンバー154は、金属酸化物で満たされている。チャンバー122の部分126に由来するアルキルハライド及びハロゲン化水素は、チャンバー154において金属酸化物と反応し、生成物及び水を生成する。上記生成物及び水を、通路152、バルブ150、及び通路162を通過させ、そして回収する。
【0063】
ピストン128がチャンバー122の右側端部に到達すると、実質的に全てのアルキルハライド及びハロゲン化水素を、チャンバー122の部分126の外に出し、そしてチャンバー154の中で金属酸化物と反応することにより、生成物に転換する。この時点では、チャンバー154内の実質的に全ての金属酸化物が、元の金属ハロゲン化物に転換する。バルブ150の位置を逆にして、それにより酸素又は空気を、通路148、バルブ150、及び通路152を通してチャンバー154に入れる。一方では、同様に、バルブ130の位置を逆にし、それによりチャンバー122の部分124内のアルキルハライド及びハロゲン化水素をチャンバー138の金属酸化物と反応させたことにより生じた生成物の回収を促進する。
【0064】
従って、上記工程は、チャンバー122の中で往復して動くピストン128を用い、継続的であり、生成物を生成させるために、あらかじめ生成させたアルキルハライド及びハロゲン化水素を、関連するチャンバー138又は154に含まれる金属酸化物を通して外側に移動させる。
【0065】
図13A及び図13Bを参照すると、装置170が示されている。装置170の全ての構想要素の部品は、図11、図12A、及び図12Bに具体的に説明され、そしてそれらに関連して先に記載されるように、装置120の構成要素と同一である。上記複製した構成要素の部分が図13A及び図13Bに特定されており、上記装置120の記載と同一の参照番号を利用する。
【0066】
装置170は、チャンバー138及び154を往復する物質の流れを制御する二重の構成要素に加え、二重のチャンバー138及び154を用いている。二重のチャンバー138及び154、並びにそれらに付属する二重の構成要素を使用することにより、装置120の押出量と比較した装置170の押出量が増加し、そして/又はチャンバー138及び154内で生ずる反応の動力学が平衡となる点で有用である。
【0067】
図15A及び図15Bを参照すると、装置172が示されている。装置172の全ての構想要素の部品は、図11、図12A、及び図12Bに具体的に説明され、そしてそれらに関連して先に記載されるように、装置120の構成要素と同一である。上記二重の構成要素が図15A及び図15Bに特定されており、上記装置120の記載と同一の参照番号を利用する。
【0068】
装置172は、チャンバー122を往復する物質の流れを制御する二重の構成要素に加え、二重のチャンバー122を用いる。二重のチャンバー122、及びそれに付属する二重の構成要素を使用することにより、装置120の押出量と比較した装置170の押出量が増加し、そして/又はチャンバー122内で生ずる反応の動力学が平衡となる点で有用である。
【0069】
本発明の好ましい実施遺体を添付の図面において具体的に説明し、そして先の詳細な説明で記載したが、本発明は、開示された実施形態に制限されることなく、本発明の精神から外れない範囲で、非常に多くの再配列、改良及び部品の置換が可能であることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0070】
添付の図面と併せて解釈して、詳細な説明を参照することにより、本発明のさらに完全な理解がなされるであろう。
【0071】
【図1】図1は、本発明の第一の実施形態を含む逆流ゾーンリアクターの概略図である。
【図1A】図1Aは、図1の逆流ゾーンリアクターの別形を具体的に説明するものである。
【0072】
【図2】図2は、本発明の第二の実施形態を含む並流ゾーンリアクターの概略図である。
【図2A】図2Aは、図2の並流ゾーンリアクターの別形を具体的に説明するものである。
【0073】
【図3】図3は、本発明の第三の実施形態を含む固定層ゾーンリアクターの概略図である。
【図3A】図3Aは、図3の固定層ゾーンリアクターの別形を具体的に説明するものである。
【0074】
【図4A】図4Aは、図3に示される本発明の実施形態を実施する上で有用な装置の断面図である。
【図4B】図4Bは、図4Aの装置の操作における、先の段階を具体的に説明するものである。
【図4C】図4Cは、図4Aの装置の操作における、より後の段階を具体的に説明するものである。
【0075】
【図4D】図4Dは、図4Aの装置の操作における、さらに後の段階を具体的に説明するものである。
【図5】図5は、アルカンの混合物を、化学的に関連する生成物に転換させる場合における図4Aの装置の使用の概略図である。
【0076】
【図6A】図6Aは、図3で具体的に説明された本発明の実施形態の別形を実施する上で有用な装置を図式的に具体的に説明する断面図である。
【図6B】図6Bは、図6Aの装置の利用の概略図である。
【0077】
【図7】図7は、図3に示される発明の実施態様の別形を実施する上で有用な装置の概略図である。
【図8】図8は、矢印の方向において、図7のライン8−8に沿って選択した断面図である。
【0078】
【図9】図9は、図7の装置の構成要素の部分の概略図である。
【図10】図10は、図3で具体的に説明された本発明の実施形態の別形を実施する上で有用な装置の概略図である。
【0079】
【図11】図11は、本発明の第五の実施形態を実施する上で有用な装置の概略図である。
【図12A】図12Aは、図11の装置の操作における、第一の段階を具体的に説明するものである。
【0080】
【図12B】図12Bは、図11の装置の操作における、より後の段階を具体的に説明するものである。
【図13A】図13Aは、図11に具体的に説明される装置の別形を含む装置の操作の第一の段階の概略図である。
【0081】
【図13B】図13Bは、図13Aの装置の操作における、より後の段階を具体的に説明するものである。
【図14】図14は、本発明の第四の実施形態を含むゾーンリアクターの概略図である。
【図15A】図15Aは、図11に具体的に説明された装置の別形を含む装置の操作における第一の段階の概略図である。
【図15B】図15Bは、図15Aの装置の操作における、より後の段階を具体的に説明するものである。
【技術分野】
【0001】
関連出願のクロスリファレンス
本出願は、2001年4月18日に出願された仮出願番号60/284,642に基づく優先権を主張する、2001年9月11日に出願された米国特許出願第09/951,570号(現在は、米国特許第6,462,243号)の一部係属出願である、2002年4月2日に出願された米国特許出願第10/114,579号(現在は、米国特許第6,525,230号)の継続出願である、2003年2月19日に出願された米国特許出願第10/369,148号(現在、継続中)の、特許規則1.63に基づく一部継続出願である。
【0002】
技術分野
本発明は、ゾーンリアクターに関し、そして詳細には、アルカンを、アルコール、エーテル、オレフィン、及び他の炭化水素に転換させる方法に有用であるゾーンリアクターに関する。
【背景技術】
【0003】
米国特許第6,462,243号には、臭素を用いて、アルカンを、それらに対応するアルコール及びエーテルに転換させる方法が開示されている。上記特許には、発明の4つの形態が含まれ、そこでは、それぞれが、リアクター(当該リアクターにおいて、臭素がアルカンと反応し、アルキルブロミド及び臭化水素を生成する。)、コンバーター(当該コンバーターにおいて、上記リアクター内で生成したアルキルブロミドが、金属酸化物と反応し、相当するアルコール又はエーテルを生成する。)及び非常に多くの他の個々の構成要素を含むことが開示されている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明は、同時係属の特許出願に開示されているいくつかの反応が、単一の容器内で実施されるゾーンリアクターを含む。この様式では、アルカンを、それらに対応するアルコール、エーテル、オレフィン、及び他の炭化水素に転換させるためのシステムの複雑さが、全体的に見て、実質的に減っている。さらに、容器内の特定のゾーンで発生した反応熱を、他のゾーンで生じる反応を促進するために利用することができる。
【0005】
本発明の種々の実施形態が開示されている。第一の実施形態に従って、上記ゾーンリアクターは、逆流システムを含み、そこでは、ガスが、第一の方向に流れ、そして金属化合物が、反対方向に流れる。本発明の第二の実施形態には、並流の配置が含まれ、そこでは、ガス及び金属化合物が、同一の方向に進む。本発明の第一及び第二の実施形態は、連続的に繰り返して(continual)作動する固定層システムである本発明の第三の実施形態とは対照的に、継続(continuous)システムである。第三の実施形態によると、上記金属化合物は、容器内に固定されたままであるが、上記ガスを、上記容器を通して、最初に一方向に、後に反対方向に導入する。
【0006】
下記の詳細な説明では、メタンをメタノールに転換させることに関連して、本発明を記載する。しかし、当業者が正しく評価するであろう様に、エタン及び高級アルカンを、それらに対応するアルコール、エーテル、オレフィン、及び他の炭化水素に転換するために、本発明を、同様に適用することができる。
【0007】
下記の詳細な説明はまた、特定のハロゲン化物、すなわち、臭素化物の使用に関連して本発明を記載する。しかし、当業者が正しく評価するであろう様に、特に塩素及びヨウ素を含む他のハロゲン化物を利用して、アルカンを、それらに対応するアルコール、エーテル、及び他の炭化水素に転換するために、本発明を同じように利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
本発明は、ゾーンリアクターを含み、そこでは、3種の一連の化学反応が、単一容器内の別個のゾーンで生ずる。ゾーン1では、酸素が臭化金属と反応し、臭素ガス及び対応する金属酸化物を生成する。ゾーン1に由来する臭素ガスが、第二の化学反応が生ずるゾーン2に移動する。ゾーン2では、容器の中間点にメタンガスを導入する。メタンは、ゾーン1に由来する臭素と反応し、エチルブロミド及び臭化水素を生成する。
【0009】
