烃转化方法

烃转化方法

优先权

本申请要求2011年9月23日提交申请号为61/538,476(2011EM212) 的临时申请以及2011年11月18日提交的申请号为EP11189648.6的欧洲 专利申请的优先权，其公开内容以它们的整体引入本文作为参考。

技术领域

本发明涉及将烃转化成为诸如乙炔和/或乙烯之类的不饱和产物 的方法。本发明也涉及将乙炔转化至烯烃比如乙烯和/或丙烯,涉及聚合 该烯烃、以及涉及用于这些方法的设备。

背景技术

美国专利US2,845,335公开了用于将烃料流转化至包含不饱和烃 混合物的四步方法。该反应器系统包含四个相似的再生反应器，使反 应器一和二构成第一并联反应器对，由至少一混合区域将第一并联反 应器对与第二并联反应器对(反应器三和四)分隔。在该方法第一步之 前预热该反应器系统。

在一种实施方案中，该参考文献公开第一步包括烃朝着第二反应 器对的方向流过第一反应器对，使烃第一部分流过反应器一以及第二 部分流过反应器二。热解产物从该混合区流动离开，穿过第二反应器 对,该热解产物一部分焦炭沉积在反应器一至四中。在第二步中，燃料 以及空气朝混合区方向引导，引导该燃料穿过反应器三以及引导该空 气穿过反应器四。该燃料以及空气在混合区内燃烧，使该燃烧产物经 由第一反应器对从该混合区流动离开(一部分该燃烧产物流过反应器 一和二中的每一个),由此(i)加热该反应器系统用于步骤3以及(ii)使在 反应器一、二、和四中沉积的结焦发生氧化。该第三步类似于第一步， 以及热解产物从该混合区流动离开、穿过第二反应器对以及再一次在 反应器一至四中沉积结焦。在第四步中，再一次朝混合区方向引导燃 料以及空气，但是现在引导该燃料穿过反应器四以及引导该空气穿过 反应器三(步骤二反过来)。该燃料以及空气在混合区内燃烧，使该燃 烧产物经由第一反应器对从该混合区流动离开，由此(i)加热该反应器 系统用于步骤一以及(ii)使在反应器一、二、和三中沉积的结焦发生氧 化。

希望提高该方法的效率。

发明内容

在实施方案中,本发明涉及烃转化方法，该方法包括：

(A)加热反应器至少一部分至温度≥800℃，该反应器包含第一和第 二通道；

(B)将第一混合物提供至加热的反应器，第一混合物包含烃，其中 至少一部分该烃包括烷烃；

(C)将第一混合物在加热的反应器中暴露于温度≥800℃以及从该 反应器提取足够热量以转化至少一部分第一混合物的烷烃为可燃非挥 发性物以及不饱和烃；

(D)经由第一以及第二通道将至少一部分该不饱和烃转移离开该 反应器，在转移期间至少一部分该可燃非挥发性物沉积在第一以及第 二通道之中；以及

(E)重复步骤(A)-(D)；其中步骤(A)包括:

(i)第一时间间隔，在该第一时间间隔期间在该反应器中燃料以及 氧化剂放热反应，经由第一通道提供该燃料以及经由第二通道提供该 氧化剂，以使得

(a)在步骤(C)期间置换出至少一部分提取的热量以及

(b)在第二通道中燃烧至少一部分可燃非挥发性物；以及

(ii)第二时间间隔，在第二时间间隔期间经第一通道向该反应器提 供另外的氧化剂以在第一通道中使至少一部分可燃非挥发性物燃烧。

在另一个实施方案中,本发明涉及一种再生性反向流热解反应器， 其包含

(a)第一和第二反应器，各自包含单元反应器床；

(b)位于在第一以及第二反应器之间的混合区；

(c)位于第一反应器之内第一和第二通道，第一以及第二通道是热 量相通的、基本上独立的流动-路径；

(d)位于第二反应器之内的第三通道；以及

(e)第一阀装置，其用于向混合区导引

(i)在第一时间间隔期间经由第一通道的第一反应物，

(ii)在第一时间间隔期间经由第二通道的第二反应物，以及

(iii)在第二时间间隔期间经由第一通道的第二反应物的第一部分 以及经由第二通道的第二反应物的第二部分。

再一个实施方案中，本发明涉及从反应器系统除去可燃非挥发性 物的方法，该方法包括：

(A)在第一转化步骤期间使可燃非挥发性物沉积，该可燃非挥发性 物沉积在第一反应器的第一和第二管路中，第一反应器位于该反应器 系统之内；

(B)在第二转化步骤的第一时间间隔期间

(a)经由第一管路引导第一反应物以及经由第二管路引导第二反 应物；

(b)通过使至少一部分第二反应物与(i)位于第二管路之中的可燃 非挥发性物的至少一部分以及(ii)至少一部分第一反应物进行放热反 应来加热该反应器系统；以及

(C)在第二转化步骤的第二时间间隔期间

(a)经由第一管路引导至少一部分第二反应物；以及

(b)使第二反应物与处于第一管路的至少一部分可燃非挥发性物 反应。

在相关实施方案中，本发明在步骤C期间还包含:

(c)经由第三管路引导第一反应物，

(d)经由第二管路引导第二反应物的第二部分，以及

(e)通过使至少一部分第二反应物与(i)位于第一和/或第二管路之 中的可燃非挥发性物的至少一部分以及(ii)至少一部分第一反应物进 行放热反应来加热该反应器系统。任选地，第一以及第二管路包含至 少一个在反应器床中的通道。

再一个实施方案中，本发明涉及烃转化方法，该方法包括：

(a)向反应器提供第一混合物，第一混合物包含烃，其中(i)该反应 器包含第一和第二通道以及(ii)其中至少一部分该烃包括烷烃；

(b)将第一混合物在该反应器中暴露于温度≥800℃以及从该反应 器提取足够热量以转化至少一部分第一混合物的烷烃为可燃非挥发性 物以及不饱和烃；

(c)经由第一以及第二通道将至少一部分该不饱和烃转移离开该 反应器，在转移期间至少一部分可燃非挥发性物沉积在第一以及第二 通道中；

(d)在第一时间间隔期间在该反应器中燃料以及氧化剂进行放热 反应，该燃料经由第一通道提供以及该氧化剂经由第二通道提供，以 使得

(i)在转化期间置换出至少一部分从该反应器提取的热量以及

(ii)使至少一部分在第二通道中的可燃非挥发性物燃烧；以及

(e)在第二时间间隔期间经由该第一通道向该反应器提供另外的 氧化剂以使至少一部分在第一通道中的可燃非挥发性物燃烧。

附图说明

图1用示意图显示本发明应用反向流热解反应器系统的实施方案。

图2用示意图显示用于图1系统的反向流热解反应器。

图2A用示意图显示图2的反向流热解反应器的俯视图。

图3用示意图显示用于图1系统的另一反向流热解反应器。该反应 器包括增压器(plenum)，其用于将氧化剂流导入该反应器以及阀门装 置，其用于控制往返于该反应器的气体流动。

图3A用示意图显示图3反应器的俯视图。应用增压器使得通道14 以及15间隔更大，与图2以及2A的反应器相比。

图4用示意图显示用于图1系统的另一反向流热解反应器。

图4A用示意图显示图4反应器的俯视图。

图5用示意图显示可以用于图4反应器中的反应物分配器以及反应 器床的剖面图。

发明详述

尽管美国专利US2,845,335希望除去至少一些系统反应器在各个 燃烧步骤期间的焦炭,但已经发现获得这些益处会损失相当多的过程 效率。有效燃烧的化学计量法一般需要燃烧混合物，其包含的空气显 著比燃料更多(更高体积流量)。由于常规方法中反应器三以及四具有 相似的体积，有效的燃烧导致的空气空间速度(GHSV)比在该常规方法 中第二以及第四步骤期间燃料GHSV大的多。这导致在反应器三和四 之间热量不平衡，这是因为再生-床过程比如传热以及热脱除是与空间 速度紧密相关的。如果第二以及第四步骤在基本上相等的空气-燃料流 率下操作，以补偿GHSV以及减少热量不平衡,该不完全燃烧条件会导 致在反应器一以及二中温度更低，其使向所需要产物的转化率降低。

已经发现在常规方法中的这些及其它不足可以通过应用包含第一 和第二再生反应器的反应器系统克服(各个反应器是，例如，单元反应 器床)。第一反应器包含至少一个第一管路和至少一个第二管路。在该 氧化步骤期间，(i)第一管路是"多用途"管路，其在氧化步骤第一间隔 期间输送燃料以及在氧化步骤第二间隔期间输送氧化剂以及(ii)第二 管路是氧化剂管路，其在该氧化步骤的第一和第二间隔期间输送氧化 剂。热解步骤期间，第一以及第二管路沿平均流动(average flow)方向 输送热解产物，其与燃料以及氧化剂的平均流动反向。换言之，该方 法包含两个步骤(氧化步骤以及热解步骤)，该氧化步骤包含至少两个 基本上不相重叠的间隔时间。

由于第一反应器具有管路(第二管路)，其在氧化步骤两间隔期间 用于氧化剂流动，(i)多用途管路的横截面积管路可以是适当尺寸用于 提供所要求氧化剂-燃料混合物以在第一间隔期间燃烧以及(ii)在第一 以及第二间隔之间多用途管路从燃料流转向氧化剂流可以实现而无显 著的流动速率变化,由此减小或甚至消除在该管路第一间隔期间和第 二间隔期间之间的热量不平衡。除相对于常规工艺增加的热效率，降 低的热量不平衡，以及所需产物的增加产率以外，本发明的方法除去 在该氧化步骤期间沉积在第一以及第二管路中的焦炭，由此避免象常 规方法那样要求第二氧化步骤具有反向燃料-空气流。

在一种实施方案中,在热解步骤期间提供包含烃的第一混合物至 该反应器系统。热解第一混合物，由此制备包含烃的热解产物，例如， 包含C₂不饱和物以及可燃非挥发性物，例如，焦炭的第二混合物。一 部分该可燃非挥发性物保持在第一以及第二管路中，例如，作为沉积 物。任选地，第三混合物衍生于第二混合物，例如，通过从第二混合 物分离分子氢、饱和烃等中的一种或多种。该热解是吸热的，且至少 一部分热解所使用的热量通过在氧化步骤中第四混合物的反应提供， 第四混合物包含第一和第二反应物。第一反应物包含燃料、例如分子 氢和/或烃。第二反应物包含氧化剂、例如分子氧。在该氧化步骤期间 产生第五混合物，第五混合物包含衍生自第四混合物氧化反应的产物、 衍生自在之前热解步骤期间沉积在该反应器中的非挥发性物的氧化的 产物、以及任何未反应的第四混合物。本发明不局限于将烃转化至乙 炔和/或乙烯的方法。本发明通常适用于任何在反向流热量热解反应器 中出现烃转化至焦炭的过程，包括用于在温度≥1.20×10³℃下在热解条 件下甲烷转化的那些。

在实施方案中,第一以及第二管路各自包含在第一反应器、例如第 一反应器床之内的通道。尽管不希望受任何理论或模型束缚,据信使该 多用途通道和第二反应物通道位于单元反应器(第一反应器)之内，在 此实施方案中通常就是这样,导致该反应器系统热效率相对常规反应 器改善相当多，其将它的第一和第二管路位于独立的反应器床中。

