專利名稱：使用微通道工藝技術(shù)制造環(huán)氧乙烷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用微通道技術(shù)制造環(huán)氧乙烷的方法。
背景技術(shù)：
環(huán)氧乙烷通常通過在催化劑的存在下用氧氣將乙烯氧化來(lái)制造。該反應(yīng)是放熱 的。

發(fā)明內(nèi)容
環(huán)氧乙烷生產(chǎn)中的一個(gè)問題是，當(dāng)生產(chǎn)不斷進(jìn)行時(shí)，催化劑會(huì)逐漸失活。這可以通 過使催化劑溫度升高來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。這可以延長(zhǎng)生產(chǎn)的運(yùn)行，但在某點(diǎn)上會(huì)出現(xiàn)該生產(chǎn)運(yùn)行 的運(yùn)行終點(diǎn)(EOR)溫度。這會(huì)發(fā)生在當(dāng)環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)速度下降到繼續(xù)運(yùn)行將不再經(jīng)濟(jì)合 算的程度時(shí)。這將會(huì)需要停止該工藝以更換催化劑。這樣的停止需要耗費(fèi)時(shí)間并且代價(jià)高 昂。本發(fā)明提供一種解決這一問題的方案。通過本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)催化劑更高的工作速度和 /或更長(zhǎng)的催化壽命。這些效果均有助于得到更高的生產(chǎn)能力。例如，估計(jì)使用某些催化 劑在常規(guī)反應(yīng)器——即非微通道反應(yīng)器中進(jìn)行的環(huán)氧乙烷工藝的催化劑壽命最高可達(dá)約 7000小時(shí)，而通過本發(fā)明的使用微通道反應(yīng)器和同樣的催化劑的方法，催化劑壽命可為約 25000小時(shí)或更長(zhǎng)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明涉及一種方法，包括使乙烯和氧氣或氧源在催化劑的 存在下在工藝微通道中進(jìn)行反應(yīng)以在生產(chǎn)運(yùn)行中形成包含環(huán)氧乙烷的產(chǎn)物，所述生產(chǎn)運(yùn)行 持續(xù)進(jìn)行直到每立方米催化劑產(chǎn)出至少約0. 5千噸的環(huán)氧乙烷；和在所述生產(chǎn)運(yùn)行結(jié)束時(shí) 替換和/或再生催化劑。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度為約75% -約95%。 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，環(huán)氧乙烷以每小時(shí)每立方米催化劑至少約250千克環(huán)氧乙烷的速 率生產(chǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，環(huán)氧乙烷以每小時(shí)每立方米催化劑至少約300千克環(huán)氧 乙烷的速率生產(chǎn)，或者以每小時(shí)每立方米催化劑至少約350千克環(huán)氧乙烷的速率生產(chǎn)。根 據(jù)本發(fā)明的另一方面，催化劑在工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，該反應(yīng)區(qū)域的平均溫度在反 應(yīng)運(yùn)行開始時(shí)為約150°C -約265°C，或者為約150°C -約250°C，或?yàn)榧s150°C -約240°C，或 為約150°C -約230°C，或?yàn)榧s150°C -約220°C，或?yàn)榧s150°C -約210°C，或?yàn)榧s150°C -約 200°C，或?yàn)榧s 150°C -約 190°C。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明涉及一種方法，包括使乙烯和氧氣或氧源在催化劑的 存在下在工藝微通道中進(jìn)行反應(yīng)以在生產(chǎn)運(yùn)行中以每小時(shí)每立方米催化劑至少約350千 克環(huán)氧乙烷的速率形成包含環(huán)氧乙烷的產(chǎn)物。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇 度為約75% -約95%。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，乙烯和氧氣或氧源在催化劑的存在下發(fā)生 反應(yīng)直到每立方米催化劑產(chǎn)出至少約0. 5千噸的環(huán)氧乙烷。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑在工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，所述反應(yīng)區(qū)域中的平均溫度在反應(yīng)運(yùn)行開始時(shí)為約 1500C -約265°C，或者為約150°C -約250°C，或?yàn)榧s150°C -約240°C，或?yàn)榧s150°C -約 230°C，或?yàn)榧s150°C -約220°C，或?yàn)榧s150°C -約210°C，或?yàn)榧s150°C -約200°C，或?yàn)榧s 150 0C -約 190 0C ο根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明涉及一種方法，包括使乙烯和氧氣或氧源在催化劑的 存在下在工藝微通道中進(jìn)行反應(yīng)從而以每小時(shí)每立方米催化劑至少約250千克環(huán)氧乙烷 的速率形成包含環(huán)氧乙烷的產(chǎn)物，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度至少約為80%，所述催化劑在工藝 微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，所述反應(yīng)區(qū)域中的平均溫度保持在約220°C以下。根據(jù)本發(fā)明的 另一方面，環(huán)氧乙烷以每小時(shí)每立方米催化劑至少約300千克環(huán)氧乙烷的速率生產(chǎn)，或者 以每小時(shí)每立方米催化劑至少約350千克環(huán)氧乙烷的速率生產(chǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面， 乙烯和氧氣或氧源在催化劑的存在下反應(yīng)直到每立方米催化劑產(chǎn)出至少約0. 5千噸的環(huán) 氧乙烷。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，反應(yīng)區(qū)域的平均溫度在反應(yīng)運(yùn)行開始時(shí)為約150°C -約 210°C，或?yàn)榧s 150°C -約 200°C，或?yàn)榧s 150°C -約 190°C。