後者のガスがゾーン3に移動し、そこでは、第三の化学反応により、メチルブロミド及び臭化水素が、金属酸化物と反応して、メタノール及び臭化金属を生成する。メタノールを、濃縮により液相に転換し、そして液体としてリアクター容器から回収する。大部分がメタンである過剰のガスを、回収されたメタノールから分離し、そして未使用のメタンを加えて上記ゾーンリアクターに戻す。ゾーン1の金属酸化物を、ゾーン3に移動させて、それによりサイクルが完了する(金属酸化物は、ゾーン2を通って、ゾーン3からゾーン1に進む。)。
【0010】
ゾーン1の反応は吸熱であるので、熱を供給する手段を付与する。ゾーン2及びゾーン3は、発熱反応を含むので、熱を除去する手段を付与する。
【0011】
各ゾーンの分離は、必ずしもはっきりとしたものではない。というのは、各ゾーン間に物理的な障壁がないからである。従って、一部重複した反応が生ずる場合がある。しかし、重要な要素は、ゾーン2において酸素が残り、メタンと反応することがほとんど又は全くないように、ゾーン1において全ての酸素を金属酸化物に転換することである。ゾーン2では、メチルブロミドに加えて、他の臭素化物、すなわち、高度に臭素化した種が生成する可能性があり、そしてゾーン3において、メタノール以外の生成物(例えば、種々のエーテル)を生ずる可能性がある。
【0012】
任意の副生成物を、種々の分離/精製段階においてメタノールから分離する。ゾーン2における未反応のメタンを、ゾーン3を通過させ、そしてゾーン2において再利用することができる。化学平衡を満たすことで、より高度に臭素化された種がさらに形成することを抑えるか、あるいは反応させるかのいずれかのために、他の未反応の臭素化種を、ゾーン2に戻す。
【0013】
上記ゾーンリアクターは、本質的に大気圧及び最大750°Fの温度において作動する。一般的なメタノール法よりも主に有利な点は、上記システムの単純性にある。上記ゾーンリアクターは、メタノールの合成を単一の容器で達成するが、一般的な方法は、最初に合成ガスを生成させ、続いて接触反応を行うために、複数の容器を必要とする。さらに、上記ゾーンリアクターは、若干高い大気圧で作動するが、一般的な方法は、最大200気圧の圧力を必要とする。
【0014】
当業者が正しく評価するであろう様に、本発明のゾーンリアクターを、エタン及び高級アルカンと共に用い、対応するアルコール、エーテル、オレフィン、及び他の炭化水素を生成させることができる。
【0015】
上記ゾーンリアクターはまた、同一の臭素ケミストリーを利用する複数段階の方法よりも有利である。優位性の一つは、ひとつの段階がいくつかの段階を取って代わることである。さらに、臭素ガスが一つの容器に残り、そして濃縮及び再揮発させる必要がない。
【0016】
図1は、本発明のゾーンリアクターに用いる逆流システムを示している。この実施形態では、下方向に移動する固体のベッドを通って、ガスが上方向に流れる。酸素を上記容器の底に導入し、そして臭化金属と反応させ、窒素ガス及び対応する金属酸化物を生成させる。この段階では、ゾーン3で消費された金属酸化物を再生することが必要とされる。
【0017】
ゾーン1に由来する臭素は、メタンガスが導入されるゾーン2に進む。上記メタンは上記臭素と反応し、メチルブロミド及び臭化水素を生成する。後者の2種のガスは、ゾーン3まで上方向に進み、そこでは、新しい金属酸化物が、これらのガスと反応し、メタノール及び臭化金属を生成する。ゾーン1に由来する再生金属酸化物をゾーン3に戻し、それによりサイクルが完了する。
【0018】
ゾーン1における反応は、熱を必要とする場合がある。その様な場合には、好適な熱供給装置を準備する。ゾーン2において、反応は発熱である。ゾーン2のリアクターに由来する熱が生成するガスの温度を上げる。ゾーン3は、熱の除去を必要とする場合がある反応を含むので、好適な熱除去装置を準備する。
【0019】
図1のゾーンリアクターは、単一の容器を含む。図1Aを参照すると、図1のゾーンリアクターはまた、好適な留め具によりお互いに固定された複数の構成要素を有する容器を含むことができる。これにより、清浄及び/又は修理のために容器の構成要素を取り外すことができる。
【0020】
図2は、ゾーンリアクターの概念を用いる並流システムを示している。このシステムでは、ガス及び固体が同一方向に一緒に進む。さらに、ガスが固体を運ぶような方式において、固体をガス流中で浮遊させる。この実施形態は、反応段階を固体の物理的な運動と組み合わせる。当該化学反応の段階は、図1に記載される通りである。
【0021】
図2のゾーンリアクターは、単一の容器を含む。図2Aを参照すると、図2のゾーンリアクターはまた、好適な留め具によりお互いに固定された複数の構成要素を有する容器を含むことができる。これにより、清浄及び/又は修理のために、容器の構成要素を取り外すことができる。
【0022】
図3は、本発明の第三の実施形態を含む固定層システムを示している。図1及び図2は、継続システムを記載する一方で、図3は、連続的に繰り返すシステムを記載する。図3のシステムでは、臭化金属/酸化物固体は、容器内に固定されたままであるが、ガスが上記容器を通過する。上記システムを通るガスの流れを逆にして、同じ場所で再生段階を実施する。含まれる各段階及び実施される順序が、図3に記載されている。この作動様式は、図1及び図2の実施形態におけるような固体の運動を避けることで、それ自体により、特徴付けられている。さらに、各段階の持続時間を注意深く設定することにより、ゾーン2及びゾーン3で発生する熱により、少なくとも部分的に、上記ベッドの温度を上げることができる。
【0023】
次いで、流れが逆になった場合には、ゾーン3をゾーン1とし、上記固体中に蓄えられた熱を、ゾーン1で必要とされる反応熱を供給するように用いることができる。この方式では、全体的な効果は、発熱ゾーンから、上記ゾーン(そこでは、蒸気の生成等の中間段階を経由する必要がない)に熱を直接移動させることである。しかし、ゾーン2及び3で発生する熱は、恐らくゾーン1で必要とされる熱よりも多いので、上記システムから、さらに熱の一部を取り除く必要がある可能性がある。
【0024】
図3のゾーンリアクターは、単一の容器を含む。図3Aを参照すると、図3のゾーンリアクターはまた、好適な留め具によりお互いに固定された複数の構成要素を有する容器を含むことができる。これにより、清浄及び/又は修理のために、容器の構成要素を取り外すことができる。
【0025】
図14を参照すると、本発明のゾーンリアクターはまた、別個の容器を含むことができる。ゾーンリアクターを規定するために別個の容器を利用することにより、ポンプを利用して、それぞれの個々の容器内の反応が行われるところの圧力を制御することが可能となる。また、別個の容器を利用することにより、バルブを利用して、反応が完了するまで、特定の容器からの流出を防ぐことができ、そしてその後、活動生成物の次のゾーンへの移動を促進する。
【0026】
本明細書に開示されるゾーンリアクターの操作の際に生成した化学物質種の物理的な分離を、回収された有用な生成物及び副生成物、並びに他の有用な種(化学平衡を満足させる又は転換させるために適切なゾーンに戻される)と共に、一般的な手段により達成する。
【0027】
図4を参照すると、装置20が、図式的に説明されている。装置20は、適切な金属、適切なポリマー材料、又はそれら両方から形成された無孔のシリンダー22を含む。シリンダー22は、閉鎖された端部24及び26を有する。通路28は、シリンダー22の端部24を介して伸び、通路30は、シリンダー22の端部26を介して伸び、そして通路32は、それらの端部24及び端部26の間のシリンダー22の中心部に伸びる。
【0028】
装置20は、当初、金属ハロゲン化物で満たされている第一のゾーン34をさらに含む。ゾーン34からシリンダー22の反対側の端部にある第二のゾーン36を、最初に、金属酸化物で満たす。第一のゾーン34及び第二のゾーン36の間の中心に配置される第三又は中心ゾーン38を、当初は、空にする。
【0029】
図4Bを参照すると、装置20の操作の第一段階が示されている。酸素又は空気を、開口部28を通して第一のゾーン34に導入する。上記酸素又は空気に由来する酸素が、金属ハロゲン化物と反応し、金属酸化物及びハロゲン化物を生成させる。上記ハロゲン化物が、第一のゾーン34から中心ゾーン38に流れる。
【0030】
酸素又は空気を、開口部28を通して第一のゾーン34に導入するのと同時に、選択されたアルカンを開口部に32を通して中心ゾーン38に導入する。中心ゾーン38内で、ハロゲン化物がアルカンと反応し、アルキルハライド及びハロゲン化水素を生成する。上記アルキルハライド及び上記ハロゲン化水素は、中心ゾーン38から、第二のゾーン36に移動する。
【0031】
第二のゾーン36では、アルキルハライド及びハロゲン化水素が金属酸化物と反応し、通路30を通して、回収される生成物を生成する。また、第二のゾーン36の反応により、金属ハロゲン化物が生成する。
【0032】
図4Cを参照すると、第一のゾーン34、中心ゾーン38、及び第二のゾーン36の上記反応は、当初第一のゾーン34にある実質的に全ての金属ハロゲン化物が、金属酸化物に転換されるまで続く。同時に、当初第二のゾーン36にある実質的に全ての金属酸化物が、金属ハロゲン化物に転換する。この時点で反応を止め、そして中心ゾーン38を空にする。
【0033】
装置20の操作における次の段階を図4Dで具体的に説明する。図4Bに関連して、上述の反応を、今度は逆にし、そして酸素又は空気を、開口部30を通して第二のゾーン36に通す。酸素又は空気に由来する酸素が、第二のゾーン36の金属ハロゲン化物と反応し、ハロゲン化物及び金属酸化物が生成する。第二のゾーン36の反応に由来するハロゲン化物を、開口部32を通して受け入れたアルカンと反応する中心ゾーン38に通し、アルキルハライド及びハロゲン化水素を生成させる。
【0034】
中心ゾーンの反応に由来するアルキルハライド及びハロゲン化水素を、第一のゾーン34(当該ゾーン34において、ハロゲン化水素が、そこに含まれる金属酸化物と反応する。)に通し、生成物及び金属ハロゲン化物を生成させる。第二のゾーンの実質的に全ての金属ハロゲン化物が金属酸化物に転換し、そして第一のゾーン34の実質的に全ての金属酸化物が金属ハロゲン化物に転換するまで上記反応を続け、その時点で、装置20が図4Aの形態に戻る。この時点で、中心ゾーン38を排気し、そして上述のサイクル操作を繰り返す。