在此实施方案中，该氧化步骤包含第一和第二间隔。在氧化步骤 第一间隔期间，引导第一反应物经由多用途通道(第一通道)穿过第一 反应器以及引导第二反应物中至少第一部分经由第二反应物通道(第 二通道)穿过第一反应器。在第二间隔期间，引导第二反应物的第一部 分穿过该多用途通道，以及引导第二反应物的第二部分穿过第二反应 物通道。任选地，在该氧化步骤的第二间隔期间将第一反应物输送至 该反应器系统,例如，经由(i)第二多用途通道，在第一间隔期间使用第 二多用途通道输送第二反应物和/或(ii)第一反应物通道，其可以是位于 第一反应器的第三通道,第一反应物通道仅用于在第一以及第二间隔 期间输送第一反应物。合乎需要的是在实施方案中应用第一反应物通 道，该实施方案中(i)输送第一反应物不导致第一反应物通道中显著量 非挥发性物的积聚和/或(ii)热解步骤期间不将第二混合物输送穿过第 一反应物通道。任选地，第一以及第二反应物第一反应器下游结合并 以在第一以及第二两间隔期间制备第四混合物。

第四混合物的燃料以及氧化剂组分进行放热反应以形成第五混合 物，由此加热(以及再生)第一反应器用于该热解步骤。经由第二反应 器通道将第五混合物引导离开,这使第二反应器的温度上升,由此再生 第二反应器用于吸热的热解步骤。可以使用任选的流量控制装置，比 如阀门装置、喷洒器装置、和/或分配器装置等，及其组合,在第一和第 二间隔期间引导第一以及第二反应物及其一部分至指定通道。

工艺目标一般会规定整个氧化步骤过程穿过该反应器的第一和第 二反应物的总流量(摩尔、体积、或质量)。在氧化步骤中此总流量通 过可用的通道经可利用的间隔时间运输。当在间隔期间输送反应物穿 过多个通道时,理解每一通道输送所给定反应物的一部分。上述的部分 (第一、第二等)在某些实施方案中清楚标示用于澄清，但是很清楚这 样的描述是任选的命名法。

在另一个实施方案中,第一反应器包含至少三个通道,一个第二反 应物通道和两个多用途通道。在氧化步骤第一间隔期间，使用第一多 用途通道用于传送第一反应物。第二多用途通道用于引导第二反应物 的第一部分以及该第二反应物通道用于引导第二反应物的第二部分。 在该氧化步骤的第二间隔期间，使用第二多用途通道引导第一反应物。 第二多用途通道用于引导第二反应物的第一部分以及该第二反应物通 道用于引导第二反应物的第二部分。第一部分:第二部分重量比取决 于、例如反应器系统的布局，以及可以随氧化步骤的间隔-至-间隔变 化。第一多用途通道包含所有通路在第一反应器之内，这些通路用于 在第一间隔期间传送第一反应物以及在第二间隔期间传送第二反应 物。第二多用途通道包含在第一反应器之内的所有通路，这些通路用 于在第一间隔期间传送第二反应物以及在第二间隔期间传送第一反应 物。第二多用途通道包含在第一反应器之内的所有通路，这些通路用 于在第一以及第二间隔期间传送第二反应物。在该氧化步骤之后，引 导第五混合物离开以及引导第一混合物至该反应器系统用于该热解步 骤。

热解步骤期间，引导第一混合物至第二反应器，其中第一混合物 在热量热解(thermal pyrolysis)条件下热解以制备第二混合物。第二混 合物第一部分，例如，在热量热解条件下气相中一部分,经由在第一反 应器之内通道被引导离开该反应器系统。第二混合物第二部分，该第 二部分包含≥50.0wt.%第二混合物的可燃非挥发性物(例如焦炭)，保留 在第一反应器的通道中，例如,作为沉积物。在上述系统中从第一混合 物产生第二混合物无需催化剂,尽管可以使用，例如任选的将第一混合 物中轻质烃(例如丙烷)转化至丙烯的一种。

在另一个实施方案中，该方法包含氧化步骤、热解步骤、以及第 二氧化步骤，使第一氧化步骤如在之前实施方案第一间隔中那样操作 以及第二氧化步骤如在第二间隔那样操作。

交替的氧化以及热解步骤可以按顺序，例如连续地实施。本发明 特征在于在热解步骤期间在第一反应器的多用途通道以及第二反应物 通道中沉积的一部分可燃非挥发性物通过在随后氧化步骤至少一个间 隔期间通过氧化除去。

之前实施方案的热解以及氧化步骤可以按顺序进行，例如，周期 性地或不定期地。该方法可以按间歇、半连续、或连续方式操作。热 解步骤持续时间基本上与氧化步骤持续时间无关。第一和第二间隔的 持续时间可以是基本上相同的，但是这不是必要的。在实施方案中， 该反应器系统按，例如，串联、并联、或其组合操作，以及使用伴随 的阀门装置用于引导第一、第二、第四、以及第五混合物到达/离开该 反应器系统的反应器。例如,在一种实施方案中反应器系统包括第一和 第二反应器，相对于公共流动途径互相串联定位，任选沿公共轴线。 该公共轴线可以相对于地球表面为水平、垂直、或其它的取向。

对于本发明说明书和所附权利要求的目的来说，定义下述术语。 术语"烃"是指含碳原子和氢原子二者，和任选地含其他原子(杂原子)、 例如氧、硫和氮的分子(及其混合物)。术语"氧化剂"是指能够氧化其 它成分或其部分(例如烃或烃混合物)的成分(例如分子氧)。术语"分子 氢"是指H₂。术语"分子氧"是指O₂。

该术语"聚合物"意指包括众多高分子的组合物、该高分子包含衍 生自一种或多种单体的重复单元。该高分子可以具有不同尺寸、分子 结构、原子含量等。该术语"聚合物"包括高分子比如共聚物、三元共 聚物等。"元素周期表"是指在The Merck Index，第12版，Merck& Co.,Inc.,1996的内封面上列出的元素的周期图表。

就热解法来说，术语"动词转化"，"名词转化"和"动名词转化"等 包括例如通过至少热解热量，包括烃和含氧物等在内的分子的任何分 子分解，裂解、分裂、重整。就至少部分催化的非热解法而言，术语 转化包括例如氢化处理(例如氢化，加氢处理等)、加氢甲酰化、催化 分离等。

术语"热解"意指用于转化分子成为(i)原子和/或(ii)更低分子量分 子、以及任选(iii)更大分子量分子的吸热反应，例如，将烃比如甲烷、 乙烷和/或丙烷转化至分子氢以及不饱和物比如乙烯、丙烯以及乙炔的 工艺过程。

该术语"反应器"，"反应器系统"，"再生器"，"回热装置 (recuperator)"，"再生床"，"整体料"，"蜂巢结构"，"反应物"，"燃 料"，以及"氧化剂"具有在专利美国专利US7,943,808中公开的含义， 其全面引入本申请作为参考。本文所使用的术语"热解反应器"是指通 过至少热解转化烃所用的反应器或其组合或系统。就热解反应器而言、 该术语"停留时间"意思是不反应(热解不转化)的分子量范围为4-40的 分子(例如He，N₂，Ar)穿过热解反应器的热解区的平均持续时间。术 语"热解段"是指至少一个热解反应器，以及任选包括用于引导一种或 更多种原料进入其中和/或一种或更多种产物从其中离开的装置。就反 应器而言,该术语"区域"意思是在反应器内的位置，例如在反应器内的 特定体积，在两个反应器之间的特定体积和/或在一个或更多个反应器 内的不同的分离体积的组合。"热解区"是进行热解的区域。热解区可 以包括，例如，一个或多个管路、通道、或流道(passages)。术语"管 路"指用于引导成分从一个位置到另一位置的装置。该术语包含(i)基本 引导装置,比如导管或管，以及(ii)复杂的装置是比如曲折通道穿过的引 导装置，例如装满无规则填料的导管、管、阀、和反应器。该术语" 流道"指几何学上接近的体积单元，其可以用于在反应器、再生器、 回热装置、再生床、整体料、蜂巢结构之内输送流体。该术语"通道 "意思是多个流道，其可以用于在反应器、再生器、回热装置、再生 床、整体料、蜂巢结构之内一起输送流体。例如，蜂巢结构整体可以 包含单一通道，该通道具有多个流道或流道组，例如每平方米的蜂巢 结构横截面有成百上千个流道。

术语"热量热解(thermal pyrolysis)"是指通过氧化剂与第一混合 物的烃和/或氢气进行放热反应来提供<50.0%的热解所用热量。术语" 热量热解反应器"是热解反应器，其中通过从反应器部件，例如与该 反应器相连的固体表面，例如管状或床材料的传热来提供≥50.0%的热 解所用热量；任选地，通过这种传热，提供≥80.0%或≥90.0%的热解所 用热量。任选地，放热反应(例如燃烧)在热量热解反应器内发生。

相对于将包含烃的热解原料，例如第一混合物的热解来说，术语" 高苛刻度(high severity)"是指热解操作条件导致原料中烃转化至乙炔 的转化率≥10.0wt.%，基于原料中烃的总重量。热量热解反应器的操 作条件的特征在于苛刻的阈值温度，其将热量热解反应器内低苛刻的 操作条件与热量热解反应器内高苛刻度的操作条件区分开。苛刻阈值 温度定义为最低温度，在该最低温度下反应器的原料可以在≤0.1秒的 停留时间下反应以制备至少10.0wt.%乙炔，作为在给定的工艺操作条 件下评价的混合物中烃的百分比。对于热量热解反应器来说，高苛刻 度的操作条件的特征可在于，大于苛刻阈值温度的峰值热解气体温度。 低苛刻热量热解反应器的特征可在于热解气体温度低于苛刻阈值温度 和没有热解温度超过苛刻阈值温度。例如，对于在14.7psig(101kPa) 的压力下和在2:1的分子氢与甲烷的摩尔比下甲烷原料的热转化来说， 对本方法来说,阈值温度为约1274℃。在等于或高于1274℃的温度下， 在≤0.1秒的某一时间下，乙炔的产率可超过原料烃的10.0wt.%。相反， 在低于1274℃的温度下，对于乙炔的产率达到甲烷10.0wt.%来说，不 存在≤0.1秒的时间。

术语“峰值热解气体温度”是指当本体热解物流气体穿过热解反应 器(例如裂解区或辐射区)时，它们所达到的最高温度。本领域的技术 人员会理解，直接接近于隔板的温度可能较高，以及在一些无限小 (infinitesimal)的层内，可能实际上接近固体的温度。然而，本文提到 的热解温度应当视为本体气体温度，它是可通过不与固体材料接触的 装置(例如热电偶)测量的温度。例如，若气体穿过热量热解反应器内 的管道，则本体气体温度可被视为在任何管状截面上的平均温度，以 及峰值热解气体温度被视为热解物流截面平均温度的最高值。

在实施方案中,第二混合物通过第一混合物热解产生,第一混合物 衍生于一种或多种源材料。该术语"源材料"指含烃的来源。含烃的 源材料的实例包括如下的一种或更多种：衍生自石油的烃；合成气(含 一氧化碳和氢气的混合物)；甲烷；含甲烷的料流，例如，煤床甲烷， 沼气，伴生气，天然气，及其混合物和组分；合成原油；页岩油；或 由植物或动物物质衍生的烃料流。合适的烃源材料包括在美国专利 No.7,943,808和7,544,852中公开的那些，在此将其全文引入作为参考。