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明涉及一種方法，包括使乙烯和氧氣或氧源在催化劑的 存在下在工藝微通道中進(jìn)行反應(yīng)從而以每小時(shí)每立方米催化劑至少約250千克環(huán)氧乙烷 的速率形成包含環(huán)氧乙烷的產(chǎn)物，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度至少約為80%，所述催化劑在工藝 微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，所述反應(yīng)區(qū)域中的平均溫度保持在約以上。根據(jù)本發(fā)明的 另一方面，乙烯和氧氣或氧源在催化劑的存在下反應(yīng)直到每立方米催化劑產(chǎn)出至少約0. 5 千噸的環(huán)氧乙烷。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，環(huán)氧乙烷以每小時(shí)每立方米催化劑至少約300 千克環(huán)氧乙烷的速率生產(chǎn)，或者以每小時(shí)每立方米催化劑至少約350千克環(huán)氧乙烷的速率 生產(chǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑在工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，所述反應(yīng)區(qū)域 中的平均溫度在反應(yīng)運(yùn)行開始時(shí)為約150°C -約265°C，或者為約150°C -約250°C，或?yàn)?約150°C -約240°C，或?yàn)榧s150°C -約230°C，或?yàn)榧s150°C -約220°C，或?yàn)榧s150°C -約 210°C，或?yàn)榧s 150°C -約 200°C，或?yàn)榧s 150°C -約 190°C。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明涉及一種方法，包括使乙烯和氧氣或氧源在催化劑 的存在下在工藝微通道中發(fā)生反應(yīng)以形成包含環(huán)氧乙烷的產(chǎn)物，所述催化劑在工藝微通道 中的反應(yīng)區(qū)域中，環(huán)氧乙烷在生產(chǎn)運(yùn)行過程中生產(chǎn)，所述反應(yīng)區(qū)域中的平均溫度在生產(chǎn)運(yùn) 行開始時(shí)至少約為150°C ；在生產(chǎn)運(yùn)行過程中所述反應(yīng)區(qū)域中的溫度以足夠的速率升高以 保持每小時(shí)每立方米催化劑至少約250千克環(huán)氧乙烷的平均生產(chǎn)速率；并且在生產(chǎn)運(yùn)行 結(jié)束時(shí)替換和/或再生所述催化劑。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度為約 75% -約95%。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，環(huán)氧乙烷以每小時(shí)每立方米催化劑至少約300千 克環(huán)氧乙烷的速率生產(chǎn)，或者以每小時(shí)每立方米催化劑至少約350千克環(huán)氧乙烷的速率生 產(chǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，乙烯和氧氣或氧源在催化劑的存在下反應(yīng)直到每立方米催化 劑產(chǎn)出至少約0. 5千噸的環(huán)氧乙烷。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑在工藝微通道中 的反應(yīng)區(qū)域中，所述反應(yīng)區(qū)域中的平均溫度在反應(yīng)運(yùn)行開始時(shí)為約150°C _約沈51，或者 為約150°C -約250°C，或?yàn)榧s150°C -約240°C，或?yàn)榧s150°C -約230°C，或?yàn)榧s150°C -約 220°C，或?yàn)榧s 150°C -約 210°C，或?yàn)榧s 150°C -約 200°C，或?yàn)榧s 150°C -約 190°C。所述乙烯可在所述微通道反應(yīng)器的上游形成，或它可在所述微通道反應(yīng)器中形 成。所述微通道反應(yīng)器的一部分可用于形成乙烯，所述微通道反應(yīng)器的一部分可用于形成環(huán)氧乙烷。所述乙烯可在所述微通道反應(yīng)器中使用催化氧化脫氫法、催化脫氫法和/或熱 裂解法形成。所述環(huán)氧乙烷可轉(zhuǎn)化成乙二醇。乙二醇可在所述微通道反應(yīng)器的下游形成。乙二 醇可在所述微通道反應(yīng)器中形成。所述微通道反應(yīng)器的一部分可用于形成環(huán)氧乙烷，一部 分可用于形成乙二醇。本方法可包括淬滅(quench)產(chǎn)物的步驟。所述產(chǎn)物可在所述微通道反應(yīng)器的下 游淬滅。所述產(chǎn)物可在所述微通道反應(yīng)器中淬滅。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度為約80% -約95%，或?yàn)榧s 85% -約 95%，或?yàn)榧s 88% -約 92%。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，環(huán)氧乙烷以每小時(shí)每立方米催化劑至少約400千克環(huán)氧 乙烷的速率生產(chǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述環(huán)氧乙烷以每小時(shí)每立方米催化劑約300-5000千 克的速率生產(chǎn)，或者以每小時(shí)每立方米催化劑約350-5000千克的速率生產(chǎn)，或者以每小時(shí) 每立方米催化劑約400-5000千克的速率生產(chǎn)，或者以每小時(shí)每立方米催化劑約450-5000 千克的速率生產(chǎn)，或者以每小時(shí)每立方米催化劑約500-5000千克的速率生產(chǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，乙烯和氧氣或氧源在催化劑的存在下發(fā)生反應(yīng)，直到每 立方米催化劑產(chǎn)出至少約1千噸環(huán)氧乙烷，或每立方米催化劑產(chǎn)出至少約2千噸環(huán)氧乙烷， 或每立方米催化劑產(chǎn)出至少約3千噸環(huán)氧乙烷，或每立方米催化劑產(chǎn)出至少約4千噸環(huán)氧 乙焼ο根據(jù)本發(fā)明的另一方面，乙烯和氧氣或氧源在催化劑的存在下發(fā)生反應(yīng)，直到每 立方米催化劑產(chǎn)出約0. 