【0035】
図5を参照すると、図3に具体的に説明するように、そして図3に関連して上述したように、本発明の第三の実施形態を実施する上で有用な装置40が示されている。装置40の構成要素の部品の多くは、図4A−4Bで具体的に説明され、そして図4A−4Bに関連して記載される装置20の構成要素の部品に対する構成及び機能と同一である。同一の構成要素の部品が、図5に表され、そして装置20の先の記載と同一の参照番号を利用する。
【0036】
装置40は、第一及び第二のシリンダー42及び44を含む。シリンダー42及び44は、それぞれ、図4A〜4D内で具体的に説明され、そして図4A〜4Dに関連して記載されるシリンダー22の構成及び機能と同一である。シリンダー42は、開口部32を通して、メタン、エタン、プロパン等を含むアルカンの混合物を受け入れる。シリンダー42で生じたいくつかの反応により、開口部30によって初期に回収されるメタンと、生成物とが生成する。
【0037】
シリンダー42で生じた反応から得たメタンを、一般的な技法(蒸留等)により、シリンダー42の反応から得た生成物から分離する。次いで、メタンを、開口部32を通してシリンダー44に導入する。シリンダー44内で、装置20に関連して上述したものと同一の反応を利用して、メタンを生成物に転換させる。シリンダー44で生ずる反応により得た生成物を、初めに、開口部30を通して回収する。
【0038】
先の装置20の操作の記載を参照することにより理解されるであろうように、当初、シリンダー42及び44の第一のゾーン34にある実施的に全ての金属ハロゲン化物が、金属酸化物に転換し、かつ当初、シリンダー42及び44の第二のゾーン36にある実質的に全ての金属酸化物が、金属ハロゲン化物に転換するまで、装置40の操作を続ける。
【0039】
この時点で、シリンダー42及び44を通過させる流れの方向を逆にする。すなわち、酸素を、通路30を通してシリンダー42及び44に導入し、通路28を通して生成物及びメタンをシリンダー42から回収し、そして通路28を通して生成物をシリンダー44から回収する。
【0040】
図6Aを参照すると、図3に具体的に説明され、そして図3に関連して先に記載されるような、本発明の第三の実施形態の別形を実施する上で有用な装置50が示されている。装置50の構成要素の部分の多くが、図4A〜4Dに具体的に説明され、そして図4A〜4Dに関連して先に記載される装置20の構成要素の部品の構成及び機能と実質的に同一である。上記実質的に同一の構成要素の部品を、図6A及び図6Bに表し、装置20の先の記載を利用するが、ダッシュ記号「’」により区別する同一の参照番号を用いる。
【0041】
装置50は、装置50のシリンダー22’が、追加のゾーン52及び54をそこにさらに含むという点で、図4A〜4Dの装置と異なる。それぞれのゾーン52及び54は触媒を受け入れ、当該触媒の機能は、中心ゾーン38’で生ずる反応により生成したアルキルハライド分子のカップリングを促進することであり、それにより、カップリングさせない場合よりも炭素原子数が多い生成物が生成する。好ましくは、ゾーン52及び54に含まれる触媒は、上質のゼオライトである。しかし、ゾーン52及び54に受け入れられた触媒はまた、金属ハロゲン化物/酸化物を含む。
【0042】
金属ハロゲン化物/酸化物が、ゾーン52及び54で用いられる場合、それは、ゾーン34及び36で利用された金属ハロゲン化物/酸化物と比較して、異なる金属ハロゲン化物/酸化物を含むことが好ましい。装置50の操作を、ゾーン52及び54の触媒の存在により、ゾーン38で生成させたアルキルハライド分子を、生成物にカップリングすることが促進されることを除いて、先の記載の装置20の操作と等しく進める。
【0043】
ここで、図7、図8及び図9を参照すると、図3に具体的に説明され、そして図3に関連して先に記載される本発明の第三の実施形態を実施する上で有用な装置60が示されている。装置60の構成及び操作は、図6A及び図6Bに示され、そして図6A及び図6Bに関連して記載されるような装置50の構成及び操作に多くの点で似ている。
【0044】
装置60は、複数のシリンダー64(装置60に取り付けられている。)を有する円筒部(barrel)62を含む。シリンダー64は、各シリンダー64が、穴が開いた中心部66を有することを除いて無孔である。アルカンが、インレット68を通って、円筒部62に受け入れられ、そして円筒部62から、それらの部分66を含む送り穴を通ってシリンダー64に移動する。円筒部62内のアルカンの圧力を、アルカンがシリンダー64に流れる一方で、それから反応生成物の流出を防ぐように十分高く保つ。
【0045】
装置60のシリンダー64を、図9にさらに具体的に説明する。上述のように、各シリンダー64は、穴のあいた部分66を除いて無孔である。シリンダー64は、端部壁68と、それらの反対側の端部に位置する端部壁70を有する。それぞれの端部壁68及び端部壁70は、酸素又は空気受入通路72と、生成物排出路74を備えている。
【0046】
各シリンダー64は、当初、金属ハロゲン化物を含む第一のゾーン76と、当初、金属酸化物を含む第二のゾーン78とを含む。第三又は中心ゾーン80は、シリンダー64の穴が開いた部分66を含む送り穴を通して、ハロゲン化物を受け入れる。ゾーン76と78との間にあるそれぞれの各ゾーン82、及びゾーン80は、触媒を含む。
【0047】
ゾーン82に含まれる触媒は、上質のゼオライトを含むことが好ましい。上記触媒はまた、金属ハロゲン化物/酸化物を含むことができる。用いる場合には、ゾーン82の金属ハロゲン化物/酸化物は、ゾーン76及び78に含まれる金属ハロゲン化物/酸化物と比較して、異なる金属ハロゲン化物/酸化物であることが好ましい。
【0048】
装置60の操作は、図6A及び図6Bに具体的に説明され、そして図6A及び図6Bに関連して先に記載されるような、装置50の操作と実質的に同一である。酸素又は空気を、初めに、通路72を通してシリンダー64に導入する。酸素又は空気に由来する酸素を、ゾーン76で金属ハロゲン化物と反応させ、ハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる。ハロゲン化物を、中心ゾーン80(ハロゲン化物が、ここでアルカンと反応する。)に移動させ、アルキルハライド及びハロゲン化水素を生成させる。
【0049】
アルキルハライド及びハロゲン化水素を、ゾーン82(アルキルハライドを含む分子を、より大きな炭素原子数を有する分子にカップリングさせることを促進させるゾーン)の触媒に通す。次に、ハロゲン化水素及びゾーン82でカップリングしたアルキルハライドを、ゾーン78(ハロゲン化水素及びカップリングしたアルキルハライドが、ここで金属酸化物と反応し、生成物及び水を生成するゾーン)に通す。アウトレット74を通して、シリンダー64から生成物及び水を回収する。
【0050】
先の方法は、ゾーン76の実質的に全ての金属ハロゲン化物が金属酸化物に転換し、そしてゾーン78の実質的に全ての金属酸化物が金属ハロゲン化物に転換するまで続く。この時点では、シリンダー64を通る流れの方法を逆にし、そして酸素又は空気を、シリンダー64の端部70における開口部72を通して受け入れ、そして水をシリンダー64の端部68に形成させた開口部74を通して回収する。
【0051】
図10を参照すると、図3に具体的に説明され、そして図3に関連して先に記載されるような本発明の第三の実施形態を実施するために有用な装置90が示されている。装置90は、熱伝導流体94(円筒部92に含まれる)を有する円筒部92を含む。円筒部92は、その一方の端部に位置する臭素化マニホールドと、それらの反対側に位置する一対の酸素受入/生成物排出マニホールド98及び100とをさらに含む。
【0052】
バッフル102を、円筒部92の中心に配置する。複数の管状路104を、バッフル102の一方の側に配置し、そして酸素受入/生成物排出マニホールド98及び臭素化マニホールド96の間に延伸させる。複数の管状路106は、マニホールド96及びマニホールド100の間に延伸している。
【0053】
チューブ104には、当初、金属ハロゲン化物が詰められている。酸素又は空気を、通路108を通して、マニホールド98に受け入れる。酸素又は空気に由来する酸素が、チューブ104の中で金属ハロゲン化物と反応し、ハロゲン化物及び金属酸化物を生成する。ハロゲン化物が、チューブ104から、マニホールド96(当該マニホールド96において、ハロゲン化物が、通路110を通ってマニホールド96に受け入れられるアルカンと反応する。)に流れる。
【0054】
ハロゲン化物が、マニホールド96においてアルカンと反応することにより、アルキルハライド及びハロゲン化水素が生成する。チューブ106を、当初、金属酸化物で満たす。マニホールド96内の反応から生じたアルキルハライド及びハロゲン化水素を、チューブ106に通し、それにより、そこに含まれる金属酸化物を、金属ハロゲン化物に転換し、そして生成物を生成させる。生成物を、マニホールド100に受け入れ、そして通路112を通してそこから回収する。
【0055】
上述のように、酸素又は空気に由来する酸素と、金属ハロゲン化物との間の反応は、吸熱である場合がある。逆に、アルキルハライド及びハロゲン化水素の、金属酸化物との反応は、発熱である場合がある。また、ある環境の下、金属ハロゲン化物の酸化が発熱反応であり、そして/又はハロゲン化物/金属酸化物の反応が吸熱である場合がある。円筒部92内の熱伝導流体94が、矢印114で示されるようにバッフル102の周りを流れ、それにより、発熱反応及び吸熱反応の間で熱を移動させ、そしてこの様式において、それぞれが熱力学的平衡を達成する。
【0056】
酸素又は空気に由来する酸素が、チューブ104における金属ハロゲン化物と反応することは、実質的に全ての金属ハロゲン化物が、金属酸化物に転換するまで続く。同様に、チューブ106において、アルキルハライド及びハロゲン化水素が、金属酸化物と反応することは、実質的に全ての金属酸化物が、金属ハロゲン化物に転換するまで続く。この時点で、装置90を通る流れの方向を逆にし、そして酸素又は空気を、通路112を通して受け入れ、そして生成物を、通路108を通して回収する。
【0057】