混合物或源材料中，术语“氢含量”是指键合到碳上和/或共价键合 到其上杂原子的原子氢且不包括混合物(或源材料)内的分子氢(H₂)，以 基于混合物(或源材料)中烃的重量的wt%形式表达。任选地，一种或 多种混合物和/或源材料包括非挥发性物。术语“非挥发性物”是指标准 常压沸点≥570.0℃的分子及其混合物，例如耐高温的含氧物，耐高温 烃，金属，矿物等。可使用美国材料试验协会("ASTM")的方法，测 定这些非挥发性物的标准常压沸点(ASTM方法1078)以及用量与性能， 例如ASTM方法D-6560，D-7061，D-189，D-482，D-524,和D-2415。 能燃烧的非挥发性物称为“可燃非挥发性物”。术语非挥发性物包括例 如焦炭，灰分，煤烟，残渣，金属，矿物，灰分，灰分形成的沥青质， 焦油等，包括例如在氧化(例如燃烧或部分氧化)和/或热解之中或之后 形成的那些，包括可以在反应区内以残渣或沉积物形式残留的那些。 任选地，一种或更多种混合物和/或源材料包括C₃₊。术语"C₃₊"是指具 有至少三个碳原子的分子，包括例如焦炭和煤烟，无论这些产物从反 应器中出来还是残留在热解反应器内。术语“反应器流出物”是指引导 离开反应器的热解产物。反应器流出物包括C₂不饱和物，其中术语"C₂不饱和物"是指具有两个碳原子和两个或四个氢原子的烃。现在更详 细地公开第一，第二，第三，第四和第五混合物；以及相关产物与副 产物。

I.第一混合物

在实施方案中,第一混合物包含烃以及还任选包含分子氢和/或稀 释剂。烃种类不是关键的；例如，该烃甚至可以包含非挥发性的烃， 包括在热解反应器进口存在的温度、压力、以及组成条件下非气相的 那些。第一混合物的烃包括烷烃。该烷烃可以是、例如正构的和/或异 构的烷烃、包括其混合物。任选，第一混合物包含≥10.0wt.%烷烃， 基于第一混合物的重量，例如，≥25.0wt.%，比如≥50.0wt.%。

在实施方案中，该烃衍生于一个或多个源材料,如先前部分详细说 明的。第一混合物可以衍生于位于热解上游的源材料，但是这不是必 要的。例如，在一种实施方案中衍生自第一源材料的烃以及衍生自第 二源材料的氢气分别引导至该热解反应器，该烃以及氢气合并以紧邻 该热解反应器(例如在内部)制备第一混合物。任选，该烃具有(或该烃 衍生于一种或多种源物质，具有)，例如，氢含量6.0wt.%-25.0wt.%， 8.0wt.%-20.0wt.%(例如,非天然气)，或20.0wt.%-25.0wt.%(例如天然 气)。在特定的实施方案中，第一混合物的烃衍生于天然气(例如,合成 性和/或地质成因的含甲烷气体)。第一混合物可以包含,例如，改质天 然气(比如已经脱硫和/或脱水的天然气)。除甲烷之外，天然气一般包 括其它的烃(比如乙烷及其它烷烃)，一般基于重量总计大于或等于天 然气中甲烷的数量。任选，该天然气还包含稀释剂，例如,一种或多种 硫化氢，含氮或含氧物比如水，CO₂等，当稀释剂存在于第一混合物 时，其可以用作稀释剂来源。

任选地，第一混合物还包含稀释剂，例如,≥1.0wt.%稀释剂基于 第一混合物的重量。合适的稀释剂(其可以是稀释剂混合物)包括一种 或多种分子氢、诸如水之类的含氧物、氮气(N₂)、硫化氢、C₄₊硫醇、 胺、胺混合物、非烃非挥发性物(可燃或不可燃)包括耐火材料无机物 的在内，比如耐火含氧物材料、惰性气体(包括惰性气体混合物在内) 等。在实施方案中,第一混合物包含≤10.0wt.%稀释剂。当第一混合物 还包含分子氢稀释剂时，第一混合物可以具有的分子氢相对碳(第一混 合物未与氧原子结合的所有碳原子，例如可以通过核磁共振谱法测定 的)摩尔比范围为0.0-5.0,例如,0.1-4.0,比如1.0-3.0或1.0-2.0。任选，第一 混合物具有氢(第一混合物中所有氢原子，不管原子的或分子的形式) 相对碳(第一混合物中所有碳原子，不管原子的或分子的形式)原子比 范围为1.0-15.0，例如,范围为3.0-8.0。

在实施方案中,第一混合物包含的来自所有来源的不燃的非挥发 性物(例如灰分；ASTM D-189)的总量,≤2.0百万分之重量(ppmw)基于 第一混合物的重量,例如,≤1.0ppmw。任选地，第一混合物包含的来自 所有的来源的可燃非挥发性物的总量(例如焦油、沥青烯，ASTM D-6560)在第一混合物中≤5wt.%基于第一混合物中烃的重量；例如， ≤1.0wt.%，比如≤100.0ppmw或≤10.0ppmw，条件是存在可燃非挥发 性物未导致≥2.0ppmw(例如，≥1.0ppmw)基于第二混合物的重量。

在实施方案中，第一混合物具有下列性能的一种或多种：(i)至少 15.0wt.%分子氢在第一混合物中(基于第一混合物中分子氢总重量)是 衍生自第二混合物或其一种或多种产物的分子氢。在另一个实施方案 中,第一混合物包含≥50.0ppm硫，基于第一混合物的重量。

在实施方案中，第一混合物具有以下组成:(a)第一混合物包含 (i)≥10.0wt.%烃,例如,≥25.0wt.%烃以及(ii)≥1.0wt.%分子氢,例 如,≥15.0wt.%分子氢，该重量百分数基于第一混合物的重量，和/或(b) 第一混合物包含(i)≥0.10摩尔%烃,例如，其范围为0.10摩尔%-90.0摩 尔%以及(ii)≥0.01摩尔%分子氢,例如，其范围为0.01摩尔%-90.0摩 尔%，该摩尔百分数是每摩尔的第一混合物。

II.第二混合物

在实施方案中,第二混合物包含≥1.0wt.%不饱和物以及≥1.0wt.% 可燃非挥发性物，基于第二混合物的重量。任选，第二混合物还包含 氢气、甲烷、乙烷、或稀释剂中一种或多种，以及还任选包含苯、具 有≥3个碳原子的石蜡烃(异构、环构、和/或正构)等。

在实施方案中，≥90.0wt.%，例如,≥95.0wt.%，比如≥99.0wt.%第 二混合物的可燃非挥发性物保留在再生性、反向流热解反应器中，例 如,作为在第一和/或第二反应器通道中的沉积物，该重量百分数基于在 第二混合物中可燃非挥发性物的重量。在实施方案中，第二混合物具 有的C₃₊烃:C₂不饱和物的重量比≤约1.0,例如,≤约0.4。任选，第二混合 物具有可燃的、非挥发性物:烯烃重量比≤约1.0，例如,≤约0.4,比如≤约 0.1。

在实施方案中，在一个或多个改质/处理阶段中第三混合物衍生于 第二混合物，例如,通过从第二混合物分离氢气、甲烷和/或可燃非挥发 性物等的一种或多种。在另一个实施方案中，第三混合物包含、基本 组成为、或组成为第二混合物，例如，第二混合物的部分，其在再生 性、反向流热解反应器下游端呈气相。例如,可以从第二混合物分离出 包含乙炔的第三混合物。如果要求的话，该第三混合物的乙炔至少一 部分也可转变成乙烯，以及至少部分乙烯可以聚合，例如，制备聚乙 烯。

III.第四混合物

第四混合物包含第一和第二反应物。在实施方案中,第一反应物包 含燃料以及第二反应物包含氧化剂。该燃料以及氧化剂可以与公开在 美国专利US7,943,808中的那些相同。任选地，该燃料衍生于、包含、 基本组成为、或组成为氢气、CO、甲烷、诸如煤层甲烷、沼气、伴生 气、天然气之类的包含甲烷料流及其混合物或组分等中的一种或多种。 第一反应物的燃料组分与第二反应物的氧化剂组分放热反应提供至少 一部分用于热解的热量,例如，≥50%，比如≥75%，或≥95%热量用于 热解。另外的热量，必要时，可以通过燃烧器或炉，例如反应器以外、 但与之热量连通的炉提供至再生性、反向流热解反应器。第一以及第 二反应物混合物在再生性、反向流热解反应器内部以制备第四混合物， 然后，随着第四混合物横穿该热解反应器至少一部分，该燃料以及氧 化剂反应，例如通过氧化反应比如燃烧。第一反应物包含燃料、例如 分子氢、合成气(CO和H₂混合物)、或烃，比如≥10.0wt.%烃(包括其混 合物),或≥50.0wt.%烃，或≥90.0wt.%烃，基于第一反应物的总重量。 第二反应物包含氧化剂、例如分子氧。

在第二反应物中氧化剂的数量以及用以制备第四混合物的第一和 第二反应物相对数量可以根据使反应器系统中可燃非挥发性物氧化所 需的第二反应物中氧化剂的数量("X")以及基本上按化学计量氧化第 一反应物的燃料组分所需的数量("Y")确定。在实施方案中，在第四混 合物中氧化剂总量是Z(X+Y)，其中Z范围为0.8-10.0，例如，范围为 1.0-3.0，以及数量X和Y基于摩尔计。当Z>1.0,可以使用过量的氧化剂， 例如，用于在氧化步骤期间使反应温度适度如在美国专利US7,943,808 中公开的那样，和/或用于在该反应器系统内部输送热量。在某些实施 方案中，合乎需要的是氧化步骤的间隔期间总流量始终保持相对恒定 流量。在此情况下在间隔时间内流动的第一或第二反应物比例大约与 间隔的持续时间成比例(速率×时间=数量)。

通常在混合区中制备第四混合物，该混合区位于第一反应器的通 道的下游侧。第四混合物定义为第一反应物与第二反应物的组合。然 而，在这些料流合并的位置,所合并料流任选地包括氧化位于该第一反 应器的通道内的可燃非挥发性物而产生的物质。任选地，由于第一和 第二反应物合并，该合并料流还包含由第一以及第二反应物在一个或 多个第一反应器的通道中、或其上游位置反应产生的物质。通常，合 并的数量是少量的、如在美国专利US7,943,808中公开的那样。在第四 混合物中氧化剂的数量超出基本上氧化全部第四混合物的燃料组分所 需数量对于，例如，(i)氧化位于第一反应器通道下游侧的反应器系统 区域中可燃非挥发性物、(ii)在氧化第四混合物燃料组分期间使温度合 适、和/或(iii)在混合区下游侧反应器系统内部转移热量有好处。所要 求的过量氧数量可以通过增加在第二反应物中氧化剂相对量和/或通 过在第四混合物中增加第二反应物的相对量来提供。

任选，第四混合物还包含稀释剂,例如,≥1.0wt.%稀释剂，基于第 四混合物的重量。合适的稀释剂(其可以是稀释剂混合物)包括，例如， 含氧化合物(水、二氧化碳等)、不燃物质、比如分子氮(N₂)、以及燃料 杂质、比如硫化氢中的一种或多种。在实施方案中，该第四混合物包 含≤96.0wt.%稀释剂,例如,50.0wt.%-95.0wt.%稀释剂，基于第四混合 物的重量。在实施方案中，提供稀释剂至第四混合物作为第二反应物 的组分。例如,第二反应物可以包含60.0摩尔%-95.0摩尔%稀释剂以及 5.0摩尔%-30.0摩尔%氧化剂每摩尔的第二反应物，比如当第二反应物 是空气时。任选地，第二反应物具有的稀释剂相对氧化剂质量比为 0.5-20.0,例如，4.0-12.0。第二反应物(以及第四混合物)另外包含稀释 剂对于，例如，(i)在氧化第四混合物燃料组分期间使温度合适和/或在 该反应器系统内部转移热量有好处。