5-10千噸環(huán)氧乙烷，或每立方米催化劑產(chǎn)出約1-約10千噸環(huán)氧乙 烷，或每立方米催化劑產(chǎn)出約1-約8千噸環(huán)氧乙烷，或每立方米催化劑產(chǎn)出約1-約6千噸 環(huán)氧乙烷，或每立方米催化劑產(chǎn)出約1-約4千噸環(huán)氧乙烷，或每立方米催化劑產(chǎn)出約2-約 4千噸環(huán)氧乙烷。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，乙烯和氧氣或氧源在催化劑的存在下發(fā)生反應(yīng)以在生產(chǎn) 運(yùn)行過程中形成環(huán)氧乙烷，環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)速率在生產(chǎn)運(yùn)行開始時(shí)為每小時(shí)每立方米催化 劑至少約250千克環(huán)氧乙烷，生產(chǎn)運(yùn)行持續(xù)進(jìn)行直到對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度下降到約84% 以下、或約82%以下、或約80%以下的水平；和/或環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)速率下降至每立方米催 化劑約245千克環(huán)氧乙烷以下、或每立方米催化劑約240千克環(huán)氧乙烷以下、或每立方米催 化劑約235千克環(huán)氧乙烷以下、或每立方米催化劑約230千克環(huán)氧乙烷以下、或每立方米催 化劑約225千克環(huán)氧乙烷以下、或每立方米催化劑約220千克環(huán)氧乙烷以下的水平。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，環(huán)氧乙烷在微通道反應(yīng)器中形成，乙烯在微通道反應(yīng)器 的上游形成。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，環(huán)氧乙烷在微通道反應(yīng)器中形成，乙烯在所述微通道反 應(yīng)器中形成。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，環(huán)氧乙烷在微通道反應(yīng)器中形成，所述微通道反應(yīng)器的 一部分用于形成乙烯，所述微通道反應(yīng)器的一部分用于形成環(huán)氧乙烷。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，至少部分所述環(huán)氧乙烷轉(zhuǎn)化成乙二醇。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述環(huán)氧乙烷在微通道反應(yīng)器中形成，所述乙二醇在所述微通道反應(yīng)器的下游形成。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述環(huán)氧乙烷和乙二醇在微通道反應(yīng)器中形成。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本方法進(jìn)一步包括淬滅產(chǎn)物。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述環(huán)氧乙烷在微通道反應(yīng)器中形成，所述產(chǎn)物在所述 微通道反應(yīng)器的下游淬滅。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述環(huán)氧乙烷在微通道反應(yīng)器中形成，所述產(chǎn)物在所述 微通道反應(yīng)器中淬滅。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述乙烯和/或氧氣或氧源與至少一種稀釋物質(zhì)混合。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述乙烯和/或氧氣或氧源與至少一種有機(jī)鹵化物混
I=I O根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述有機(jī)鹵化物包括氯乙烷和/或氯乙烯。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，進(jìn)入到所述工藝微通道中的工藝流體包括基于全部原料 以體積計(jì)約10% -約75%的乙烯，以體積計(jì)至少5%的氧氣或氧源，以及以體積計(jì)多達(dá)約 百萬(wàn)分之100份的鹵代烷。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在所述工藝微通道中的接觸時(shí)間為約50-約900毫秒。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，催化劑在所述工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，所述反應(yīng)區(qū) 域中的平均溫度為約150°C -約265°C。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述工藝微通道中的壓力為約5-約30巴(bar)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述工藝微通道中的空速(space velocity)為約 1000-約 50000hr. Λ根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述工藝微通道在微通道反應(yīng)器中，所述微通道反應(yīng)器 進(jìn)一步包括與所述工藝微通道相鄰的反應(yīng)物流通道，所述工藝微通道和反應(yīng)物流通道具有 一共用壁，在該共用壁上具有多個(gè)開口，本發(fā)明進(jìn)一步包括使包含乙烯或氧氣或氧源的反 應(yīng)物流從反應(yīng)物流通道經(jīng)過所述共用壁上的開口流入所述工藝微通道中。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述環(huán)氧乙烷和氧氣或氧源包含反應(yīng)物，所述工藝微通 道具有反應(yīng)區(qū)域，所述反應(yīng)物在所述反應(yīng)區(qū)域中彼此接觸。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述環(huán)氧乙烷和氧氣或氧源包含反應(yīng)物，所述工藝微通 道具有混合區(qū)域和反應(yīng)區(qū)域，所述混合區(qū)域在所述反應(yīng)區(qū)域的上游，所述反應(yīng)物在混合區(qū) 域中彼此接觸。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述環(huán)氧乙烷和氧氣或氧源包含反應(yīng)物，所述工藝微通 道具有混合區(qū)域和反應(yīng)區(qū)域，所述混合區(qū)域在所述反應(yīng)區(qū)域的上游，一種反應(yīng)物的一部分 在所述混合區(qū)域中與其它反應(yīng)物接觸以形成中間反應(yīng)混合物，所述中間反應(yīng)混合物流入所 述反應(yīng)區(qū)域，所述那一種反應(yīng)物的一部分在所述反應(yīng)區(qū)域中與所述中間反應(yīng)混合物接觸。