図11、図12A、及び図12Bを参照すると、図3に具体的に説明され、そして図3に関連して先に記載されるような本発明の第三の実施形態を実施する上で有用である装置120が示されている。装置120は、ピストン128によって第一及び第二の部分124及び126に分けられている臭素化チャンバー122を含む。バルブ130は、通路132を通して上記チャンバーの部分124に受け入れられる酸素又は空気の流れを選択的に制御するか、又は通路134を通して装置120から生成物の流れを外部に向ける。
【0058】
酸素又は空気が、通路132を通って装置120に入り、そしてバルブ130が、通路136を通って、チャンバー138(当初、金属ハロゲン化物が含まれる。)に移動する。チャンバー138では、酸素又は空気に由来する酸素が、金属ハロゲン化物と反応し、ハロゲン化物及び金属酸化物を生成する。ハロゲン化物が、通路140を通って、チャンバー138からチャンバー122の部分124に移動する。
【0059】
アルカンを、通路142、バルブ144、及び通路146を通して、チャンバー122の部分124に受け入れる。部分124において、アルカンが、チャンバー138内の反応によって生成したハロゲン化物と反応し、アルキルハライド及びハロゲン化水素を生成させる。反応が続くと、アルキルハライド及びハロゲン化水素は、ピストン128を右方向に移動させる(図11)。この工程は、チャンバー138内の全ての金属ハロゲン化物が金属酸化物に転換し、そしてピストン128が、チャンバー122の最も右側の端部(図11)に移動するまで続く。
【0060】
まさに記載された手順の初めに、チャンバー122の部分126を、アルキルハライド及びハロゲン化水素で満たす。当業者が正しく評価するであろう様に、部分126内のアルキルハライド及びハロゲン化水素の存在により、通路148、バルブ150、及び通路152を通ってチャンバー154(当初、金属ハロゲン化物で満たされる)への流れが生ずる。酸素又は空気に由来する酸素の、金属ハロゲン化物との反応により、ハロゲン化物及び金属酸化物が生成する。
【0061】
ハロゲン化物が、通路156を通って、チャンバー122(当該チャンバーにおいて、ハロゲン化物が、通路142、及びバルブ158、並びに通路160を通して受け入れたアルカンと反応する。)の部分126に流れる。チャンバー122の部分126では、ハロゲン化物が、アルカンと反応し、アルキルハライド及びハロゲン化水素を生成する。チャンバー122の部分126のアルキルハライド及びハロゲン化水素の生成は、チャンバー154の実質的に全ての含有物が、金属ハロゲン化物から金属酸化物に転換されるまで続く。
【0062】
特に図12Aを参照すると、ピストン128の右方向の運動により、アルキルハライド及びハロゲン化水素が、通路156を通って、チャンバー122の部分126からチャンバー154へと、外側に移動する。この時点では、チャンバー154は、金属酸化物で満たされている。チャンバー122の部分126に由来するアルキルハライド及びハロゲン化水素は、チャンバー154において金属酸化物と反応し、生成物及び水を生成する。上記生成物及び水を、通路152、バルブ150、及び通路162を通過させ、そして回収する。
【0063】
ピストン128がチャンバー122の右側端部に到達すると、実質的に全てのアルキルハライド及びハロゲン化水素を、チャンバー122の部分126の外に出し、そしてチャンバー154の中で金属酸化物と反応することにより、生成物に転換する。この時点では、チャンバー154内の実質的に全ての金属酸化物が、元の金属ハロゲン化物に転換する。バルブ150の位置を逆にして、それにより酸素又は空気を、通路148、バルブ150、及び通路152を通してチャンバー154に入れる。一方では、同様に、バルブ130の位置を逆にし、それによりチャンバー122の部分124内のアルキルハライド及びハロゲン化水素をチャンバー138の金属酸化物と反応させたことにより生じた生成物の回収を促進する。
【0064】
従って、上記工程は、チャンバー122の中で往復して動くピストン128を用い、継続的であり、生成物を生成させるために、あらかじめ生成させたアルキルハライド及びハロゲン化水素を、関連するチャンバー138又は154に含まれる金属酸化物を通して外側に移動させる。
【0065】
図13A及び図13Bを参照すると、装置170が示されている。装置170の全ての構想要素の部品は、図11、図12A、及び図12Bに具体的に説明され、そしてそれらに関連して先に記載されるように、装置120の構成要素と同一である。上記複製した構成要素の部分が図13A及び図13Bに特定されており、上記装置120の記載と同一の参照番号を利用する。
【0066】
装置170は、チャンバー138及び154を往復する物質の流れを制御する二重の構成要素に加え、二重のチャンバー138及び154を用いている。二重のチャンバー138及び154、並びにそれらに付属する二重の構成要素を使用することにより、装置120の押出量と比較した装置170の押出量が増加し、そして/又はチャンバー138及び154内で生ずる反応の動力学が平衡となる点で有用である。
【0067】
図15A及び図15Bを参照すると、装置172が示されている。装置172の全ての構想要素の部品は、図11、図12A、及び図12Bに具体的に説明され、そしてそれらに関連して先に記載されるように、装置120の構成要素と同一である。上記二重の構成要素が図15A及び図15Bに特定されており、上記装置120の記載と同一の参照番号を利用する。
【0068】
装置172は、チャンバー122を往復する物質の流れを制御する二重の構成要素に加え、二重のチャンバー122を用いる。二重のチャンバー122、及びそれに付属する二重の構成要素を使用することにより、装置120の押出量と比較した装置170の押出量が増加し、そして/又はチャンバー122内で生ずる反応の動力学が平衡となる点で有用である。
【0069】
本発明の好ましい実施遺体を添付の図面において具体的に説明し、そして先の詳細な説明で記載したが、本発明は、開示された実施形態に制限されることなく、本発明の精神から外れない範囲で、非常に多くの再配列、改良及び部品の置換が可能であることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0070】
添付の図面と併せて解釈して、詳細な説明を参照することにより、本発明のさらに完全な理解がなされるであろう。
【0071】
【図1】図1は、本発明の第一の実施形態を含む逆流ゾーンリアクターの概略図である。
【図1A】図1Aは、図1の逆流ゾーンリアクターの別形を具体的に説明するものである。
【0072】
【図2】図2は、本発明の第二の実施形態を含む並流ゾーンリアクターの概略図である。
【図2A】図2Aは、図2の並流ゾーンリアクターの別形を具体的に説明するものである。
【0073】
【図3】図3は、本発明の第三の実施形態を含む固定層ゾーンリアクターの概略図である。
【図3A】図3Aは、図3の固定層ゾーンリアクターの別形を具体的に説明するものである。
【0074】
【図4A】図4Aは、図3に示される本発明の実施形態を実施する上で有用な装置の断面図である。
【図4B】図4Bは、図4Aの装置の操作における、先の段階を具体的に説明するものである。
【図4C】図4Cは、図4Aの装置の操作における、より後の段階を具体的に説明するものである。
【0075】
【図4D】図4Dは、図4Aの装置の操作における、さらに後の段階を具体的に説明するものである。
【図5】図5は、アルカンの混合物を、化学的に関連する生成物に転換させる場合における図4Aの装置の使用の概略図である。
【0076】
【図6A】図6Aは、図3で具体的に説明された本発明の実施形態の別形を実施する上で有用な装置を図式的に具体的に説明する断面図である。
【図6B】図6Bは、図6Aの装置の利用の概略図である。
【0077】
【図7】図7は、図3に示される発明の実施態様の別形を実施する上で有用な装置の概略図である。
【図8】図8は、矢印の方向において、図7のライン8−8に沿って選択した断面図である。
【0078】
【図9】図9は、図7の装置の構成要素の部分の概略図である。
【図10】図10は、図3で具体的に説明された本発明の実施形態の別形を実施する上で有用な装置の概略図である。
【0079】
【図11】図11は、本発明の第五の実施形態を実施する上で有用な装置の概略図である。
【図12A】図12Aは、図11の装置の操作における、第一の段階を具体的に説明するものである。
【0080】
【図12B】図12Bは、図11の装置の操作における、より後の段階を具体的に説明するものである。
【図13A】図13Aは、図11に具体的に説明される装置の別形を含む装置の操作の第一の段階の概略図である。
【0081】
【図13B】図13Bは、図13Aの装置の操作における、より後の段階を具体的に説明するものである。
【図14】図14は、本発明の第四の実施形態を含むゾーンリアクターの概略図である。
【図15A】図15Aは、図11に具体的に説明された装置の別形を含む装置の操作における第一の段階の概略図である。
【図15B】図15Bは、図15Aの装置の操作における、より後の段階を具体的に説明するものである。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
次の各段階を含む、アルカンを、対応する炭化水素に転換する方法;
第一のゾーン、第二のゾーン、及び第三のゾーンを規定する、分離されていない中空の内部を有する容器を準備する段階;
前記容器の前記第一のゾーンにおいて、金属ハロゲン化物及び酸素を反応させ、金属酸化物及びハロゲン化物を生成させる段階;
前記第一のゾーンに由来する前記ハロゲン化物を、前記容器の前記第二のゾーンにおいてアルカンと反応させ、アルキルハライドを生成させる段階;
前記第二のゾーンに由来する前記アルキルハライド及び前記容器の前記第三のゾーンにおける金属酸化物を反応させ、前記アルキルハライド反応物質に対応する少なくとも一種の反応生成物と、金属ハロゲン化物とを生成させる段階;
前記金属ハロゲン化物を、前記容器の前記第三のゾーンから、前記容器の前記第一のゾーンに運ぶ段階:及び
前記金属酸化物を、前記容器の前記第一のゾーンから前記容器の前記第三のゾーンに再利用させる段階。
【請求項2】
次の各段階を含む、アルカンを、対応する炭化水素に転換する方法;
第一のゾーン、第二のゾーン、及び第三のゾーンを規定する、分離されていない中空の内部を有する容器を準備する段階;