在实施方案中，第一反应物包含≥90.0wt.%分子氢，基于第一反 应物重量，以及第二反应物包含≥90.0wt.%空气，基于第二反应物重 量。如果第二反应物包含≥90.0wt.%空气，基于第二反应物重量,则由 这些产生的第四混合物可以包含,例如,≥1.0wt.%分子氧，例如,5.0 wt.%-25.0wt.%，比如7.0wt.%-15.0wt.%；≥0.1wt.%燃料,例如,0.2 wt.%-5.0wt.%，，该重量百分数基于第四混合物的重量，第四混合物 的余量是分子氮稀释剂，例如,≥50.0wt.%稀释剂,比如60.0wt.%-94.50 wt.%稀释剂，基于第四混合物的重量。

IV.第五混合物

第五混合物包含(i)衍生自第四混合物的燃料以及氧化剂互相的放 热反应以及与在该反应器内部的可燃非挥发性物的放热反应的产物， 任选(ii)稀释剂，如果第四混合物中存在稀释剂的话，和/或(iii)未反应 的燃料以及氧化剂。当燃料与氧化剂的放热反应包括烃燃烧时，或当 第四混合物中存在稀释剂时(比如N₂或H₂S),第五混合物可以包含二氧 化碳，以及还可以包含硫氧化物，氮氧化物等。

以下更详细公开连续或半连续的方法用于在再生性反向流反应器 系统中(a)由第一混合物产生第二混合物以及(b)由第四混合物产生第 五混合物。尽管该方法根据特定的具有第一和第二反应器的再生性反 向流热解反应器公开，但本发明不限于此，以及本说明书不是要排除 其它本发明更广泛范围内的实施方案。

V.再生性、反向流反应器中操作

本发明的一种实施方案如在图1以及2中图解。此实施方案涉及烃 转化系统以及方法，包含在热解条件下热解包含烃的第一混合物以制 备第二混合物，第二混合物包含不饱和烃以及可燃非挥发性物。例如, 当第一混合物包含甲烷时，该热解条件可以包括,例如,第一混合物暴露 于温度≥1.20×10³℃，例如,≥1.40×10³℃,总压≥0.1巴(绝对压力)。该热解 在热解段206中至少一个再生性、反向流热解反应器的第一区域2064 中实施。由第一混合物产生第二混合物的方法通常是吸热的，以及可 以例如在低或高强度热解条件下实施。该方法还包含使至少一部分第 二反应物与一种或多种(i)第一反应物或(ii)在该氧化步骤期间可以存 在于206段的可燃非挥发性物在第二区域2063中进行放热反应，(i)和/ 或(ii)产物包含可以引导离开的第五混合物。

特定的实施方案显示于图3，用增压器206B替代分配器D3。在图3 实施方案中,放热反应区域2063可以位于,例如，在紧邻第一反应器7下 游端11的第一位置和紧邻第二反应器1下游端3的第二位置之间；"下游 "在这种情况下是相对第四混合物平均流动而言的。热解区域2064可以 位于，例如，在紧邻第二反应器1上游端3第一位置和紧邻第二反应器 第一反应器7下游端9第二位置之间，"上游"以及"下游"现是相对第一 混合物平均流动而言。应该理解本发明可以实施而无需准确地限定 (a)2063以及2064区域边界。虽然区域2063(放热反应区域)至少是部分 地随着热解区域2064是共同延伸的，但是区域2063上游端("上游"相对 第四混合物平均流动而言)通常紧邻至该位置，在该位置显著量的第一 以及第二反应物合并以产生放热反应。区域2063下游端(相对第一混合 物平均流动而言)通常紧邻第二反应器1下游端，如图3所示，尽管这些 不是必要的，以及在至少一种实施方案中区域2063下游端位于较远的 下游、例如在管路2066中。

第二反应物与(i)第一反应物和/或(ii)在该氧化步骤期间位于段206 的可燃非挥发性物放热反应可以提供，例如，≥50.0%的在第一区域中 由第一混合物产生第二混合物所用热量。例如,在一种实施方案中第四 混合物的燃料以及氧化剂组分放热反应提供≥50.0%的在第一区域中 由第一混合物产生第二混合物所用热量。第一以及第二区域可以至少 是部分地是共同延伸的,例如，以及第四混合物的燃料以及氧化剂放热 反应可以在基本上不同于热解的时间实施。现在本发明公开在特定的 再生性的、反向流热解反应器中第一混合物高温热解以产生包含C₂不 饱和物以及可燃非挥发性物的第二混合物。本发明不局限于此实施方 案，以及本说明书不是要排除其它本发明更广泛范围内的实施方案。 例如,用于通过蒸汽裂解和/或烷烃(例如丙烷)脱氢产生不饱和烃的实 施方案。

第一混合物可以衍生于一种或多种源材料200，例如天然气、石油 等，如部分I所公开那样。任选地，一种或多种源在任选制备段204中 改质以产生第一混合物。当不使用制备段204时，第一混合物可以包含 (或基本组成为、或甚至是组成为)直接从源材料200获得烃，比如天然 气,例如,没有插入的工艺步骤。在任选的制备段204之后，第一混合物 引导至热解段206，其中它暴露于温度≥1.20x10³℃在高温热解条件下， 例如，高-苛刻的、高温热解条件，以转化至少一部分第一混合物至第 二混合物，第二混合物包含≥1.0wt.%不饱和物以及≥1.0wt.%可燃非 挥发性物质，基于第二混合物的重量。第二混合物第一部分，例如, 包含不饱和物、氢气、和饱和烃的气相部分，从热解段引导离开至任 选改质段208用于例如第一分离部分的分离。第二混合物的第二部分 (包含可燃非挥发性物质)保持在段206中，例如,作为热解反应器中的沉 积物。第一部分：第二部分重量比为≥1.0,例如,2-1000，比如3-100。

第四混合物包含第一和第二反应物，如部分III说明的。第一反应 物可以衍生自至少一种源材料300，例如,天然气、石油、其它的烃等， 包括其级分、产物、或副产品在内。第二反应物可以包含，例如氧气 等，以及可以衍生,自，例如，源材料301，比如空气。任选，源材料 300以及301在制备段302以及303中改质，如所示，以制备第一以及第 二反应物。经由管路305引导第一反应物至206段，经由管路3051引导 第二反应物。302以及303段，如果使用,则可以通过分离、转化、加入 再循环的部分第二和/或第五混合物("EGR")等中一种或多种方式制 备第一以及第二反应物，如在美国专利US7,943,808中公开的。

该方法包含氧化以及热解步骤，其在具有至少一个再生性、反向 流热解反应器的热解段206中实施。在图2以及图3中示意性举例说明典 型的反应器系统。该反应器相似,区别是在图2中分配器D3的作用由图3 中的增压器206B完成。反应器7端视图显示在图2A以及3A中,用阴影区 域表示分配器D1以及D2近似位置，其用以将反应物导入多用途通道之 内。在两种情况中,该反应器系统包含至少一个第一反应器7和至少一 个第二反应器1。第一反应器7包含第一多用途通道14，第二多用途通 道15，以及第二反应物通道16。通道14包含流道组，在图中标示为参 考号14。同样，通道15包含流道组，标示为参考号15以及通道16由流 道组识别，标示为参考号16。第二反应器1包含至少一个流道。第一以 及第二反应器通道可以各自包含一个或多个流道,例如,一组流道。在此 实施方案中，该再生性反向流热解反应器是(i)"反向流"意义在于相对 第一混合物平均流动而言的该反应器上游区域相对第四混合物平均流 动而言是下游区域以及(ii)"再生性"意义是在第一混合物转化期间所 消耗的至少一部分该热量通过第四混合物放热反应提供。

热解步骤

热解步骤期间，阀门V1-V4以及V7-V8关闭。阀门V5以及V6打开。 经由至少一个管路2046引导第一混合物至再生性反向流热解反应器的 第一区域(热解区域)2064。经由至少一个管路2065将第一混合物热解 衍生的第二混合物引导离开区域2064。该反应器任选包括用于将第一 混合物由管路2046导入第二反应器1通路的装置,例如,增压器206A以 及装置(比如增压器206B)将第二混合物至少一部分，例如在气相中部 分导引至管路2065。

在例证性的实施方案中,区域2063以及2064至少是部分共同延伸 的,如图1所示。区域2063至少包含第二反应器。区域2064包含第一和 第二反应器中每个的至少一部分。在氧化步骤第一以及第二间隔时间 期间在第四混合物放热反应期间在区域2063中产生的至少一部分热量 用来供给至少一部分在区域2064中用于吸热的热解步骤所使用的热 量。任选，主要数量的(例如,>50%)热量提取发生在区域2064与区域 2063共同延伸的部分。

在实施方案中，该热解是高苛刻度热解以及该第二混合物包含乙 炔，其可以转化至，例如，乙烯。例如,在任选的改质段208中第三混 合物可以衍生于至少一部分第二混合物，经由至少一个管路2086将第 三混合物引导至转化段210，用于转化至少一部分第三混合物的乙炔至 第一产物，该第一产物包含，例如乙烯、乙二醇、乙酸、丙烯酸、苯、 甲苯、或二甲苯、苯乙烯、或丁二烯中的一种或多种。聚合至少一部 分第一产物、例如制备聚乙烯在本发明的范围之内。

在一种实施方案中，208段包括改质装置,例如，用于从第二混合 物除去一种或多种烃(比如饱和烃和/或包含一个或多个杂原子的那 些)，稀释剂,非挥发性物，以及氢气等的装置。例如，208段可以包括 一种或多种焦油和/或固体颗粒脱除装置、压缩装置、吸附装置、蒸馏 装置、洗涤装置、或干燥装置。尽管208段可以包含常规处理，例如， 常规的分离装置,比如美国专利US7,943,808公开的那些,但本发明不限 于此。可以使用分离装置，例如,用于从第二混合物除去一种或多种可 冷凝的物质(例如可冷凝的烃)；轻气体(例如，氢气、如甲烷之类的轻 饱和烃、二氧化碳、硫化氢等中的一种或多种)；或水。

208段可以包括，例如冷却装置以及然后压缩从206段引导离开的 第二混合物。例如,在实施方案中，其中206段出口压力<210段转化器 的入口压力,208段可以包括，例如压缩衍生出第三混合物的第二混合 物的至少部分以达到所要求的210段入口压力。如果第二混合物包含酸 性气体(例如，CO₂和/或H₂S),这些可以除去，例如,在压缩的下游侧-- 合乎需要的位置，由于在压缩期间该气体容积已经显著减小。适合于 除去酸性气体常规方法，例如苛性碱处理，但本发明不限制于此。与 第二混合物分离的酸性气体可以被引导离开，例如，存储或进一步处 理，比如在Claus工厂中。

在实施方案中，208改质段中与不饱和物分离的氢气、饱和烃、稀 释剂等任一的至少一部分，通过例如上述分离物质与第一混合物的源 材料的一种或多种合并，而在例如制备段204中再循环。以下更详细公 开该热解。

尽管但本发明不限于此,但常规的热解反应器适宜应用在206段 中。合适的反应器包括,例如,如公开号为US2007/0191664的美国专利申 请公开的再生性反向流反应器以及热量热解反应器，其公开于美国专 利US7,491,250；申请号为61/349,464的美国专利申请；公开号为 US2007/0144940和US2008/0142409的美国专利申请，所有按它们的整 体引入本说明书作为参考。在实施方案中，该热量热解在高-苛刻热量 热解条件下实施,例如，通过将第一混合物暴露于温度范围约 1.40×10³℃至约2.30×10³℃,例如，范围为约1.45×10³℃至约1.80×10³℃。 任选，≥25.0wt.%(比如≥50.0wt.%或≥75.0wt.%)第一混合物达到峰值 热解气体温度≥1.40×10³℃,例如,范围为约1.50×10³℃至约1.675×10³℃， 基于第一混合物的重量。