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述工藝微通道在微通道反應(yīng)器中，所述微通道反應(yīng)器 包括頭部(header)，所述頭部提供了流動(dòng)路徑以使工藝流體流入所述工藝微通道；還包括 腳部(footer)，所述腳部提供了流動(dòng)路徑以使工藝流體流出所述工藝微通道。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述工藝微通道在微通道反應(yīng)器中，所述微通道反應(yīng)器 具有入口和出口，產(chǎn)物通過所述出口流出所述微通道反應(yīng)器，并且流出所述微通道反應(yīng)器 的產(chǎn)物中至少部分被回收通過所述入口返回到所述微通道反應(yīng)器中。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述工藝微通道在微通道反應(yīng)器中，所述微通道反應(yīng)器 進(jìn)一步包含至少一個(gè)與所述工藝微通道熱接觸的熱交換通道，熱交換流體在所述熱交換通 道中。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述熱交換流體在所述熱交換通道中經(jīng)歷相變過程。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述熱交換流體在所述熱交換通道中經(jīng)歷部分沸騰。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在所述熱交換通道中發(fā)生吸熱的化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述吸熱的化學(xué)反應(yīng)包括蒸汽重整反應(yīng)或脫氫反應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種流體在所述工藝微通道中在第一方向上流動(dòng)，所述 熱交換流體在在所述熱交換通道中在第二方向上流動(dòng)，所述第二方向與所述第一方向交 叉。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種流體在所述工藝微通道中在第一方向上流動(dòng)，所述 熱交換流體在所述熱交換通道中在第二方向上流動(dòng)，所述第二方向與所述第一方向同向或 反向。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述熱交換流體包括空氣、蒸汽、液態(tài)水、一氧化碳、二氧 化碳、氣態(tài)氮、液氮、氣態(tài)烴、液態(tài)烴或它們之中兩種或多種的混合物。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述熱交換流體包括反應(yīng)物中的一種或多種和/或產(chǎn) 物。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，沿著所述工藝微通道設(shè)有特定的熱交換以為所述工藝微 通道保持基本等溫的溫度特征。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑包括分級(jí)(graded)催化劑。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑包括流經(jīng)式(flow-by)結(jié)構(gòu)和流通式 (flow-through)結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述工藝微通道具有內(nèi)表面，所述催化劑覆于所述內(nèi)表 面上。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑為顆粒狀固體的形式，或由包括泡沫、毛氈、 軟填料、蜂窩狀物、鰭板(fin)或它們之中的兩種或多種的組合的結(jié)構(gòu)支撐。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑包括多孔狀載體?？蛇x的緩沖層、界面層和催 化材料。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑以顆粒狀固體床的形式位于所述工藝微通道 中的反應(yīng)區(qū)域中，并且其它的催化劑洗涂(washcoat)或生長(zhǎng)在所述反應(yīng)區(qū)域的一個(gè)或多 個(gè)內(nèi)壁上。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑包括Ag、Mo、Re、W、V、Nb、Sb、Sn、Pt、Pd、Cs、 Zr、Cr、Mg、Mn、Ni、Co、Ce中的一種或多種，其中一種或多種的氧化物，或上述物質(zhì)中兩種或 多種的混合物。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑進(jìn)一步包括堿金屬或堿土金屬、過渡金屬、稀 土類金屬、鑭系元素之一的金屬、氧化物或混合的金屬氧化物，或上述物質(zhì)中兩種或多種的 混合物。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑進(jìn)一步包含硫或其氧化物。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑進(jìn)一步包含鋰或其氧化物。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑進(jìn)一步包含載體，所述載體包括金屬氧化物、 二氧化硅、介孔材料、耐火材料或上述物質(zhì)中兩種或多種的組合。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑包括銀和有助催化效果的量的鋰。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑包括銀和有助催化效果的量的銫。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑包括銀和有助催化效果的量的錸。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑包括載體，所述載體包括氧化鋁。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑包括銀，銀的量最多為所述催化劑重量的約 50%。