前記容器の前記第一のゾーンにおいて、金属ハロゲン化物及び酸素を反応させ、金属酸化物及びハロゲン化物を生成させる段階;
前記第一のゾーンに由来する前記ハロゲン化物を、前記容器の前記第二のゾーンにおけるアルカンと反応させ、アルキルハライドを生成させる段階;
前記第二のゾーンに由来する前記アルキルハライド及び前記容器の前記第三のゾーンにおける金属酸化物を反応させ、前記アルキルハライド反応物質に対応する少なくとも一種の反応生成物と、金属ハロゲン化物とを生成させる段階;
前記金属酸化物を、前記容器の前記第一のゾーンから、前記容器を通して、前記容器の第三のゾーンに運ぶ段階:及び
前記金属ハロゲン化物を、前記容器の前記第三のゾーンから前記容器の前記第一のゾーンに再利用させる段階。
【請求項3】
次の各段階を含む、アルカンを、対応する炭化水素に転換する方法;
第一のゾーン、第二のゾーン、及び第三のゾーンを規定する、分離されていない中空の内部を有する容器を準備する段階;
前記容器の前記第一のゾーンにおいて、金属ハロゲン化物及び酸素を最初に反応させ、金属酸化物及びハロゲン化物を生成させる段階;
前記第一のゾーンに由来するハロゲン化物を、前記容器の前記第二のゾーンにおいてアルカンと反応させ、アルキルハライドを生成させる段階;
前記第二のゾーンに由来するアルキルハライド及び前記容器の前記第三のゾーンの金属酸化物を反応させ、前記アルキルハライド反応物質に対応する少なくとも一種の反応生成物と、金属ハロゲン化物とを生成させる段階;
続いて、前記容器内でガスの流れを逆にする段階;そしてその後
前記容器の前記第三のゾーンにおいて、前記金属ハロゲン化物及び酸素を反応させ、金属酸化物及びハロゲン化物を生成させる段階;
前記第三のゾーンに由来する前記ハロゲン化物を、前記容器の前記第二のゾーンにおいてアルカンと反応させ、アルキルハライドを生成させる段階;
前記第二のゾーンに由来するアルキルハライド及び前記容器の前記第一のゾーンにおける前記金属酸化物を反応させ、前記アルキルブロミド反応物質に対応する反応生成物と、臭化金属とを生成させる段階。
【請求項4】
次の各段階を含む、アルカンを、対応する炭化水素に転換する方法;
(a)第一の端部及び第二の端部を有する実質的に無孔のチャンバーであって、前記チャンバーの前記第一の端部のところにある第一の反応物質受入れゾーン、前記チャンバーの前記第二の端部のところにある第二の反応物質受入れゾーン、及び前記第一の反応物質受入れゾーンと前記第二の反応物質受入れゾーンとの間にある、中心に配置された反応ゾーンを含むものを準備する段階;
(b)大量の金属ハロゲン化物を準備する段階;
(c)前記大量の金属ハロゲン化物を、前記チャンバーの前記第一の反応物質受入れゾーンに置く段階;
(d)大量の金属酸化物を準備する段階;
(e)前記大量の金属酸化物を、前記チャンバーの前記第二の反応物質受入れゾーンに置く段階;
(f)酸化ガスを準備する段階;
(g)前記酸化ガスを、前記金属ハロゲン化物と反応させ、そしてそれによりガス状のハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる段階;
(h)大量のアルカンを準備する段階;
(i)前記アルカンを、前記チャンバーの前記反応ゾーン内に導入する段階;
(j)前記反応ゾーンにおいて、前記アルカンを、段階(g)のガス状のハロゲン化物の生成物と反応させ、そしてそれによりアルキルハライドを生成させる段階;
(k)段階(j)で生成させたアルキルハライドを、前記金属酸化物と反応させ、そしてそれにより非アルカン炭化水素及び金属ハロゲン化物を生成させる段階:及び
(l)段階(k)で生成させた前記非アルカン炭化水素を、前記チャンバーから回収する段階。
【請求項5】
段階(b)の金属ハロゲン化物を含むハロゲン化物が、臭素、塩素及びヨウ素から成る群から選択される、請求項4に記載の方法。
【請求項6】
段階(f)の酸化ガスが、酸素及び空気から成る群から選択される、請求項4に記載の方法。
【請求項7】
段階(h)のアルカンが、メタン、エタン、プロパン、ブタン、及びイソブテンから成る群から選択される、請求項4に記載の方法。
【請求項8】
アルカンを準備する段階を、少なくとも2種のアルカンの混合物を準備することにより実施する、請求項4に記載の方法。
【請求項9】
次の各段階;
段階(k)で生成させた前記属ハロゲン化物を、酸化ガスと反応させ、そしてそれによりガス状のハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる段階;及び
段階(g)で生成させた金属酸化物を、アルキルハライドと反応させ、そしてそれにより非アルカン炭化水素及び金属ハロゲン化物を生成させる段階:
をさらに含む、請求項4に記載の方法。
【請求項10】
前記第一の反応物質受入れゾーンと、前記反応ゾーンとの間に第一の触媒受入れゾーンを準備すること;
前記反応ゾーンと、前記第二の反応物質受入れゾーンとの間に第二の触媒受入れゾーンを準備すること;
第一及び第二の量の所定の触媒を準備すること;
前記第一の量の前記触媒を、前記第一の触媒受入れゾーンに置くこと;
前記第二の量の前記触媒を、前記第二の触媒受入れゾーンに置くこと;及び
前記反応ゾーンで生成させた前記アルキルハライド分子のカップリングを、触媒により促進させること:
をさらなる特徴とする、請求項4に記載の方法。
【請求項11】
次の各段階を含む、アルカンを、対応する炭化水素に転換する方法;
(a)第一の端部及び第二の端部を有する無孔のチャンバーであって、前記チャンバーの前記第一の端部のところにある第一の反応物質受入れゾーン、前記チャンバーの前記第二の端部のところにある第二の反応物質受入れゾーン、前記第一の反応物質受入れゾーンと前記第二の反応物質受入れゾーンとの間にある中心に配置された反応ゾーン、前記第一の反応物質受入れゾーンと前記反応ゾーンとの間にある第一の触媒受入れゾーン、及び前記反応ゾーンと前記第二の反応物質受入れゾーンとの間にある第二の触媒受入れゾーンを含むものを準備する段階;
(b)大量の金属ハロゲン化物を準備する段階;
(c)前記大量の金属ハロゲン化物を、前記チャンバーの前記第一の反応物質受入れゾーンに置く段階;
(d)大量の金属酸化物を準備する段階;
(e)前記大量の金属酸化物を、前記チャンバーの前記第二の反応物質受入れゾーンに置く段階;
(f)第一及び第二の量の所定の触媒を準備する段階;
(g)前記第一の量の前記触媒を、前記第一の触媒受入れゾーンに置く段階;
(h)前記第二の量の前記触媒を、前記第二の触媒受入れゾーンに置く段階;
(i)酸化ガスを準備する段階;
(j)前記酸化ガスを前記金属ハロゲン化物と反応させ、そしてそれによりガス状のハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる段階;
(k)大量のアルカンを準備する段階;
(l)前記アルカンを、前記チャンバーの前記反応ゾーンに導入する段階;
(m)前記反応ゾーンにおいて、前記アルカンを、段階(j)のガス状のハロゲン化物の生成物と反応させ、そしてそれによりアルキルハライドを生成させる段階;
(n)前記第二の触媒受入れゾーンの触媒との係合に前記アルキルハライドを向かわせ、そしてそれにより前記アルキルハライド分子のカップリングを促進する段階;
(o)段階(m)で生成させたアルキルハライドを、前記金属酸化物と反応させ、そしてそれにより非アルカン炭化水素及び金属ハロゲン化物を生成させる段階:及び
(p)段階(o)において生成させた非アルカン炭化水素を、前記チャンバーから回収する段階。
【請求項12】
段階(b)の金属ハロゲン化物を含むハロゲン化物が、臭素、塩素及びヨウ素から成る群から選択される、請求項11に記載の方法。
【請求項13】
段階(f)の酸化ガスが、酸素及び空気から成る群から選択される、請求項11に記載の方法。
【請求項14】
段階(h)のアルカンが、メタン、エタン、プロパン、ブタン、及びイソブテンから成る群から選択される、請求項11に記載の方法。
【請求項15】
アルカンを準備する段階を、少なくとも2種のアルカンの混合物を準備することにより実施する、請求項11に記載の方法。
【請求項16】
次の各段階;
段階(k)で生成させた前記金属ハロゲン化物を、酸化ガスと反応させ、そしてそれによりガス状のハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる段階;及び
段階(g)で生成させた金属酸化物をアルキルハライドと反応させ、そしてそれにより非アルカン炭化水素及び金属ハロゲン化物を生成させる段階:
をさらに含む、請求項11に記載の方法。
【請求項17】
前記触媒が、所定のゼオライトを含む、請求項11に記載の方法。
【請求項18】
次の各段階を含む、アルカンを、対応する炭化水素に転換する方法;
(a)実質的に無孔の第一の端部部分及び第二の端部部分、並びに有孔の中心部分を有するチャンバーであって、
前記チャンバーの前記第一の端部部分のところにある第一の反応物質受入れゾーン、前記チャンバーの前記第二の端部部分のところにある第二の反応物質受入れゾーン、及び前記チャンバーの前記有孔の中心部分にある中心に配置された反応ゾーンを含むものを準備する段階;
(b)大量の金属ハロゲン化物を準備する段階;
(c)前記大量の金属ハロゲン化物を、前記チャンバーの前記第一の反応物質受入れゾーンに置く段階;
(d)大量の金属酸化物を準備する段階;
(e)前記大量の金属酸化物を、前記チャンバーの前記第二の反応物質受入れゾーンに置く段階;
(f)酸化ガスを準備する段階;
(g)前記酸化ガスを前記金属ハロゲン化物と反応させ、そしてそれによりガス状のハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる段階;
(h)大量のアルカンを準備する段階;
(i)前記アルカンを、前記チャンバーの中心部分の送り穴を介して、前記反応ゾーンに導入する段階;
(j)前記反応ゾーンにおいて、前記アルカンを、段階(g)のガス状のハロゲン化物の生成物と反応させ、そしてそれによりアルキルハライドを生成させる段階;
(k)段階(j)で生成させたアルキルハライドを、前記金属酸化物と反応させ、そしてそれにより非アルカン炭化水素及び金属ハロゲン化物を生成させる段階:及び
(l)段階(k)において生成させた非アルカン炭化水素を、前記チャンバーから回収する段階。