尽管该方法是实用的以及可以在许多热解条件下操作,但是例如， 温度、压力、停留时间、苛刻度等，条件通常被选择以增加在第二混 合物中C₂不饱和的相对量，例如,使乙炔相对可燃非挥发性物的重量增 加比。相对长停留时间可以导致进料分子过度裂解，导致在第二混合 物中不合需要的甲烷和/或可燃非挥发性物的数量增多。在实施方案中, 停留时间≤约0.3秒，例如,≤0.05秒。在实施方案中，该热解是高度苛 刻的热量热解以及该停留时间≤0.05秒，比如≤0.02秒。停留时间可进 行选择，例如,用于优化在热解条件下不饱和物的产率。这可以通过在 基本恒定热量热解条件下在多个停留时间下测量在第二混合物中不饱 和物的数量来完成。可以使用测定值的常规的内插法和外推法近似化 最优化停留时间。还可以使用第二混合物组分作为热解条件以及停留 时间的函数的热解反应模拟实验、包括常规的热解反应模拟实验来估 算该最优化停留时间。

在实施方案中，该热解实施持续时间(t₁)足以使≥50.0wt.%，例 如,≥75.0wt.%，比如≥90.0wt.%第一混合物(基于第一混合物的重量) 曝露于热解条件下的停留时间≤约0.3秒，例如,≤0.05秒。在实施方案 中,t₁是≤10.0秒，例如,≤5.0秒，比如≤1.0秒。任选地，t₁范围为0.1秒至 100.0秒，例如，1-30秒。

氧化步骤

在氧化步骤的第一间隔期间，阀V8，V7，V2以及V4打开。阀V1， V3，V5，以及V6关闭。由至少一个管路305引导第一反应物并且到达 至少一个第一分配器(D1)，其中D1将燃料流导入在第一反应器7内的 通道14之内。经由至少一个管路3051引导第二反应物的第一部分并且 到达至少一第二分配器(D2)，其中D2将第二反应物第一部分液流导至 第一反应器7内的通道15。从管路3051将第二反应物的第二部分引导至 第一反应器，任选经由第三分配器D3(如图2所示)，其将第二部分液流 导入第一反应器内的通道16之内。第一反应物、第二反应物的第一部 分、和第二反应物的第二部分通常在区域13中合并以在接近于第一反 应器7下游端制备第四混合物(用于放热反应)，这使得在此实施方案中 确定了放热反应区域2063上游端。就本说明书氧化步骤而言，根据第 四混合物及其组分以及产物平均流动确定上流和下游。在第一间隔期 间经由通道15以及16以及第二反应器中通道引导的氧化剂在热解步骤 前期间与在其中沉积的可燃非挥发性物反应，由此减少积聚的可燃非 挥发性物的数量。第五混合物由增压器206A导引至至少一个管路 (2066)，以及从再生性、反向流热解反应器引导离开，第五混合物包 含至少一部分第四混合物燃料与氧化剂的反应产生的成分、在206段中 可燃非挥发性物氧化产生的成分，还任选第四混合物反应中任何未消 耗的至少一部分。

在氧化步骤的第二间隔期间，阀V2，V4，V5，以及V6关闭。阀 V7，V8，V1，以及V3打开。由至少一个管路305引导第一反应物至任 选第二分配器D2，其中D2现将第一反应物液流导入第一反应器7内的 通道15之内。经由至少一个管路3051引导第二反应物的第一部分至第 一分配器D1，其中D1现将第一部分液流导至第一反应器7内的通道14 之内。从管路3051将第二反应物的第二部分引导至第一反应器,任选经 由第三分配器D3(或增压器206B如附图3所示)其将第二部分液流导入 第一反应器内的通道16之内。如在第一间隔中，第一反应物、第二反 应物的第一部分、和第二反应物的第二部分通常在区域13中合并以在 接近于第一反应器7下游端制备第四混合物。在相同的第一间隔中第五 混合物被引导离开。经由通道14以及16(以及经由第二反应器的通道) 引导的氧化剂在第二间隔期间在热解步骤前期间与在其中沉积的可燃 非挥发性物反应，由此减少积聚的可燃非挥发性物的数量。

在实施方案中，在第一和第二反应器的通道(例如通道14,15，以 及16)中≥50.0wt.%，例如,≥75.0wt.%，比如≥95.0wt.%可燃非挥发性 物在该氧化步骤期间被除去,重量百分数基于在第二间隔开始时在通 道中积聚可燃非挥发性物重量。

在氧化步骤全部间隔期间，合乎需要的是贯穿第一反应器内包括 的流道长度(从燃料/氧化剂进口到混合器出口,例如，在图3中从平面9 到平面11)具有相当的压力降(ΔP)。相当的ΔP在各个流道中提供压力类 似邻近流道压力,因而限制在达到混合器端11之前燃料和氧化剂混合 的驱动力。限制燃料/空气在区域13上游混合导致出现在混合器区域13 的氧化的数量增多，这增加了该反应器系统的选择率以及能效。因此, 在一种实施方案中，在氧化步骤特定的间隔期间构成通道14、15、和 16的流道的相对数量设定为使在第一反应器中贯穿各流道长度的ΔP 实现近似相等。例如，在第一间隔期间，第一反应物由第一多用途通 道14输送以及第二反应物由第二多用途通道15以及第二反应物通道16 联合输送。选择(i)构成第一多用途通道的流道数目相对于(ii)构成第二 多用途通道以及该第二反应物通道的流道数目的比率以使ΔP对于全 部通道来说是基本上相同的。

可以使用常规方法测定ΔP以及设计具有基本上相等ΔP的通道的 反应器,使用，例如，参数，比如通道尺寸、气体粘度、气体速度等。 可以使用常规方法测定输送燃料以及氧化剂的流道的比例以获得相似 ΔP，使用，例如，燃料以及氧化剂的相对流量。当流道全部是相等尺 寸的(如在蜂巢结构整体中)时，在各个间隔之中各个通道内的流道相 对数量最容易理解。然而，本发明不局限于上述的几何形状，以及可 以应用其它的结构或产生恒定或可变通道尺寸的任意填料。

在许多实际的实施方案中，用于输送燃料的第一反应器的流道比 例比输送氧化剂的流道比例少得多。例如，甲烷燃料与空气氧化剂化 学计量反应中大约10摩尔的甲烷与大约100摩尔的空气反应。在实施方 案中(i)具有相似尺寸的全部流道以及(ii)该燃料以及空气具有基本上 相似气体性能(例如粘度)，大约10/110(或约9%)第一反应器的流道用 来在相当的的ΔP下输送燃料，而那些输送空气。在其它的实施方案中， 燃料流道：空气流道的比例(数目上)为<0.09。例如,在实施方案中燃料 包含≥90.0wt.%甲烷基于燃料重量,燃料流道在相当的的ΔP下可以相 对空气流道输送更多摩尔的燃料因为甲烷比空气粘度低。其它的实施 方案，例如，其中如果通过添加稀释剂或选择用过量的氧化剂操作来 提高氧化剂输送料流流速，则在氧化步骤期间实施进一步增加输送氧 化剂流道的比例。其它的实施方案，例如，其中如果通过添加稀释剂 或选择用过量的燃料操作来提高输送燃料料流流速，则在氧化步骤期 间实施进一步增加输送燃料流道的比例。在实施方案中，该氧化步骤 持续实施一段时间(t₂)足以使第二反应器从氧化反应提取足够热量以 完成热解步骤。t₂数值取决于因素、比如在206段中使用的反应器的几 何形状、反应器的传热特性以及制造反应器的材料、和该热解步骤所 需要的热量。通常，该氧化步骤持续实施时间大于或等于足以加热该 热解区域2063的时间，加热该热解区域2063的时间使≥50.0wt%第一 混合物，例如,≥75.0wt%，比如≥90.0wt.%暴露于温度，该温度足以 热量热解第一混合物以制备所需要的第二混合物；该重量百分数基于 第一混合物的重量。在实施方案中，t₂≤10.0秒，例如,≤5.0秒，比如≤1.0 秒。任选地，t₂范围为0.1秒至100.0秒，例如，范围为1.0至30.0秒。

通常，选择氧化步骤的第一间隔持续时间使时间足以除去≥50.0 wt.%，例如,≥75.0wt.%，比如≥90.0wt.%，经由前述的一系列热解步 骤而积聚在通道15中的可燃非挥发性物。该重量百分数基于经由一系 列前述热解步骤而积聚在通道15中的可燃非挥发性物总重量。同样， 选择第二间隔持续时间使时间足以除去≥50.0wt.%，例如,≥75.0wt.%， 比如≥90.0wt.%，经由一系列前述热解步骤而积聚在通道14中的可燃 非挥发性物。该重量百分数基于经由一系列前述热解步骤而积聚在通 道14中的可燃非挥发性物总重量。该氧化步骤可以仅包含第一以及第 二间隔、但是本发明不限于此。在实施方案中,第一间隔和第二间隔是 依次重复,相继地、没有插入热解步骤，达到该氧化步骤所要求的持续 时间。当第二混合物包含沉积在第一反应器通道中的大量可燃非挥发 性物质时，上述实施方案可以是有益的。在第一反应器包含两个多用 途通道的实施方案中,第一间隔的持续时间t_2a与第二间隔的持续时间 t_2b基本上相等。该术语"基本上相等"在这里意思是t_2b在t_2a的+/-20%、 例如+/-10%之内。如果其中氧化步骤包含多个第一间隔和至少一个第 二间隔，则Σt_2a:Σt_2b可以是基本上相等；其中Σt_2a表示在单一氧化步骤 中所有第一间隔的持续时间的总和以及Σt_2b表示在单一氧化步骤中所 有第二间隔的持续时间的总和。该单一氧化步骤持续时间t₂通常是 ≥Σt_2a+Σt_2b。例如,如果从第一到第二间隔阀v1-v4开关中基本无停滞时 间，以及如果在第一以及第二间隔之间不使用吹扫流体(例如吹扫 气),t₂基本上等于Σt_2a+Σt_2b。当Σt_2a+Σt_2b小于第二反应器从氧化反应提 取足够热量以完成热解步骤所需要的时间量,则第四混合物氧化可以 继续(例如，如另外的第一和/或第二间隔)直到该反应器提取足够热量。 换言之，该氧化步骤可以延长而超过减少沉积在热解反应器中的可燃 非挥发性沉积物的数量所需要的持续时间，例如，当需要另外的时间 加热该反应器用于热解步骤时。就其它实施方案而言,例如，第一反应 器包含>2个多用途通道,可以应用以下原则确定时间间隔:(i)在该氧化 步骤中全部间隔时间内流过各个多用途通道反应物的数量应该基本上 相等以及(ii)总量时间(在氧化步骤中全部时间间隔)使流入各个多用途 通道的第二反应物应该足以除去≥90.0wt.%在该氧化步骤开始时存在 于该反应器多用途通道的可燃非挥发性物。在其它的实施方案中,例如, 那些第一反应器具有多用途通道(例如图5实施方案),持续时间t_2b通常 是除去≥90.0wt.%的在第二间隔开始存在于该反应器多用途通道的可 燃非挥发性物所需要时间的+/-20%、例如+/-10%之内。