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑包括銀、一種或多種堿金屬助催化劑、一種或 多種錸助催化劑和任選的一種或多種選自硫、鉬、鎢、鉻或其中兩種或多種的混合物的錸共 助催化劑(co-promoter)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑被支撐在載體上，所述載體包括以重量計(jì)至 少約85%或以重量計(jì)至少約90%的α-氧化鋁；以重量計(jì)約0.01-約6% (以氧化物計(jì)) 的、氧化物形式的堿土金屬；以重量計(jì)約0.01-約5% (以二氧化物計(jì))的、氧化物形式的 硅；和以重量計(jì)0-約10%或以重量計(jì)約0. 1-約10% (以二氧化物計(jì))的、氧化物形式的,告。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述堿土金屬為鈣和/或鎂。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑包括銀、有助催化效果的量的錸或其化合物、 有助催化效果的量的至少一種另外的金屬或其化合物，和任選的有協(xié)同的助催化效果的量 的錸共助催化劑，所述錸共助催化劑包括硫、磷、硼或其化合物中的一種或多種。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述至少一種另外的金屬包括一種或多種堿金屬、堿土 金屬、鉬、鎢、鉻、鈦、鉿、鋯、釩、鉈、釷、鉭、鈮、鎵、鍺或其中兩種或多種的混合物。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述至少一種另外的金屬包括鋰、鉀、銣、銫、鈣、鋇或其 中兩種或多種的混合物。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述至少一種另外的金屬包括鋰、鉀、銫或其中兩種或多 種的混合物。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，催化劑的工作速率至少約為每小時(shí)每立方米催化劑250 千克環(huán)氧乙烷，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度至少約為88%，催化劑生產(chǎn)能力至少約為每立方米催 化劑1千噸環(huán)氧乙烷。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑的工作速率至少約為每小時(shí)每立方米催化劑 250千克環(huán)氧乙烷，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度至少約為87%，所述催化劑生產(chǎn)能力至少約為每 立方米催化劑2千噸環(huán)氧乙烷。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑的工作速率至少約為每小時(shí)每立方米催化劑 250千克環(huán)氧乙烷，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度至少約為85%，所述催化劑的生產(chǎn)能力至少約為 每立方米催化劑3千噸環(huán)氧乙烷。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述催化劑的工作速率至少約為每小時(shí)每立方米催化劑 250千克環(huán)氧乙烷，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度至少約為83%，所述催化劑的生產(chǎn)能力至少約為 每立方米催化劑4千噸環(huán)氧乙烷。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明涉及一種方法，包括使乙烯和氧氣或氧源在催化劑的存在下在工藝微通道中發(fā)生反應(yīng)，從而以至少250kg/m3。at/hr的速率形成包含環(huán)氧乙烷的 產(chǎn)物，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度至少約為84%，所述催化劑在工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，并且 所述反應(yīng)區(qū)域中的平均溫度保持在約220°C以下。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明涉及一種方法，包括使乙烯和氧氣或氧源在催化劑的 存在下在工藝微通道中發(fā)生反應(yīng)，從而以至少350kg/m3。at/hr的速率形成包含環(huán)氧乙烷的 產(chǎn)物，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度至少約為80%，所述催化劑在工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，并且 所述反應(yīng)區(qū)域中的平均溫度保持在約220°C以下。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明涉及一種方法，包括使乙烯和氧氣或氧源在催化劑的 存在下在工藝微通道中發(fā)生反應(yīng)，從而以至少350kg/m3。at/hr的速率形成包含環(huán)氧乙烷的 產(chǎn)物，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度至少約為84%，所述催化劑在工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，并且 所述反應(yīng)區(qū)域中的平均溫度保持在約220°C以下。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明涉及一種方法，包括使乙烯和氧氣或氧源在催化劑的 存在下在工藝微通道中發(fā)生反應(yīng)，從而以至少250kg/m3。at/hr的速率形成包含環(huán)氧乙烷的 產(chǎn)物，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度至少約為84%，所述催化劑在工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，并且 所述反應(yīng)區(qū)域中的平均溫度保持在約265°C以上。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明涉及一種方法，包括使乙烯和氧氣或氧源在催化劑的 存在下在工藝微通道中發(fā)生反應(yīng)，從而以至少350kg/m3。at/hr的速率形成包含環(huán)氧乙烷的 產(chǎn)物，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度至少約為80%，所述催化劑在工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，并且 所述反應(yīng)區(qū)域中的平均溫度保持在約265°C以上。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明涉及一種方法，包括使乙烯和氧氣或氧源在催化劑的 存在下在工藝微通道中發(fā)生反應(yīng)，從而以至少350kg/m3。