【請求項19】
段階(b)の前記金属ハロゲン化物を含む前記ハロゲン化物が、臭素及び塩素から成る群から選択される、請求項18に記載の方法。
【請求項20】
段階(f)の前記酸化ガスが、酸素及び空気から成る群から選択される、請求項18に記載の方法。
【請求項21】
段階(h)の前記アルカンが、メタン、エタン、プロパン、ブタン、及びイソブテンから成る群から選択される、請求項18に記載の方法。
【請求項22】
アルカンを準備する段階を、少なくとも2種のアルカンの混合物を準備することにより実施する、請求項18に記載の方法。
【請求項23】
次の各段階;
段階(k)で生成させた前記金属ハロゲン化物を、酸化ガスと反応させ、そしてそれによりガス状のハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる段階;及び
段階(g)で生成させた金属酸化物を、アルキルハライドと反応させ、そしてそれにより非アルカン炭化水素及び金属ハロゲン化物を生成させる段階:
をさらに含む、請求項18に記載の方法。
【請求項24】
前記第一の反応物質受入れゾーンと、前記反応ゾーンとの間に第一の触媒受入れゾーンを準備すること;
前記反応ゾーンと、前記第二の反応物質受入れゾーンとの間に第二の触媒受入れゾーンを準備すること;
第一及び第二の量の所定の触媒を準備すること;
前記第一の量の前記触媒を、前記第一の触媒受入れゾーンに置くこと;
前記第二の量の前記触媒を、前記第二の触媒受入れゾーンに置くこと;及び
前記反応ゾーンで生成させた前記アルキルハライド分子のカップリングを、触媒により促進させること:
をさらなる特徴とする、請求項18に記載の方法。
【請求項25】
次の追加の段階;
密閉容器に封入されているチャンバーを有する前記密閉容器を準備する段階;及び
大量のアルカンを前記密閉容器に供給し、それにより前記アルカンを、前記密閉容器から前記チャンバーの前記送り穴を通して、前記反応ゾーンに流す段階:
を含む、請求項18に記載の方法。
【請求項26】
次の各段階を含む、アルカンを、対応する炭化水素に転換する方法;
(a)第一の端部及び第二の端部を有する密閉容器を準備する段階;
(b)前記密閉容器を第一のゾーン及び第二のゾーンに分離するバッフルを、前記密閉容器内に準備する段階;
(c)熱伝導流体を準備する段階;
(d)前記密閉容器を、前記熱伝導流体で実質的に満たす段階;
(e)前記密閉容器のひとつに、反応マニホールドを準備する段階;
(f)前記密閉容器の前記第二の端部に、酸化ガス受入れマニホールドを準備する段階;
(g)前記密閉容器の前記第二の端部に、生成物受入れマニホールドを準備する段階;
(h)第一の無孔のチューブを少なくとも一つ準備する段階;
(i)前記第一のチューブを、前記酸化ガス受入れマニホールドから、前記密閉容器の前記第一のゾーンを通って、前記反応マニホールドに、連続的に延伸させる段階;
(j)第二の無孔のチューブを少なくとも一つ準備する段階;
(k)前記第二のチューブを、臭素化マニホールドから、前記密閉容器の前記第二のゾーンを通って、前記生成物受入れマニホールドに、連続的に延伸させる段階;
(l)大量の金属ハロゲン化物を準備する段階;
(m)前記大量の金属ハロゲン化物を、前記第一のチューブ内に置く段階;
(n)大量の金属酸化物を準備する段階;
(o)前記大量の金属酸化物を、前記第二のチューブ内に置く段階;
(p)酸化ガスを準備する段階;
(q)前記酸化ガスを、前記酸化ガス受入れマニホールドに、そして当該酸化ガス受入れマニホールドから前記第一のチューブに導入する段階;
(r)前記酸化ガスを、前記第一のチューブにおいて前記金属ハロゲン化物と反応させ、そしてそれによりガス状のハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる段階;
(s)大量のアルカンを準備する段階;
(t)前記アルカンを、前記反応マニホールドに導入する段階;
(u)前記反応マニホールドにおいて、前記アルカンを、段階(r)のガス状のハロゲン化物の生成物と反応させ、それによりアルキルハライドを生成する段階;
(v)段階(u)で生成させた前記アルキルハライドを、前記第二のチューブに導入する段階;
(w)段階(u)で生成させたアルキルハライドを、前記第二のチューブにおいて前記金属酸化物と反応させ、そしてそれにより非アルカン炭化水素及び金属ハロゲン化物を生成させる段階;
(x)段階(w)で生成させた非アルカン炭化水素を、前記生成物受入れマニホールドに導入する段階:及び
(y)段階(w)で生成させた非アルカン炭化水素を、前記生成物受入れマニホールドから回収する段階。
【請求項27】
段階(l)の金属ハロゲン化物を含む前記ハロゲン化物が、臭素及び塩素から成る群から選択される、請求項26に記載の方法。
【請求項28】
段階(n)の酸化ガスが、酸素及び空気から成る群から選択される、請求項26に記載の方法。
【請求項29】
段階(l)のアルカンが、メタン、エタン、プロパン、ブタン、及びイソブテンから成る群から選択される、請求項26に記載の方法。
【請求項30】
アルカンを準備する段階を、少なくとも2種のアルカンの混合物を準備することにより実施する、請求項26に記載の方法。
【請求項31】
次の各段階;
段階(w)で生成させた前記金属ハロゲン化物を、酸化ガスと反応させ、そしてそれによりガス状のハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる段階;及び
段階(r)で生成させた前記金属酸化物をアルキルハライドと反応させ、そしてそれにより非アルカン炭化水素及び金属ハロゲン化物を生成させる段階:
をさらに含む、請求項26に記載の方法。
【請求項32】
次の各段階を含む、アルカンを、対応する炭化水素に転換する方法;
(a)第一の実質的に無孔の反応物質受入れチャンバーを準備する段階;
(b)第二の実質的に無孔の反応物質受入れチャンバーを準備する段階;
(c)実質的に無孔の反応チャンバーを準備する段階;
(d)ピストンを前記反応チャンバー内に準備する段階;当該ピストンは、前記反応チャンバーを第一のゾーンと第二のゾーンとに分割し、そしてお互いに対して前記第一の反応ゾーン及び前記第二のゾーンを拡張及び縮小させるように前記反応チャンバー内を移動することができる、
(e)大量の金属ハロゲン化物を準備する段階;
(f)前記大量の金属ハロゲン化物を、前記第一の反応物質受入れチャンバーに置く段階;
(g)大量の金属酸化物を準備する段階;
(h)前記大量の金属酸化物を、前記第二の反応物質受入れチャンバーに置く段階;
(i)酸化ガスを準備する段階;
(j)前記酸化ガスを前記金属ハロゲン化物と反応させ、そしてそれによりガス状のハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる段階;
(k)大量のアルカンを準備する段階;
(l)前記アルカンを、前記反応チャンバーの前記第一の反応ゾーンに導入する段階;
(m)前記第一の反応ゾーンにおいて、前記アルカンを、段階(j)で生成させたガス状のハロゲン化物と反応させ、そしてそれによりアルキルハライドを生成させる段階;
(n)前記第一の反応ゾーンにおいて前記アルキルハライドが生成することにより、前記反応チャンバー内でピストンが移動し、前記第一の反応ゾーンを拡張させ、そして前記第二の反応ゾーンを縮小させる段階;
(o)前記反応チャンバー内のピストンの移動により生じた前記第二の反応ゾーンの縮小により、あらかじめ生成させたアルキルハライドを、前記第二の反応ゾーンから、前記第二の反応物質受入れチャンバーに流す段階;
(p)前記あらかじめ生成させたアルキルハライドを、前記第二の反応物質受入れチャンバーにおいて、前記金属酸化物と反応させ、そしてそれにより非アルカン炭化水素及び金属ハロゲン化物を生成させる段階:及び
(q)前記非アルカン炭化水素を、前記第二の反応物質受入れチャンバーから回収する段階。
【請求項33】
段階(e)の金属ハロゲン化物を含むハロゲン化物が、臭素、塩素、及びヨウ素から成る群から選択される、請求項32に記載の方法。
【請求項34】
段階(g)の酸化ガスが、酸素及び空気から成る群から選択される、請求項32に記載の方法。
【請求項35】
段階(k)のアルカンが、メタン、エタン、プロパン、ブタン、及びイソブテンから成る群から選択される、請求項32に記載の方法。
【請求項36】
アルカンを準備する段階を、少なくとも2種のアルカンの混合物を準備することにより実施する、請求項32に記載の方法。
【請求項37】
次の各段階;
段階(p)で生成させた前記金属ハロゲン化物を、酸化ガスと反応させ、そしてそれによりガス状のハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる段階;及び
段階(j)で生成させた前記金属酸化物をアルキルハライドと反応させ、そしてそれにより非アルカン炭化水素及び金属ハロゲン化物を生成させる段階:
をさらに含む、請求項32に記載の方法。
【請求項1】
次の各段階を含む、アルカンを、対応する炭化水素に転換する方法;
第一のゾーン、第二のゾーン、及び第三のゾーンを規定する、分離されていない中空の内部を有する容器を準備する段階;
前記容器の前記第一のゾーンにおいて、金属ハロゲン化物及び酸素を反応させ、金属酸化物及びハロゲン化物を生成させる段階;
前記第一のゾーンに由来する前記ハロゲン化物を、前記容器の前記第二のゾーンにおいてアルカンと反応させ、アルキルハライドを生成させる段階;
前記第二のゾーンに由来する前記アルキルハライド及び前記容器の前記第三のゾーンにおける金属酸化物を反応させ、前記アルキルハライド反応物質に対応する少なくとも一種の反応生成物と、金属ハロゲン化物とを生成させる段階;
前記金属ハロゲン化物を、前記容器の前記第三のゾーンから、前記容器の前記第一のゾーンに運ぶ段階:及び
前記金属酸化物を、前記容器の前記第一のゾーンから前記容器の前記第三のゾーンに再利用させる段階。
【請求項2】
次の各段階を含む、アルカンを、対応する炭化水素に転換する方法;
第一のゾーン、第二のゾーン、及び第三のゾーンを規定する、分離されていない中空の内部を有する容器を準備する段階;
前記容器の前記第一のゾーンにおいて、金属ハロゲン化物及び酸素を反応させ、金属酸化物及びハロゲン化物を生成させる段階;