在引导至少一部分第五混合物离开区域2063以后，第一混合物再 一次引导至区域2064，以及该方法按顺序重复--第四混合物的该燃料 与氧化剂放热反应以加热反应器和然后应用至少一部分热量用于热解 第一混合物。该氧化步骤的第一以及第二间隔可以依次、相继、或交 替运行，该氧化步骤第一间隔可以继之以该热解步骤、该热解步骤然 后继之以该氧化步骤的第二间隔。

该方法可以顺序运行，例如连续、半连续、或甚至是间歇模式。 在实施方案中,206段包含多个热解反应器操作，例如,串联、并联、或 其组合，至少一个热解反应器具有(i)热解步骤以及(ii)氧化步骤，其具 有所述的第一和第二间隔。当206段包含多个热解反应器时，在各反应 器中氧化步骤以及热解步骤工序可以不同相，例如提供来自该方法的 第二混合物连续流。例如，在一种实施方案中206段可以包含并联操作 的两个反应器系统R1以及R2。在此实施方案中，第二混合物可以由 R1进行热解步骤获得而R2在第一周期中进行氧化步骤，以及然后在第 二周期中,第二混合物可以由R2进行热解步骤获得而R1进行氧化步 骤。

尽管该方法根据应用阀门装置实施方案公开，例如，机械阀门比 如提升阀、球阀、闸阀等，用于将第一反应物(经由管路305)以及第二 反应物(经由管路3051)的液流在氧化步骤的第一以及第二间隔时间期 间导入第一反应器7的适当通道之中，但本发明不限制于此，以及本说 明书不是要排除其它本发明更广泛范围内的实施方案。例如，在另一 个实施方案中,反应器系统206包括一个或多个活动的(例如旋转或变 换)节气阀或分布器处于静止第一反应器7上游(相对节气阀或分布器 旋转而言)。在该氧化步骤期间，上述的节气阀和/或分布器将第一和 第二反应物连续流导入与动节气阀或分布器连接的反应器的流道。该 分布器动作导致在分布器和流道之间接近度改变。例如，与管路305 相连分布器将第一反应物导入紧邻该分布器的流道。随着该分布器离 开流道，流道不再紧邻该分布器，以及可以经由增压室206B接收第二 反应物流。在此实施方案中，该多用途通道由在氧化步骤期间任何时 候紧邻移动分布器的全部反应器流道组成。第二反应物流道是在氧化 步骤期间任何时候未紧邻移动分布器的那些流道。

再一个实施方案中,一般静节气阀和/或分布器可被用于与移动(例 如旋转)反应器7组合(例如，几何体，其具有(i)旋转反应器 或(ii)具有动节气阀固定式反应器)。例如，反应器7可以是细长的圆柱 形状，具有例如圆截面，具有与反应器圆柱对称轴平行的转动轴。在 该氧化步骤期间，分布器相对于反应器运动与反应器相对于分布器运 动具有相同影响；也就是说，它在分布器以及流道之间产生接近度恒 量改变，产生一组多用途通路。任选地，该旋转反应器系统206进一步 地包含另外的流量控制装置，例如，另外的节气阀，其可以用于(i)将 第一和/或第二混合物流导入第一反应器7的通道以及(ii)用于向管路 2065导入至少一部分第二混合物，第一和第二混合物平均流动相对第 四混合物平均流动方向是反向流的。任选地，第一7以及第二1反应器 具有圆柱对称公共轴线，第二反应器绕上述轴线旋转，与第一反应器 旋转和/或该流量控制装置同步。旋转反应器的一个益处是该旋转反应 器和/或节气阀可以操作使得在206段内部同时连续地进行(i)该热解步 骤以及(ii)氧化步骤第一以及第二间隔的操作,使第一和第二混合物平 均流动相对第四以及第五混合物平均流动是反向流。马达意装置可用 于驱动在此实施方案中使用的转动。上述的马达装置可以是(a)在206 段以外，例如，如电动机以及相联的转动能联动机件的情况，或(b) 部分地由206段流体动力得到。当第一反应器移动时(例如旋转)使用的 反应器与使用的固定和/或活动的流量控制装置结合以将第一和第二 反应物流导入第一反应器通道之中，在反应器流道以及通道之间关系 从氧化步骤间隔时间-到-间隔时间而改变。换言之，在氧化步骤间隔 时间期间第一和第二反应物排序取决于(i)流量控制装置以及(ii)该反 应器的流道的相对运动。在上述的实施方案中，该移动反应器包含至 少一个多用途通道，该多用途通道包含流道或流道组，在至少一个氧 化步骤第一间隔期间由第一反应物给料以及在至少一个氧化步骤第二 间隔期间由第二反应物给料，第二间隔发生于第一间隔前后。该反应 器可以，例如，还包含第二反应物通道，包含一组流道，这些流道在 氧化步骤任何间隔期间不输送第一反应物。

当阀门装置用以引导第一、第二、第四、以及第五混合物的流动 时，至少一些阀门装置可以是流体动力阀装置。例如，在图4以及图5 中图解的实施方案中,阀门V1以及V2作用通过反应器分配器设计的流 体力学实施，以及单一阀门V8控制全部第二反应物(第一和第二部分) 流动。在上述的实施方案中，可以配置分配器D1用于(i)当第一反应物 流出D1(在第一间隔期间)时，引导第一反应物流动到通道14以及(ii)当 第一反应物流未从D1出来(在第二间隔期间)时，引导在D1周围第二反 应物第一部分经由流动路径20朝向通道14流动，由于流体动力存在于 该反应器以及D1中。第二反应物的第二部分在第一以及第二间隔期间 从分配器D3(或可替换为经由增压室206B)向通道16流动。当第一反应 器7包含如以下更详细公开的与烃的高温热量热解有关的部分时，应用 流体动力阀是有益的。所用流体动力阀、反应器部分等不局限于应用 烃高温热量热解的实施方案。

任选，该方法进一步包括一种或多种下列部分：处理/改质段308， 用于管路2066下游侧处理和/或改质第五混合物；一个或多个管路用于 向第四混合物燃料源材料300添加；一种或多种分子氢和/或轻饱和烃， 比如甲烷3001或稀释剂，比如含氧物3002；用于向第四混合物的氧化 剂源材料301添加另外的或追加的氧化剂3003或稀释剂3004的管路；一 个或多个管路，用于向第一源材料添加一种或多种分子氢2043、烃、 例如轻饱和烃、比如甲烷2044、或诸如含氧物2045之类的稀释剂；一 个或多个管路，用于引导含杂原子物质比如硫化氢或非挥发性物2041 离开；一个或多个管路，用于引导改质段308的第一副产品离开，第一 副产品包括至少一种非氧化的烃3081和/或稀释剂比如含氧物3082；管 路3083，用于引导含杂原子物质比如NOx，SOx，CO₂，N₂,硫酸等等, 离开改质段308；一个或多个管路用于引导第二副产品远离208段、该 第二副产品包括例如一种或多种分子氢2082或轻饱和烃2083；一个或 多个管路，用于引导非挥发性物2084离开和/或含杂原子物质比如硫化 氢2085离开改质段208；或一个或多个管路(未显示)，用于向第二混合 物加入(i)氢气；(ii)甲烷、乙烷、和/或其它的轻饱和烃；或(iii)乙烯中 的一种或多种。

以下更详细公开在图4中示意性显示参考该反应器系统的一种该 方法的实施方案。在此实施方案中,氧化步骤第一间隔、氧化步骤第二 间隔、以及该热解步骤依次连续地操作。本说明书不是要排除其它本 发明更广泛范围内的实施方案，比如，例如(i)应用超过一个热解反应 器的那些，(ii)在氧化步骤第一以及第二间隔之间具有热解步骤、无论 依次还是以另外方式具有另外的氧化间隔的那些或(iii)不是连续地操 作的那些。

VI.应用流体动力阀门的连续方法

在一种实施方案中,本发明涉及连续方法用于在热量热解条件下 在再生性的、反向流热解反应器中热解区域中通过将第一混合物暴露 于温度≥1.20x10³℃将包含烃的第一混合物转化至第二混合物，第二混 合物包含≥1.0wt%的C₂不饱和物以及≥1.0wt.%可燃非挥发性物(基于 第二混合物的重量)。通过将包含第一和第二反应物的第四混合物提供 至再生性反向流热量热解反应器氧化区域，以及氧化第一反应物的燃 料组分来提供至少一部分热解使用的热量。第一和第二反应物的相对 数量；第一反应物中燃料的类型以及数量；在该氧化步骤期间存在于 206段的可燃非挥发性物类型、位置、以及数量；以及在第二反应物中 氧化剂的类型以及数量选择以致在该氧化步骤期间获得的(放热)反应 热充分加热热解区域，特别是热解区域的部分与氧化区域共同延伸、 用于第一混合物暴露于温度≥1.20x10³℃，例如,≥1.40x10³℃，以及减少 积聚的可燃非挥发性物。在此实施方案中,该氧化步骤包含第一和第二 间隔，第一以及第二间隔没有干涉热解步骤。

在此实施方案中，热解段206如在图4中示意性举例说明的那样使 用流体动力阀和至少一种再生性-反向流热量热解反应器系统。206段 包含两个反应器：第一(回热装置/骤冷)反应器7以及第二(热解/重整) 反应器1，第一反应器7包含(i)多用途通道14以及(ii)第二反应物通道 16，其用于在第一以及第二间隔期间引导一部分第二反应物。

第一以及第二反应器包含再生床,该再生床包含床或填料，比如一 种或多种的玻璃或瓷珠或球形；金属珠粒或球；(i)陶瓷，包括例如氧 化铝、二氧化硅、氧化钇、氧化锆等、及其混合物；或(ii)金属蜂巢结 构材料；陶瓷管；挤出整体料催化剂等。选择该再生床包含材料以保 持完整性、功能性，并且经得起长期暴露于温度≥700℃，例如,≥1200℃， 比如≥1500℃，乃至≥2000℃用于操作容许极限。第一以及第二反应器 可以是例如与美国专利US7,943,808公开的相同的那些。再生性床的形 状不局限于任何特定的几何形状。例如,第一以及第二反应器可以加 长，并且可以具有椭圆的、圆柱体的、和/或矩形的横截面，包括其组 合在内。该反应器可以具有相同形状以及尺寸，但是这不是必要的。 例如，第一反应器可以是蜂巢结构整体料，基本上具有圆柱体横截面。 第一反应器的通道各自包含多个流道，该流道包含基本上并联的、基 本上独立的流动路径在再生性介质内部、例如在蜂巢结构内部。该通 路可以各自具有相同尺寸、形状、以及ΔP，举例来说。如在图5中参 考号14标示的，通道14包含流道组，其入口与分配器D1连接(例如紧邻 至)。如在图5参考号16标示的，通道16包含流道组，其入口与分配器 D3连接(例如紧邻至)。图4比例不允许完全表示通路以及分配器关系。 然而，通道14一般包含紧邻该分配器D1的流道,而通道16一般包含全部 的其它的可达到的增压器206B,的通道，如图4A所示具有圆柱几何体 的分布器。