at/hr的速率形成包含環(huán)氧乙烷的 產(chǎn)物，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度至少約為84%，所述催化劑在工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，并且 所述反應(yīng)區(qū)域中的平均溫度保持在約265°C以上。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，惰性顆粒床位于所述工藝微通道中、所述催化劑的上游 和/或下游。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明涉及用于一種包括使乙烯和氧氣或氧源在催化劑的存 在下在工藝微通道中發(fā)生反應(yīng)以形成包含環(huán)氧乙烷的產(chǎn)物的方法中的啟動(dòng)工序，所述啟動(dòng) 工序包括將催化劑置于所述工藝微通道中；使惰性氣體流通所述工藝微通道使其在約200-約240°C的溫度下與催化劑接觸 約0. 5-約M小時(shí)的一段時(shí)間，所述工藝微通道中的壓力為約0. 8-約5個(gè)大氣壓；增加所述工藝微通道中的壓力使其達(dá)到約5-約30個(gè)大氣壓；使稀釋的反應(yīng)物流流通所述工藝微通道并于所述催化劑接觸約0. 5-約48小時(shí)的 一段時(shí)間，所述反應(yīng)物流包括乙烯、有機(jī)鹵化物、任選的二氧化碳和惰性氣體，所述稀釋的 反應(yīng)物流中的惰性氣體的濃度以體積計(jì)為約50% -約90%。將氧氣或氧源加入稀釋的反應(yīng)物流中以形成部分充氧的反應(yīng)物流，使所述部分充 氧的反應(yīng)物流流通所述工藝微通道并與所述催化劑接觸約0. 5-約48小時(shí)的一段時(shí)間，所 述部分充氧的反應(yīng)物流中的氧氣或氧源的濃度以體積計(jì)為約-約15% ；將所述部分充氧的反應(yīng)物流中的惰性氣體替換成甲烷；
將所述部分充氧的反應(yīng)物流中的氧氣或氧源的濃度提高到以體積計(jì)約2% -約 50%的濃度以形成反應(yīng)物流；將所述反應(yīng)物流中的有機(jī)鹵化物的濃度提高到以體積計(jì)百萬(wàn)分之約0. 1-約5份 的濃度；將所述工藝微通道中的溫度提高到約160-約270°C的溫度；和將所述反應(yīng)物流中的甲烷濃度減小到以體積計(jì)約5% -約80%的濃度。


在附圖中，相似的部分和特征具有相似的標(biāo)記。這里提供的多幅附圖為示意性的 說(shuō)明，可能沒有精確地按比例繪制。圖1示意性地示出了可能用于本發(fā)明的方法的微通道。圖2示意性地示出了可能用于實(shí)施本發(fā)明的方法的微通道反應(yīng)器。該微通道反應(yīng) 器包括多個(gè)工藝微通道和熱交換通道，所述工藝微通道和熱交換通道一個(gè)疊垛在另一個(gè)之 上。工藝流體流經(jīng)所述工藝微通道中，熱交換流體流進(jìn)所述熱交換通道中。所述工藝流體 的流動(dòng)方向與所述熱交換流體的流動(dòng)方向相交叉。圖3A和;3B為示出了本發(fā)明的用于將乙烯和氧氣或氧源轉(zhuǎn)化成環(huán)氧乙烷的方法的 流程圖。所述方法可在圖2所示的工藝微通道中實(shí)施。該反應(yīng)是放熱的。熱交換流體用于 控制溫度。通過圖3A所示的方法，乙烯和氧氣或氧源在所述微通道反應(yīng)器的上游混合。通 過圖:3B所示的方法，乙烯和氧氣或氧源在所述微通道反應(yīng)器中混合。圖4為與圖;3B所示的方法相似的方法的流程圖，不同之處在于乙烯在所述形成環(huán) 氧乙烷的微通道反應(yīng)器的上游形成。所述乙烯可在常規(guī)的反應(yīng)器中形成或在形成乙烯的微 通道反應(yīng)器中形成。形成乙烯的方法可為氧化脫氫(ODH)反應(yīng)工藝?；蛘?，所述乙烯形成 方法可包括催化脫氫工藝，乙烷與氧在ODH催化劑的存在下發(fā)生反應(yīng)以形成乙烯。所述ODH 反應(yīng)方法是放熱的。熱交換流體用于控制溫度。圖5為一種用于將乙烷轉(zhuǎn)化成環(huán)氧乙烷的方法的流程圖。該方法與圖4所示的方 法相似，不同之處在于，將乙烷轉(zhuǎn)化成乙烯的方法和將乙烯轉(zhuǎn)化成環(huán)氧乙烷的方法在同一 微通道反應(yīng)器中進(jìn)行。所述微通道反應(yīng)器含有一個(gè)或多個(gè)工藝微通道，其中乙烯形成催化 劑位于烯烴環(huán)氧化催化劑的上游。乙烷和氧氣或氧源接觸所述乙烯形成催化劑并發(fā)生反應(yīng) 以形成乙烯。然后所述乙烯和另外的氧接觸所述烯烴環(huán)氧化催化劑并發(fā)生反應(yīng)以形成環(huán)氧 乙烷。熱交換流體用于控制溫度。圖6A和6B為一種將乙烯和氧氣或氧源轉(zhuǎn)化成環(huán)氧乙烷然后接著將所述環(huán)氧乙烷 轉(zhuǎn)化成乙二醇的方法的流程圖。在圖6A中，環(huán)氧乙烷在位于所述形成環(huán)氧乙烷的反應(yīng)器的 上游的、形成乙二醇的反應(yīng)器中與水發(fā)生反應(yīng)。所述形成乙二醇的反應(yīng)可在常規(guī)的反應(yīng)器 中或在微通道反應(yīng)器中進(jìn)行。所述形成乙二醇的反應(yīng)是放熱的。熱交換流體用于控制溫度。 在圖6B中，環(huán)氧乙烷與水發(fā)生反應(yīng)，從而在用于形成所述環(huán)氧乙烷的同一個(gè)微通道反應(yīng)器 中形成乙二醇。圖7和8示意性地示出了可用于容納多個(gè)用于本發(fā)明的方法的微通道反應(yīng)器的反 應(yīng)容器。圖9-14示意性地示出了可在用于本發(fā)明的方法的微通道反應(yīng)器中使用的重復(fù)單元。圖15和16示意性地示出了可在用于本發(fā)明的方法的微通道反應(yīng)器中使用的表面 特征。圖17-25示意性地示出了可在用于本發(fā)明的方法的微通道反應(yīng)器中使用的催化 劑或催化劑載體結(jié)構(gòu)。圖23(b)是圖23(a)沿線(b)-(b)的截面圖。圖24(b)是圖24(a) 沿線(b)-(b)的截面圖。圖沈和27示意性地示出了可在用于本發(fā)明的方法的微通道反應(yīng)器中使用的重復(fù) 單元。這些重復(fù)單元中的每個(gè)均包括用于預(yù)熱反應(yīng)物的部分和用于淬滅產(chǎn)物的部分。圖28示意性地示出了在實(shí)施例中使用的微通道反應(yīng)器。圖四為在實(shí)施例中使用的催化劑的顆粒尺寸分布圖。該圖示出了三個(gè)實(shí)施例的結(jié)果。圖30為在實(shí)施例中使用的微通道反應(yīng)器的熱學(xué)特征曲線圖。