前記第一のゾーンに由来する前記ハロゲン化物を、前記容器の前記第二のゾーンにおけるアルカンと反応させ、アルキルハライドを生成させる段階;
前記第二のゾーンに由来する前記アルキルハライド及び前記容器の前記第三のゾーンにおける金属酸化物を反応させ、前記アルキルハライド反応物質に対応する少なくとも一種の反応生成物と、金属ハロゲン化物とを生成させる段階;
前記金属酸化物を、前記容器の前記第一のゾーンから、前記容器を通して、前記容器の第三のゾーンに運ぶ段階:及び
前記金属ハロゲン化物を、前記容器の前記第三のゾーンから前記容器の前記第一のゾーンに再利用させる段階。
【請求項3】
次の各段階を含む、アルカンを、対応する炭化水素に転換する方法;
第一のゾーン、第二のゾーン、及び第三のゾーンを規定する、分離されていない中空の内部を有する容器を準備する段階;
前記容器の前記第一のゾーンにおいて、金属ハロゲン化物及び酸素を最初に反応させ、金属酸化物及びハロゲン化物を生成させる段階;
前記第一のゾーンに由来するハロゲン化物を、前記容器の前記第二のゾーンにおいてアルカンと反応させ、アルキルハライドを生成させる段階;
前記第二のゾーンに由来するアルキルハライド及び前記容器の前記第三のゾーンの金属酸化物を反応させ、前記アルキルハライド反応物質に対応する少なくとも一種の反応生成物と、金属ハロゲン化物とを生成させる段階;
続いて、前記容器内でガスの流れを逆にする段階;そしてその後
前記容器の前記第三のゾーンにおいて、前記金属ハロゲン化物及び酸素を反応させ、金属酸化物及びハロゲン化物を生成させる段階;
前記第三のゾーンに由来する前記ハロゲン化物を、前記容器の前記第二のゾーンにおいてアルカンと反応させ、アルキルハライドを生成させる段階;
前記第二のゾーンに由来するアルキルハライド及び前記容器の前記第一のゾーンにおける前記金属酸化物を反応させ、前記アルキルブロミド反応物質に対応する反応生成物と、臭化金属とを生成させる段階。
【請求項4】
次の各段階を含む、アルカンを、対応する炭化水素に転換する方法;
(a)第一の端部及び第二の端部を有する実質的に無孔のチャンバーであって、前記チャンバーの前記第一の端部のところにある第一の反応物質受入れゾーン、前記チャンバーの前記第二の端部のところにある第二の反応物質受入れゾーン、及び前記第一の反応物質受入れゾーンと前記第二の反応物質受入れゾーンとの間にある、中心に配置された反応ゾーンを含むものを準備する段階;
(b)大量の金属ハロゲン化物を準備する段階;
(c)前記大量の金属ハロゲン化物を、前記チャンバーの前記第一の反応物質受入れゾーンに置く段階;
(d)大量の金属酸化物を準備する段階;
(e)前記大量の金属酸化物を、前記チャンバーの前記第二の反応物質受入れゾーンに置く段階;
(f)酸化ガスを準備する段階;
(g)前記酸化ガスを、前記金属ハロゲン化物と反応させ、そしてそれによりガス状のハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる段階;
(h)大量のアルカンを準備する段階;
(i)前記アルカンを、前記チャンバーの前記反応ゾーン内に導入する段階;
(j)前記反応ゾーンにおいて、前記アルカンを、段階(g)のガス状のハロゲン化物の生成物と反応させ、そしてそれによりアルキルハライドを生成させる段階;
(k)段階(j)で生成させたアルキルハライドを、前記金属酸化物と反応させ、そしてそれにより非アルカン炭化水素及び金属ハロゲン化物を生成させる段階:及び
(l)段階(k)で生成させた前記非アルカン炭化水素を、前記チャンバーから回収する段階。
【請求項5】
段階(b)の金属ハロゲン化物を含むハロゲン化物が、臭素、塩素及びヨウ素から成る群から選択される、請求項4に記載の方法。
【請求項6】
段階(f)の酸化ガスが、酸素及び空気から成る群から選択される、請求項4に記載の方法。
【請求項7】
段階(h)のアルカンが、メタン、エタン、プロパン、ブタン、及びイソブテンから成る群から選択される、請求項4に記載の方法。
【請求項8】
アルカンを準備する段階を、少なくとも2種のアルカンの混合物を準備することにより実施する、請求項4に記載の方法。
【請求項9】
次の各段階;
段階(k)で生成させた前記属ハロゲン化物を、酸化ガスと反応させ、そしてそれによりガス状のハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる段階;及び
段階(g)で生成させた金属酸化物を、アルキルハライドと反応させ、そしてそれにより非アルカン炭化水素及び金属ハロゲン化物を生成させる段階:
をさらに含む、請求項4に記載の方法。
【請求項10】
前記第一の反応物質受入れゾーンと、前記反応ゾーンとの間に第一の触媒受入れゾーンを準備すること;
前記反応ゾーンと、前記第二の反応物質受入れゾーンとの間に第二の触媒受入れゾーンを準備すること;
第一及び第二の量の所定の触媒を準備すること;
前記第一の量の前記触媒を、前記第一の触媒受入れゾーンに置くこと;
前記第二の量の前記触媒を、前記第二の触媒受入れゾーンに置くこと;及び
前記反応ゾーンで生成させた前記アルキルハライド分子のカップリングを、触媒により促進させること:
をさらなる特徴とする、請求項4に記載の方法。
【請求項11】
次の各段階を含む、アルカンを、対応する炭化水素に転換する方法;
(a)第一の端部及び第二の端部を有する無孔のチャンバーであって、前記チャンバーの前記第一の端部のところにある第一の反応物質受入れゾーン、前記チャンバーの前記第二の端部のところにある第二の反応物質受入れゾーン、前記第一の反応物質受入れゾーンと前記第二の反応物質受入れゾーンとの間にある中心に配置された反応ゾーン、前記第一の反応物質受入れゾーンと前記反応ゾーンとの間にある第一の触媒受入れゾーン、及び前記反応ゾーンと前記第二の反応物質受入れゾーンとの間にある第二の触媒受入れゾーンを含むものを準備する段階;
(b)大量の金属ハロゲン化物を準備する段階;
(c)前記大量の金属ハロゲン化物を、前記チャンバーの前記第一の反応物質受入れゾーンに置く段階;
(d)大量の金属酸化物を準備する段階;
(e)前記大量の金属酸化物を、前記チャンバーの前記第二の反応物質受入れゾーンに置く段階;
(f)第一及び第二の量の所定の触媒を準備する段階;
(g)前記第一の量の前記触媒を、前記第一の触媒受入れゾーンに置く段階;
(h)前記第二の量の前記触媒を、前記第二の触媒受入れゾーンに置く段階;
(i)酸化ガスを準備する段階;
(j)前記酸化ガスを前記金属ハロゲン化物と反応させ、そしてそれによりガス状のハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる段階;
(k)大量のアルカンを準備する段階;
(l)前記アルカンを、前記チャンバーの前記反応ゾーンに導入する段階;
(m)前記反応ゾーンにおいて、前記アルカンを、段階(j)のガス状のハロゲン化物の生成物と反応させ、そしてそれによりアルキルハライドを生成させる段階;
(n)前記第二の触媒受入れゾーンの触媒との係合に前記アルキルハライドを向かわせ、そしてそれにより前記アルキルハライド分子のカップリングを促進する段階;
(o)段階(m)で生成させたアルキルハライドを、前記金属酸化物と反応させ、そしてそれにより非アルカン炭化水素及び金属ハロゲン化物を生成させる段階:及び
(p)段階(o)において生成させた非アルカン炭化水素を、前記チャンバーから回収する段階。
【請求項12】
段階(b)の金属ハロゲン化物を含むハロゲン化物が、臭素、塩素及びヨウ素から成る群から選択される、請求項11に記載の方法。
【請求項13】
段階(f)の酸化ガスが、酸素及び空気から成る群から選択される、請求項11に記載の方法。
【請求項14】
段階(h)のアルカンが、メタン、エタン、プロパン、ブタン、及びイソブテンから成る群から選択される、請求項11に記載の方法。
【請求項15】
アルカンを準備する段階を、少なくとも2種のアルカンの混合物を準備することにより実施する、請求項11に記載の方法。
【請求項16】
次の各段階;
段階(k)で生成させた前記金属ハロゲン化物を、酸化ガスと反応させ、そしてそれによりガス状のハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる段階;及び
段階(g)で生成させた金属酸化物をアルキルハライドと反応させ、そしてそれにより非アルカン炭化水素及び金属ハロゲン化物を生成させる段階:
をさらに含む、請求項11に記載の方法。
【請求項17】
前記触媒が、所定のゼオライトを含む、請求項11に記載の方法。
【請求項18】
次の各段階を含む、アルカンを、対応する炭化水素に転換する方法;
(a)実質的に無孔の第一の端部部分及び第二の端部部分、並びに有孔の中心部分を有するチャンバーであって、
前記チャンバーの前記第一の端部部分のところにある第一の反応物質受入れゾーン、前記チャンバーの前記第二の端部部分のところにある第二の反応物質受入れゾーン、及び前記チャンバーの前記有孔の中心部分にある中心に配置された反応ゾーンを含むものを準備する段階;
(b)大量の金属ハロゲン化物を準備する段階;
(c)前記大量の金属ハロゲン化物を、前記チャンバーの前記第一の反応物質受入れゾーンに置く段階;
(d)大量の金属酸化物を準備する段階;
(e)前記大量の金属酸化物を、前記チャンバーの前記第二の反応物質受入れゾーンに置く段階;
(f)酸化ガスを準備する段階;
(g)前記酸化ガスを前記金属ハロゲン化物と反応させ、そしてそれによりガス状のハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる段階;
(h)大量のアルカンを準備する段階;
(i)前記アルカンを、前記チャンバーの中心部分の送り穴を介して、前記反応ゾーンに導入する段階;
(j)前記反応ゾーンにおいて、前記アルカンを、段階(g)のガス状のハロゲン化物の生成物と反応させ、そしてそれによりアルキルハライドを生成させる段階;
(k)段階(j)で生成させたアルキルハライドを、前記金属酸化物と反応させ、そしてそれにより非アルカン炭化水素及び金属ハロゲン化物を生成させる段階:及び
(l)段階(k)において生成させた非アルカン炭化水素を、前記チャンバーから回収する段階。
【請求項19】
段階(b)の前記金属ハロゲン化物を含む前記ハロゲン化物が、臭素及び塩素から成る群から選択される、請求項18に記載の方法。
【請求項20】