在实施方案中,将≥50.0wt.%，例如,≥75.0wt.%，比如≥90.0wt.% 第二反应物在氧化步骤间隔期间经通道16以及该通道14以及在第二间 隔期间经通道14和16引导进入区域2063，重量百分数基于第二反应物 总重量。任选地，第一反应器7还包含供给附加燃料至区域2063的装置, 例如,经过在第一反应器7以外的第一反应物管路(未显示)和/或在第一 反应器7之内的第一反应物通道(未显示)。任选地，上述装置仅用于向 区域2063引导补充燃料(如举例来说第一反应物)。本发明适合上述第 一反应物通道的这一应用，并且任选在热解步骤期间用于引导第一和/ 或第二混合物离开区域2064，尽管不要求这么做。例如，可燃非挥发 性物在上述第一反应物通道中由于沉积物而积聚，沉积物形成是由于 (i)热解步骤或(ii)氧化步骤就燃料而言倾向于形成沉积物比如焦炭。第 一反应物通道中的上述沉积物在氧化步骤期间不减少，因为第二反应 物通常从第一反应物通道排出。在实施方案中,≥50.0wt.%，例如,≥75.0 wt.%，比如≥90.0wt.%的第一反应物在氧化步骤间隔期间经通道14被 引导至区域2063,重量百分数基于第一反应物总重量。

任选地，在第一以及第二反应器之间使用一种或多种混合器装置 以改善该氧化反应。就206段包括的反应器系统而言，混合器装置、分 配器装置、反应器系统内部零件、流量-控制装置等，举例来说，可以 基本上与美国专利US7,943,808公开的相同。

很清楚流量控制装置(例如一种或多种阀、旋转反应器床、止回阀、 调节挡板、流量限制器、计时系统等)可用于控制气流量、启动、计时、 和在第一，第二、第四流动系统与第五混合物和任选吹扫气体(如果使 用的话)之间变换实体床。例如，206段可以进一步包含输送燃料装置 (经由管路305)以及氧化剂(经由管路3051)进入第一反应器中合适的通 道之内。上述装置可以包括，例如，一种或多种增压器、阀、节气阀、 分布器和/或分配器。合适的分布器、分配器等，其公开在美国专利 US7,815,873中；其全部引入本申请作为参考。尽管该本发明适合在206 段中利用常规的喷洒器、分布器、增压器等，但本发明不限于此。

现在更详细公开氧化步骤。

氧化步骤

氧化步骤通过引导第一和第二反应物至第一反应器7开始。第一反 应物经由管路305引导至第一反应器7。第二反应物经过管路3051引导 至第一反应器，任选基本上与在管路305中该燃料的引导同时。在图4 中举例说明的实施方案中,第一以及第二反应物在第一反应器7上游端 11一点不混合，例如,≥80.0%第一和第二反应物混合按重量计算,比如 ≥90.0%，发生于第一反应器7下游端11。本发明不局限于此实施方案， 以及本说明书不是要在本发明广泛的范围之内排除其它的实施方案， 比如第一反应器中存在大量燃料以及氧化剂混合的实施方案。继续举 例说明图4中的实施方案,紧邻第一反应器7下游端11，第一以及第二反 应物合并以制备第四混合物。在或紧邻该反应器系统中央区域13第四 混合物燃料以及氧化剂放热反应。任选，区域13下游侧(相对第四混合 物平均流动而言)继续该放热反应，例如，在第二反应器1中。经由一 个或多个管路2066引导第五混合物离开第二反应器1。该氧化步骤可以 产生高温区域(也被本领域技术人员称为温度泡(temperature  bubble))，至少一部分该温度泡位于区域2063。在图4中示意性举例说 明该温度泡为高斯型曲线-类形状。

由此该氧化步骤包括下列特征：(i)通过向第一反应器7尾端11的该 反应器系统下游侧转移至少一部分燃烧热来加热区域13以及第二反应 器1以及(ii)通过向该第一反应器下游区域、区域13、或第二反应器中 的一个或多个转移至少一部分显热以经过加热使该反应器系统热再 生，该显热通过在第一反应器上游区域中第一以及第二反应物回收(上 游相对第一和第二反应物流动而言)。因此,该温度分布图右侧的以及 左侧的边线至少一片段从它们在氧化步骤开始时的起始位置向下游侧 移动,通过箭头6以及8如图4所示。应该认识到在氧化以及热解步骤期 间通过温度分布图边线的箭头2、4、6、以及8标明的移动将该温度分 布图(其可以达到温度例如,>1600℃)限制至可以长期容许上述条件的 反应器系统的区域。任选，温度分布图边线移动伴随有温度分布图峰 值位置移动。在该氧化步骤期间操作条件可以基本上与美国专利US 7,943,808公开的相同。在实施方案中，第四混合物燃料以及氧化剂组 分放热反应包括燃烧，该燃烧条件包括温度≥1.40x10³℃，例 如,≥1.50x10³℃,比如≥1.60x10³℃,例如,范围为1.90x10³℃至2.20x10³℃， 以及压力≥1.0巴(绝对压力)，例如，范围为1.0巴至15.0巴,比如2.0巴至 5.0巴。

任选，该氧化步骤氧化≥90.0wt.%第一反应物燃料组分，例 如,≥99.0wt.%，基于第一反应物的燃料组分重量。任选，存在于第四 混合物的稀释剂比如氮气在很大程度上不氧化。任选，≥50.0%第四混 合物的氧化(基于在区域2063中氧化的第四混合物的数量，基于摩尔), 例如,≥75.0%，比如≥90.0%氧化发生在区域2063的部分之中，其位于 第一以及第二反应器之间。

在此实施方案中，氧化步骤的总持续时间t₂是第二反应器足以从 氧化反应提取足以完成热解步骤热量的时间。换言之,氧化步骤实施时 间大于或等于足以将温度峰向第二反应器转移以足够加热热解区域 2064使热解步骤期间第一混合物暴露于温度≥1.20x10³℃的时间。任 选，t₂范围为0.1秒至30.0秒。任选地，在该氧化步骤(也称为"再生"步 骤)期间被加到该反应器系统热量总量不超过(a)维持该热解反应用于 吸热驱动来自第一混合物热解部分的第二混合物以及(b)用于系统热 损失、例如、穿过反应器壁的传导损失和/或与例如第二混合物有关的 对流损失所需要热量的总和。任选地，保存在该反应器系统热量总数 通常是远远超过热解步骤所需热量的最小值。

为了减少206段中诸如可燃非挥发性物(例如焦炭)之类的沉积物 积聚、特别是存在于第一反应器7通路中的那些，该氧化步骤分为第一 和第二间隔，这在以下更详细公开。

氧化步骤--第一间隔时间

参照图4，阀门V8，V7，以及V4在氧化步骤第一间隔期间打开以 及阀门V5以及V6关闭。第一反应物经由管路305引导至第一分配器 D1，其将第一反应物流导入在第一反应器7内通道14之中。在图4A中 提供，反应器7侧视图，图解分配器D1近似位置(阴影区)。任选，D1 下游端位于第一反应器7沉孔(counter bore)内部，如图5所示。至少一 部分第二反应物经由管路3051引导至第二增压器206B，其将氧化剂流 导至在第一反应器7内部的通道16。在通道中16消耗第二反应物一部分 来氧化位于在其中的可燃非挥发性物。第一反应物以及未反应的第二 反应物在区域13中合并以在接近于第一反应器7下游端产生第四混合 物(用于该放热反应)，该氧化间隔所定义的上游和下游是相对第四混 合物平均流动而言。第五混合物通过增压器206A导至管路2066，并且 从再生性反向流热解反应器引导离开。206段中可燃非挥发性物燃烧热 以及第一反应物的燃料组分的至少一部分用以提高区域2064温度。在 第二反应物与大量可燃非挥发性物在第一反应器7通路中反应的实施 方案中，2063区域上游端可以位于图4所示位置的左侧(上游)。

任选地，选择分配器D1的尺寸以及位置以减少区域13上游第一和 第二反应物的混合数量。任选地，选择D1尺寸以及位置以基本上补偿 (在,例如，+/-25%，比如+/-10.0%内)经由通道14流道的第一反应物气 体速度以及经由通道16的流道的第二反应物。任选地，选择流道14以 及16的数量以及横截面积以大致均衡(在，例如,+/-25%，比如+/-10.0% 内)在该通道之中的ΔP。

氧化步骤--第二间隔

在氧化步骤第二间隔期间，阀门V4，V5，以及V6关闭。阀门V8 以及V7打开。由于通过阀门V4将第一反应物与分配器D1阻隔，在此 间隔期间第一反应物不流入(或脱离)D1。第二反应物第一部分从管路 3051经由分配器D1之间的间隙20流向通道14。尽管间隙20如图5所示 位于第一反应器7沉孔内部，但是本发明不局限于此构造。例如，当第 一反应器7面9基本上是平的时(例如，D1邻近的面层几乎没有沉孔),间 隙20是位于面层9以及该D1邻近的面层之间的空间。第二反应物第一 部分使通道14内存在的可燃非挥发性物氧化。第二反应物第二部分从 增压器206B流入通道16之内。在第一间隔之后第二反应物第二部分氧 化可能残留在通道中的任何可燃非挥发性物。与第一间隔情形一样, 该第五混合物可以从206段引导离开。

任选地，(i)第二反应物第一部分包含30.0wt.%-70.0wt.%第二反 应物以及(ii)第二反应物第二部分包含30.0wt.%-70.0wt.%第二反应 物，该重量百分数基于在第二间隔中提供至206段的第二反应物总重 量。任选地，重量比第一部分数量：第二部分数量范围为0.5-2.0,例如， 约0.8-1.2。任选地，分配器D1以及增压器206B的尺寸以及位置与第一 间隔基本上相同。

通常，选择第一间隔的持续时间t_2a+t_2b以完成第一反应器7的再 生。时间间隔t_2a以及t_2b可以独立地选择。例如，在实施方案中，第二 间隔的持续时间t_2b大于或等于除去≥50.0wt.%，例如，≥75.0wt.%， 比如≥90.0wt.%经由一系列前述热解步骤而积聚在通道14中的可燃非 挥发性物所需时间的数量。该重量百分数基于经由一系列前述热解步 骤而积聚在通道14中的可燃非挥发性物总重量(以及第一间隔时第一 反应物可以沉积可燃非挥发性物)。如果可燃非挥发性物沉积在D1中， 例如在第一间隔期间，则通过在第二间隔期间经由D1引导氧化剂可以 除去这些。该氧化步骤可以仅包含第一以及第二间隔，但是本发明不 限于此。例如,在实施方案中,第一间隔和第二间隔是依次重复，相继地, 没有插入热解步骤，达到该氧化步骤所要求的持续时间。任选地，t_2a以及t_2b各自在0.1秒至15.0秒范围内。

本发明不局限于第一反应器7通道仅包含两个邻接区域的实施方 案。例如，在其它的实施方案中,第一反应器7包含形状为伸长的多边 形体的蜂巢结构整体料。该蜂巢结构包含至少两个部分，该部分面对 面接触，各自部分具有，例如，(i)至少一多用途通道以及(ii)至少一部 分那些反应器7流道构成第二反应物通道。在一种实施方案中，第一反 应器7是蜂巢结构，形状为伸长的矩形体，具有基本上相等的矩形横截 面的上游以及下游面。该蜂巢结构包含四个部分S₁-S₄面对面连接,该部 分各自是蜂巢结构，形状为伸长的矩形体，具有基本上相等的矩形横 截面的上游以及下游面。在此实施方案中，各部分包含两组流道，用 一组流道("S_mp")构成多用途通道以及第二组流道("S_sr")构成反应器7 的第二反应物通道一部分。S_mp1以及S_sr1组位于S₁之中，S_mp2和S_sr2组位 于S₂之中，S_mp3以及S_sr3组位于S₃之中，以及S_mp4和S_sr4位于S₄之中。S_mp1， S_mp2，S_mp3，和S_mp4组各自构成多用途通道:C₁，C₂，C₃，以及C₄。S_sr1， S_sr2，S_sr3，以及S_sr4组构成第二反应物通道:C₅。通道C₁-C₄具有基本上 相等横截面积以及具有开口位于圆形区域之内、大约于截面S₁-S₄之上 中心(C₁在S₁面上中心，C₂在S₂面上中心等)。