具體實(shí)施例方式本說(shuō)明書和權(quán)利要求書中公開的所有范圍和比例限制可以任何形式相結(jié)合。需要 理解的是，除非特別地進(jìn)行說(shuō)明，否則用語(yǔ)“一個(gè)”和/或“這個(gè)”、“該”等可包括一個(gè)或多 于一個(gè)，并且用單數(shù)形式的物品也可包括復(fù)數(shù)個(gè)物品。權(quán)利要求書中特定的所有組合可以 任意方式組合。術(shù)語(yǔ)“微通道”指的是高度或?qū)挾戎械闹辽僖粋€(gè)內(nèi)部尺寸最大約為10毫米(mm) 的通道，在一個(gè)實(shí)施方案中最大約為5mm，在另一個(gè)實(shí)施方案中最大約為2mm。圖1示出了 可用于本發(fā)明的方法中的微通道的一個(gè)實(shí)例。參考圖1，微通道10具有高度(h)、寬度(w) 和長(zhǎng)度(1)。流體按箭頭12和14的方向流通微通道10。高度(h)和寬度(w)均垂直于微 通道10中的流體的流向。該微通道可包括至少一個(gè)入口和至少一個(gè)出口，其中所述至少一 個(gè)入口與所述至少一個(gè)出口不同。該微通道可以不僅僅是一個(gè)孔。所述微通道可以不僅僅 是一個(gè)穿過泡沸石或介孔材料的通道。微通道的長(zhǎng)度可為高度或?qū)挾鹊闹辽偌s兩倍，在一 個(gè)實(shí)施方案中可為高度或?qū)挾鹊闹辽偌s5倍，在一個(gè)實(shí)施方案中可為高度或?qū)挾鹊闹辽?0 倍。所述高度或?qū)挾瓤杀豢闯墒撬鑫⑼ǖ老鄬?duì)的內(nèi)壁之間的間隙。所述微通道的內(nèi)部高 度或?qū)挾瓤蔀榧s0. 05-約10mm，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 05-約5mm，在一個(gè)實(shí)施方案中為 約0. 05-約2mm，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 05-約1. 5mm，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 05-約 Imm,在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 05-約0. 75mm，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 05-約0. 5mm。高 度或?qū)挾鹊牧硪粋€(gè)內(nèi)部尺寸可任意，例如，最大約3米，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 01-約3 米。所述微通道的長(zhǎng)度可以為任意尺寸，例如最大約10米，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 1-約 10米，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 2-約10米，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 2-約6米，在一個(gè)實(shí) 施方案中為約0. 2-約3米。所述微通道可具有任意形狀的截面，例如方形、矩形、圓形、半 圓形、梯形等。所述微通道的截面的形狀和/或尺寸可在長(zhǎng)度方向上變化。例如，高度或?qū)?度可在所述微通道的長(zhǎng)度范圍內(nèi)從較大的尺寸錐形化到較小的尺寸，反之亦然。術(shù)語(yǔ)“工藝微通道”指的是在其中實(shí)施一種工藝的微通道。所述工藝可與環(huán)氧乙 烷、乙烯和/或乙二醇的形成相關(guān)。術(shù)語(yǔ)“微通道反應(yīng)器”指的是一種包含一個(gè)或多個(gè)在其中進(jìn)行反應(yīng)工藝的工藝微通道的裝置。所述工藝可以為形成環(huán)氧乙烷、乙烯和/或乙二醇的反應(yīng)工藝。當(dāng)使用兩個(gè) 或多個(gè)工藝微通道時(shí)，所述工藝微通道可平行地工作。所述微通道反應(yīng)器可包括用于使流 體流進(jìn)一個(gè)或多個(gè)工藝微通道中的頭部或歧管組件以及用于使流體流出所述一個(gè)或多個(gè) 工藝微通道的腳部或歧管組件。所述微通道反應(yīng)器可進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)與所述一個(gè)或 多個(gè)工藝微通道相鄰和/或熱接觸的一個(gè)或多個(gè)熱交換通道。所述熱交換通道可為所述工 藝微通道中的流體提供加熱和/或冷卻。所述熱交換通道可以為微通道。所述微通道反應(yīng) 器可包含用于使熱交換流體流進(jìn)所述熱交換通道中的頭部或歧管組件以及用于使所述熱 交換流體流出所述熱交換通道的腳部或歧管組件。術(shù)語(yǔ)“常規(guī)反應(yīng)器”指的是非微通道反應(yīng)器。術(shù)語(yǔ)“體積”相對(duì)于工藝微通道中的體積包括工藝流體可能流通或流經(jīng)的在所述 工藝微通道中的所有體積。該體積可包括可位于所述工藝微通道中并適于使流體以流通方 式或流經(jīng)方式流動(dòng)的表面特征內(nèi)的體積。術(shù)語(yǔ)“相鄰”當(dāng)表示一個(gè)通道相對(duì)于另一個(gè)通道的位置時(shí)意為直接地相鄰從而使 一個(gè)壁或多個(gè)壁分開所述兩個(gè)通道。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述兩個(gè)通道可具有共用壁。所 述共用壁的厚度可有所變化。但是“相鄰的”通道不會(huì)由可能會(huì)干擾通道之間熱傳遞的夾 在中間的通道分隔開。一個(gè)通道可能僅在另一個(gè)通道的部分尺寸范圍內(nèi)與所述另一個(gè)通道 相鄰。例如，一個(gè)工藝微通道可能比一個(gè)或多個(gè)相鄰的熱交換通道長(zhǎng)并且延伸到所述一個(gè) 或多個(gè)相鄰的熱交換通道以外。術(shù)語(yǔ)“熱接觸”指的是兩個(gè)物體，例如兩個(gè)通道，無(wú)論是否彼此物理接觸或彼此相 鄰，都仍然在彼此之間交換熱量。一個(gè)物體與另一物體熱接觸可加熱或冷卻所述另一物體。術(shù)語(yǔ)“流體”指的是氣體、液體、氣液混合物，或含有分散的固體、液滴和/或氣泡 的氣體或液體。所述液滴和/或氣泡可為規(guī)則的或不規(guī)則的形狀并且可具有相近的或不同 的尺寸。術(shù)語(yǔ)“氣體”和“蒸汽”具有相同的含義并且有時(shí)可彼此替換使用。術(shù)語(yǔ)“停留時(shí)間，，或“平均停留時(shí)間，，指的是在所使用的溫度和壓力下，通道內(nèi)的 空間被流動(dòng)在所述空間內(nèi)的流體占據(jù)的內(nèi)部體積除以在所述空間中流動(dòng)的流體的平均體 積流速。術(shù)語(yǔ)“上游”和“下游”指的是相對(duì)于流體在通道(例如工藝微通道)或方法或工 藝流程圖中流動(dòng)的方向，在所述通道內(nèi)或在所述方法中或在所述工藝流程圖中的位置。例 如，流體流的某部分流向但尚未到達(dá)的、在通道中或方法中或工藝流程圖中的位置在所述 流體流的那一部分的下游。流體流的某部分流過并遠(yuǎn)離的、在通道中或方法中或工藝流程 圖中的位置在所述流體流的那一部分的上游。術(shù)語(yǔ)“上游”和“下游”不一定指的是豎直位 置，因?yàn)檫@里使用的通道可以是水平、豎直取向的，或者具有一定的傾角。