段階(f)の前記酸化ガスが、酸素及び空気から成る群から選択される、請求項18に記載の方法。
【請求項21】
段階(h)の前記アルカンが、メタン、エタン、プロパン、ブタン、及びイソブテンから成る群から選択される、請求項18に記載の方法。
【請求項22】
アルカンを準備する段階を、少なくとも2種のアルカンの混合物を準備することにより実施する、請求項18に記載の方法。
【請求項23】
次の各段階;
段階(k)で生成させた前記金属ハロゲン化物を、酸化ガスと反応させ、そしてそれによりガス状のハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる段階;及び
段階(g)で生成させた金属酸化物を、アルキルハライドと反応させ、そしてそれにより非アルカン炭化水素及び金属ハロゲン化物を生成させる段階:
をさらに含む、請求項18に記載の方法。
【請求項24】
前記第一の反応物質受入れゾーンと、前記反応ゾーンとの間に第一の触媒受入れゾーンを準備すること;
前記反応ゾーンと、前記第二の反応物質受入れゾーンとの間に第二の触媒受入れゾーンを準備すること;
第一及び第二の量の所定の触媒を準備すること;
前記第一の量の前記触媒を、前記第一の触媒受入れゾーンに置くこと;
前記第二の量の前記触媒を、前記第二の触媒受入れゾーンに置くこと;及び
前記反応ゾーンで生成させた前記アルキルハライド分子のカップリングを、触媒により促進させること:
をさらなる特徴とする、請求項18に記載の方法。
【請求項25】
次の追加の段階;
密閉容器に封入されているチャンバーを有する前記密閉容器を準備する段階;及び
大量のアルカンを前記密閉容器に供給し、それにより前記アルカンを、前記密閉容器から前記チャンバーの前記送り穴を通して、前記反応ゾーンに流す段階:
を含む、請求項18に記載の方法。
【請求項26】
次の各段階を含む、アルカンを、対応する炭化水素に転換する方法;
(a)第一の端部及び第二の端部を有する密閉容器を準備する段階;
(b)前記密閉容器を第一のゾーン及び第二のゾーンに分離するバッフルを、前記密閉容器内に準備する段階;
(c)熱伝導流体を準備する段階;
(d)前記密閉容器を、前記熱伝導流体で実質的に満たす段階;
(e)前記密閉容器のひとつに、反応マニホールドを準備する段階;
(f)前記密閉容器の前記第二の端部に、酸化ガス受入れマニホールドを準備する段階;
(g)前記密閉容器の前記第二の端部に、生成物受入れマニホールドを準備する段階;
(h)第一の無孔のチューブを少なくとも一つ準備する段階;
(i)前記第一のチューブを、前記酸化ガス受入れマニホールドから、前記密閉容器の前記第一のゾーンを通って、前記反応マニホールドに、連続的に延伸させる段階;
(j)第二の無孔のチューブを少なくとも一つ準備する段階;
(k)前記第二のチューブを、臭素化マニホールドから、前記密閉容器の前記第二のゾーンを通って、前記生成物受入れマニホールドに、連続的に延伸させる段階;
(l)大量の金属ハロゲン化物を準備する段階;
(m)前記大量の金属ハロゲン化物を、前記第一のチューブ内に置く段階;
(n)大量の金属酸化物を準備する段階;
(o)前記大量の金属酸化物を、前記第二のチューブ内に置く段階;
(p)酸化ガスを準備する段階;
(q)前記酸化ガスを、前記酸化ガス受入れマニホールドに、そして当該酸化ガス受入れマニホールドから前記第一のチューブに導入する段階;
(r)前記酸化ガスを、前記第一のチューブにおいて前記金属ハロゲン化物と反応させ、そしてそれによりガス状のハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる段階;
(s)大量のアルカンを準備する段階;
(t)前記アルカンを、前記反応マニホールドに導入する段階;
(u)前記反応マニホールドにおいて、前記アルカンを、段階(r)のガス状のハロゲン化物の生成物と反応させ、それによりアルキルハライドを生成する段階;
(v)段階(u)で生成させた前記アルキルハライドを、前記第二のチューブに導入する段階;
(w)段階(u)で生成させたアルキルハライドを、前記第二のチューブにおいて前記金属酸化物と反応させ、そしてそれにより非アルカン炭化水素及び金属ハロゲン化物を生成させる段階;
(x)段階(w)で生成させた非アルカン炭化水素を、前記生成物受入れマニホールドに導入する段階:及び
(y)段階(w)で生成させた非アルカン炭化水素を、前記生成物受入れマニホールドから回収する段階。
【請求項27】
段階(l)の金属ハロゲン化物を含む前記ハロゲン化物が、臭素及び塩素から成る群から選択される、請求項26に記載の方法。
【請求項28】
段階(n)の酸化ガスが、酸素及び空気から成る群から選択される、請求項26に記載の方法。
【請求項29】
段階(l)のアルカンが、メタン、エタン、プロパン、ブタン、及びイソブテンから成る群から選択される、請求項26に記載の方法。
【請求項30】
アルカンを準備する段階を、少なくとも2種のアルカンの混合物を準備することにより実施する、請求項26に記載の方法。
【請求項31】
次の各段階;
段階(w)で生成させた前記金属ハロゲン化物を、酸化ガスと反応させ、そしてそれによりガス状のハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる段階;及び
段階(r)で生成させた前記金属酸化物をアルキルハライドと反応させ、そしてそれにより非アルカン炭化水素及び金属ハロゲン化物を生成させる段階:
をさらに含む、請求項26に記載の方法。
【請求項32】
次の各段階を含む、アルカンを、対応する炭化水素に転換する方法;
(a)第一の実質的に無孔の反応物質受入れチャンバーを準備する段階;
(b)第二の実質的に無孔の反応物質受入れチャンバーを準備する段階;
(c)実質的に無孔の反応チャンバーを準備する段階;
(d)ピストンを前記反応チャンバー内に準備する段階;当該ピストンは、前記反応チャンバーを第一のゾーンと第二のゾーンとに分割し、そしてお互いに対して前記第一の反応ゾーン及び前記第二のゾーンを拡張及び縮小させるように前記反応チャンバー内を移動することができる、
(e)大量の金属ハロゲン化物を準備する段階;
(f)前記大量の金属ハロゲン化物を、前記第一の反応物質受入れチャンバーに置く段階;
(g)大量の金属酸化物を準備する段階;
(h)前記大量の金属酸化物を、前記第二の反応物質受入れチャンバーに置く段階;
(i)酸化ガスを準備する段階;
(j)前記酸化ガスを前記金属ハロゲン化物と反応させ、そしてそれによりガス状のハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる段階;
(k)大量のアルカンを準備する段階;
(l)前記アルカンを、前記反応チャンバーの前記第一の反応ゾーンに導入する段階;
(m)前記第一の反応ゾーンにおいて、前記アルカンを、段階(j)で生成させたガス状のハロゲン化物と反応させ、そしてそれによりアルキルハライドを生成させる段階;
(n)前記第一の反応ゾーンにおいて前記アルキルハライドが生成することにより、前記反応チャンバー内でピストンが移動し、前記第一の反応ゾーンを拡張させ、そして前記第二の反応ゾーンを縮小させる段階;
(o)前記反応チャンバー内のピストンの移動により生じた前記第二の反応ゾーンの縮小により、あらかじめ生成させたアルキルハライドを、前記第二の反応ゾーンから、前記第二の反応物質受入れチャンバーに流す段階;
(p)前記あらかじめ生成させたアルキルハライドを、前記第二の反応物質受入れチャンバーにおいて、前記金属酸化物と反応させ、そしてそれにより非アルカン炭化水素及び金属ハロゲン化物を生成させる段階:及び
(q)前記非アルカン炭化水素を、前記第二の反応物質受入れチャンバーから回収する段階。
【請求項33】
段階(e)の金属ハロゲン化物を含むハロゲン化物が、臭素、塩素、及びヨウ素から成る群から選択される、請求項32に記載の方法。
【請求項34】
段階(g)の酸化ガスが、酸素及び空気から成る群から選択される、請求項32に記載の方法。
【請求項35】
段階(k)のアルカンが、メタン、エタン、プロパン、ブタン、及びイソブテンから成る群から選択される、請求項32に記載の方法。
【請求項36】
アルカンを準備する段階を、少なくとも2種のアルカンの混合物を準備することにより実施する、請求項32に記載の方法。
【請求項37】
次の各段階;
段階(p)で生成させた前記金属ハロゲン化物を、酸化ガスと反応させ、そしてそれによりガス状のハロゲン化物及び金属酸化物を生成させる段階;及び
段階(j)で生成させた前記金属酸化物をアルキルハライドと反応させ、そしてそれにより非アルカン炭化水素及び金属ハロゲン化物を生成させる段階:
をさらに含む、請求項32に記載の方法。
【図1】
【図1A】
【図2】
【図2A】
【図3】
【図3A】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図1A】
【図2】
【図2A】
【図3】
【図3A】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【公表番号】特表2008−506775(P2008−506775A)
【公表日】平成20年3月6日(2008.3.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−522482(P2007−522482)
【出願日】平成17年2月2日(2005.2.2)
【国際出願番号】PCT/US2005/002829
【国際公開番号】WO2006/019399
【国際公開日】平成18年2月23日(2006.2.23)
【出願人】(506058598)ジーアールティー,インコーポレイティド (7)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成20年3月6日(2008.3.6)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年2月2日(2005.2.2)
【国際出願番号】PCT/US2005/002829
【国際公開番号】WO2006/019399
【国際公開日】平成18年2月23日(2006.2.23)
【出願人】(506058598)ジーアールティー,インコーポレイティド (7)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]