该氧化步骤包含四个间隔，在其期间第一和第二反应物流动程序 如下：

(i)在第一间隔期间，第一反应物经由C₁，C₂，以及C₃引导。经由 C₄引导第二反应物的第一部分。

(ii)在第二间隔期间，第一反应物经由C₁，C₂，以及C₄引导。经由 C₃引导第二反应物的第一部分。

(iii)在第三间隔期间，第一反应物经由C₁，C₃，以及C₄引导。经 由C₂引导第二反应物的第一部分。

(iv)在第四间隔期间，第一反应物经由C₂，C₃，以及C₄引导。经 由C₁引导第二反应物的第一部分。

在第一至第四每一间隔期间，第二反应物第一部分经由多用途通 道(C₁-C₄)之一引导，此部分体积流量大约是与(在调整粘度以后)第一 反应物1/3体积流量相当的，其是流入其它每一多用途通道(C₁-C₄)的第 一反应物数量，以在流道之中保持大约相当的压力降。主要包含第二 反应物残余物的第二反应物第二部分经由C₅引导,含量取决于,例如第 一以及第二反应物中稀释剂数量(如果有的话)；一般≥50.0wt.%，例 如,≥75.0wt.%，比如≥90.0wt.%基于第二反应物重量。任选地，在各 自间隔期间第一反应物、第二反应物、和第二反应物第一以及第二部 分流量基本上相同(+/-25.0%，例如，+/-10.0%)。如果间隔期间流量 基本上恒定，在给定间隔期间引导的给定料流的相对数量(例如第一间 隔期间引导的第一反应物的数量)会与该间隔持续时间成比例。当在氧 化步骤全部间隔期间第一和第二反应物各自至少一部分合并以及反应 是是合乎需要的，则利用多个部分是有益的。

利用多个蜂巢结构部分(如在S₁-S₄中)便于应用大直径的反应器系 统。在一些实施方案中，各部分在区域13中使用一混合器以便于混合 第一和第二反应物，其在此部分中主要经由该流道流动。在那些实施 方案中,存在与部分大约相同数量的混合器。在大直径的反应器中，部 分数量可以是非常多的，以几十乃至几百来计算。由于在各部分中一 组流道(S_sr)输送第二反应物，上述实施方案不需要针对各部分分离氧 化步骤间隔。例如,在一种实施方案中,该反应器系统包含(i)第一反应器 包含100部分以及四个分区(每分区25部分)以及(ii)每部分一混合器。 在上述实施方案中，该氧化步骤可以包含四个间隔，例如，多用途通 道C1包含在第一分区25部分中所有多用途流道组合，例如，S_mp1-S_mp25， 以及多用途通道C₂包含在第二分区25部分中所有多用途流道组合，例 如，S_mp26-S_mp50等。通道C₁-C₄各自通过单一分配器给料，例如用25分 布器，例如一个给各部分。所有第二反应物流道组组合S_sr1-S_sr100，构 成第二反应物通道(C₅)。流体动力的以及机械阀组合可以用于引导第 一反应物以及第二反应物第一部分流体至通道C₁以及C₄，如上就四- 部分实施方案所述那样。在全部四个间隔期间第二反应物第二部分可 以流向C₅。

适于在第一至第四间隔期间合并第一以及第二反应物混合装置公 开在美国专利US7,943,808中。该专利图4举例说明适合与第一反应器7 一起使用的混合装置包含具有7部分的蜂巢结构，尽管此实施方案不局 限于该构造。附图4A是专利举例说明适合与单一或多个部分一起使用 的混合装置。其它适合用于单一或多个部分的混合装置显示在美国专 利US7,815,873中图4、5、6中。例如，当使用一种具有四个部分的蜂 巢结构时，在美国专利US7,943,808的附图4A中举例说明类型的混合 器可以是位于各部分，各混合器大约处于C₁，C₂，C₃，或C₄的中心， 在与该蜂巢结构的长轴平行轴线上。

之前实施方案的氧化步骤可以用于206段任何热解反应器系统中。 现在参考图1，当要(a)提高在燃料中一种或多种烃(例如甲烷)和/或氢 气相对数量超过它在源材料中的数量或(b)提高在氧化剂中氧化剂相 对数量(例如氧气和/或臭氧)超过它在源材料中数量时，如下这些可以 实行：

(a)烃、比如轻质饱和烃、例如、甲烷，可以经由管路3001加入。 这些物质可以获得自(i)外源和/或(ii)该方法之内的来源，比如管路3081 或2083,例如,当使用任选308以及208段时。

(b)氧化剂可以经由管路3003加入。所加氧化剂可以获得自(i)外源 和/或(ii)该方法之内的来源比如管路3082,例如，当使用任选阶段308以 及在管路3082中含氧物包含氧化剂时。举例来说，当该源材料是空气 时，该空气可以获得自鼓气机或压缩机。

继续参考图1,当该氧化步骤结束时可以任选使用改质段308，例 如，以从该第五混合物分离出那些可以是对方法其它段有用的物质， 例如，如讨论的经由管路3081-3083，例如，稀释剂可以与第五混合物 分离以及用于制备第四混合物。当该热解步骤完结时，可以任选使用 改质段208，例如，以从第二混合物分离出那些可以是对方法其它段有 用的物质，例如,经由管路2082。第二混合物中在该方法其它阶段无用 的部分可以经由一个或多个管路(2087)从该方法引导离开用于或进一 步处理。常规的分离处理用于208以及308段，尽管本发明不限于此。

热解步骤

在氧化步骤之后，经由管路2046引导第一混合物热解部分至区域 2064上游端，例如第二反应器上游端，其中上游区相对第一和第二混 合物的流动定义。参照图4,增压器206A分配第一混合物进入第二反应 器1通道之内，其已经通过之前氧化步骤加热。任选地，在该氧化以及 热解步骤之间可以使用反应器吹扫。在热解步骤期间，阀V4，V7，以 及V8关闭。阀V5以及V6打开。第二混合物气相部分通过增压器206B 引导离开区域2064,第二混合物气相部分经由管路2065被引导离开。第 二混合物的第二部分，包含可燃非挥发性物，作为沉积物残留在该反 应器系统中、例如在通道14以及16中。

热解步骤开始时，(a)第二反应器1下游端5(下游侧相对第一混合物 流动而言，如附图4所示)所处温度高于上游端3温度以及(b)第一反应 器7至少一部分(包括下游端9)所处温度低于第二反应器5下游端温度 以为第二混合物提供冷却作用。

第一混合物暴露于温度≥1.20x10³℃，例如,≥1.50x10³℃，在高苛刻 度热量热解条件下。通常，在区域2064中的部分中第一混合物暴露于 这些条件，该区域与经由第二反应器及其它反应器内部件(例如混合器 介质)附近的区域2063是共同延伸的，第二反应器及其它反应器内部件 例如位于该温度分布图区域中，其通过比如在氧化步骤之前期间燃料 以及氧化剂放热反应已经加热。任选地，至少一部分温度泡区域位于 区域2064中与区域2063共同延伸的的部分之内。

继续参考图4，第一混合物从第一反应器提取热量，通过热解从第 一混合物导致第二混合物产生。随着此步骤进行，温度分布图发生移 动,例如，温度分布图右侧边缘的至少区段移动(该区段示意性包含破 折号边界以便说明)，移动方向通过箭头2表明。移动的数量受例如体 系传热特性的影响。至少一部分第二混合物，例如,气相部分，从第二 反应器下游端5引导至第一反应器7上游端11，以及从第一反应器经由 紧邻下游端9的管路2065引导离开，如所示。在热解开始时，第一反应 器7温度低于第二反应器1。随着第二混合物穿过第一反应器7，第二混 合物骤冷(例如,冷却)至温度接近第一反应器下游端9。随着在第一反应 器7中第二混合物骤冷，至少温度分布图左侧的边线片段向第一反应器 7尾端9移动，如箭头4指明的，示意性地该片段用破折号边界环绕以便 图解。在通过图4表示的至少之一实施方案中,热解区域2064上游端紧 邻第二反应器1上游端3。热解区域2064下游端紧邻第一反应器7下游端 9。由于骤冷(加热)第一反应器7,该氧化步骤任选地包括冷却第一反应 器，例如,移动至少温度分布图左侧边线的片段远离第一反应器7尾端 9，如通过在图4中箭头8示意性举例说明。

在实施方案中，该热解步骤包括一种或多种下列条件:第一混合物 达到峰值热解气体温度≥1.40×10³℃，例如，范围为1.45×10³℃至 2.20×10³℃,比如，1.50×10³℃至1.90×10³℃，或1.60×10³℃至1.70×10³℃； 总压≥1.0巴(绝对压力),例如,范围为1.0巴至约15巴，比如范围为2.0巴至 10.0巴；高苛刻度停留时间≤0.1秒，例如,≤5.0×10^-2秒，比如≤5.0×10^-3秒和/或t₁范围为1.0×10^-3秒至10.0秒。任选地，第一混合物包含≥0.01 摩尔%烃,例如，0.1摩尔%-90.0摩尔%烃以及≥0.01摩尔%分子氢,例 如,0.1摩尔%-90.0摩尔%分子氢，该摩尔百分数基于在一摩尔第一混 合物中烃以及氢气摩尔数总量。当需要增加一个或多个分子氢的数量 时,烃(例如,轻饱和烃比如甲烷)，以及第一混合物中稀释剂，可以如下 加入这些(例如,在204段中):

(i)可以经由管路2043加入分子氢、连同加入的氢气，氢气获得自 例如(a)当任选208段存在时经由管路2082的过程，(b)与第一产物分离 的分子氢，或(c)外源中的一种或多种。

(ii)烃经由管路2044加入。这些物质可以获得自经由管路3081或 2083的过程，例如,当使用任选的308以及208段时，来自与第一产物分 离的烃，或来自外源。

(iii)稀释剂(比如含氧物)可以经由管路2045加入。该稀释剂可以获 得自，例如，(a)经由管路3082的过程，当使用任选的308段时，(b)来 自第一产物，(c)来自第二混合物，和/或(d)来自该过程该以外的来源。

所有的专利、试验方法、以及本申请引证的其它文献，包括优先 权文件在内，完全引入作为参考，其程度使得上述公开与本申请一致 以及上述引用的权限全部是允许的。

尽管本申请公开的例证性形式已经细致描述，但是很清楚各种的 其它的改进对本领域技术人员是显而易见的以及可以容易地由完成， 条件是不背离公开的精神和范围。因此，不是要将本申请所附权利要 求范围限制到实施例和本申请陈述的说明，而是该权利要求看作是包 含所有此公开存在的可以取得专利的新颖性特征，包括可由此公开所 属领域技术人员当作其等同物的所有特征。

当数字的下限以及数字的上限在本申请列出时，预期的是从任何 下限到任何上限的范围。

所有的专利、试验方法、以及本申请引证的其它文献，包括优先 权文件在内，完全引入作为参考，其程度使得上述公开与本申请一致 以及上述引用的权限全部是允许的。

尽管本申请公开的例证性形式已经细致描述，但是很清楚各种的 其它的改进对本领域技术人员是显而易见的以及可以容易地由完成， 条件是不背离公开的精神和范围。因此,不是要将本申请所附权利要求 范围限制到实施例和本申请陈述的说明，而是该权利要求看作是包含 所有此公开存在的可以取得专利的新颖性特征，包括可由此公开所属 领域技术人员当作其等同物的所有特征。

当数字的下限和数字的上限列于本申请时，可以预期范围为从任 意下限至任意上限。