術(shù)語(yǔ)“墊片(shim) ”指的是扁平狀或大致扁平狀的片或盤。所述墊片的厚度可為 墊片的最小尺寸，最大可約為4mm，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 05-約2mm，在一個(gè)實(shí)施方案中 為約0. 05-約1mm，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 05-約0. 5mm。所述墊片可具有任意的長(zhǎng)度和 寬度。術(shù)語(yǔ)“表面特征”指的是在通道內(nèi)分流的、通道壁和/或內(nèi)部通道結(jié)構(gòu)(例如內(nèi)部 鰭板)上的凹陷和/或通道壁和/或內(nèi)部通道結(jié)構(gòu)上的凸起?？墒褂玫谋砻嫣卣髟O(shè)計(jì)的實(shí)例示出于圖15、16和25。所述表面特征可為圓形、球形、半球形、錐形臺(tái)、長(zhǎng)圓形、方形、矩 形、平行四邊形(angledrectangle)、網(wǎng)格狀、鋸齒形、槳葉狀、翼形、波浪形等。可以使用上 述的兩種或多種的組合。所述表面特征可含有次級(jí)特征，其中所述表面特征的大部分壁含 有較小的表面特征，這些較小的表面特征可采取凹槽、波浪、鋸齒、孔洞、毛刺、網(wǎng)格、貝殼等 形狀。所述表面特征可具有深度、寬度和長(zhǎng)度。所述表面特征可形成在本發(fā)明的方法所使用 的工藝微通道和/或熱交換通道的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)壁之上或之中。所述表面特征可被看成被 動(dòng)的表面特征或被動(dòng)的混合特征。所述表面特征可用于分流(例如將層流呈流線型分開) 并產(chǎn)生相對(duì)于主體流動(dòng)方向呈一定角度的平流。術(shù)語(yǔ)“波形”指的是相連的一塊從扁平狀變形成三維立體狀的熱傳導(dǎo)材料。所述波 形可用于形成一個(gè)或多個(gè)微通道。所述波形可包括直角的波紋狀的插入件，該插入件可夾 在相對(duì)的扁平片或墊片之間。以此方式，一個(gè)或多個(gè)微通道可在三個(gè)側(cè)面收到所述波形的 限制并在第四個(gè)側(cè)面受到扁平片或墊片之一的限制。所述波形可由本文所公開的可用于制 造所述微通道反應(yīng)器的任何熱傳導(dǎo)材料制成。這樣的熱傳導(dǎo)材料可包括銅、鋁、不銹鋼等。 所述波形的熱導(dǎo)率可約為lW/m-K或更高。術(shù)語(yǔ)“主體流動(dòng)方向”指的是通道(例如工藝微通道)內(nèi)的開放區(qū)域。相連的主 體流動(dòng)區(qū)可允許流體快速流通通道而不產(chǎn)生明顯的壓力下降。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述主 體流動(dòng)區(qū)中的流動(dòng)可以是層流。主體流動(dòng)區(qū)可包括微通道的至少約5%的內(nèi)部體積和/或 截面積，在一個(gè)實(shí)施方案中為約5 % -約100 %，在一個(gè)實(shí)施方案中為約5 % -約99 %，在一 個(gè)實(shí)施方案中為約5 % -約95 %，在一個(gè)實(shí)施方案中為約5 % -約90 %，在一個(gè)實(shí)施方案中 為所述微通道的至少約30% -約80%的內(nèi)部體積和/或截面積。術(shù)語(yǔ)“開放的通道”指的是具有至少約0. Olmm的間隙的通道(例如微通道)，所述 間隙延伸貫穿整個(gè)通道，從而使流體可不受到流動(dòng)阻礙地流通所述通道。所述間隙可最多 延伸約10mm。術(shù)語(yǔ)“通道(例如工藝微通道)的‘截面積’ ”指的是垂直于所述通道中的流體的 主體流動(dòng)方向測(cè)量的面積，并且可能包括所述通道內(nèi)包括任何可能存在的表面特征的所有 面積，但不包括通道壁。對(duì)于沿長(zhǎng)度方向彎曲的通道，所述截面積可垂直于在平行于所述長(zhǎng) 度且位于所述通道中心(以面積為標(biāo)準(zhǔn))的線上選擇的某點(diǎn)處的主體流動(dòng)方向進(jìn)行測(cè)量。 高度和寬度的尺寸可從內(nèi)部的通道壁測(cè)量到相對(duì)的內(nèi)部的通道壁。這些尺寸可以為考慮了 由于內(nèi)部特征、內(nèi)部粗糙度等導(dǎo)致的變化之后的平均值。術(shù)語(yǔ)“通道(例如工藝微通道)的‘開放的截面積’ ”指的是微通道中的主體流體 流開放的面積，該面積是垂直于所述通道中的流體流的主體流動(dòng)方向測(cè)量的。所述開放的 截面積可以不包括內(nèi)部障礙物，如可能存在的表面特征等。術(shù)語(yǔ)“在通道中流動(dòng)的流體的速度的‘表面速度’”指的是在所述通道的入口處的 溫度和壓力下的流體的體積流速除以所述通道的截面積得到的速度。術(shù)語(yǔ)“自由流速度”指的是在通道中距所述通道的側(cè)壁足夠遠(yuǎn)處流動(dòng)的流的速度， 該速度從而是最大值。若應(yīng)用無(wú)滑移邊界條件，則在通道中流動(dòng)的流的速度在側(cè)壁處為零； 但是所述速度隨著離側(cè)壁的距離增大而增加直到達(dá)到恒定值。該恒定值即為所述“自由流 速度”。術(shù)語(yǔ)“工藝流體”指的是進(jìn)入、流進(jìn)和/或流出工藝微通道的反應(yīng)物、產(chǎn)物、稀釋劑和/或其它流體。術(shù)語(yǔ)“反應(yīng)物，，指的是本發(fā)明的用于將乙烯和氧氣或氧源轉(zhuǎn)化成環(huán)氧乙烷的方法 中使用的乙烯和/或氧氣或氧源。術(shù)語(yǔ)“反應(yīng)區(qū)域”指的是微通道中的空間，在其中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或在其中至少一種 物質(zhì)發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)變。所述反應(yīng)區(qū)域可含有一種或多種催化劑。術(shù)語(yǔ)“分級(jí)的催化劑”指的是具有一種或多種催化活性梯度的催化劑。所述分級(jí)的 催化劑可具有催化活性金屬的變化的濃度或表面積。所述分級(jí)的催化劑可具有催化活性位 點(diǎn)的變化的轉(zhuǎn)換率。所述分級(jí)的催化劑可具有作為距離的函數(shù)發(fā)生變化的物理性質(zhì)和/或 形式。例如，所述分級(jí)的催化劑可在工藝微通道的入口處具有相對(duì)低的活性金屬濃度，而在 所述工藝問通道的出口附近提高到較高的濃度，反之亦然；或者在工藝微通道的中心(中 點(diǎn))附近具有較低濃度的催化活性金屬，而在工藝微通道壁的附近具有較高濃度的催化活 性金屬，反之亦然，等等。分級(jí)的催化劑的熱導(dǎo)率在工藝微通道內(nèi)可以從一個(gè)位置到另一位 置發(fā)生變化。分級(jí)的催化劑的表面積可通過改變?cè)诒砻娣e恒定的載體上的催化活性金屬位 點(diǎn)的尺寸來(lái)發(fā)生變化，或者通過改變所述載體的表面積例如通過改變載體類型或顆粒尺寸 來(lái)發(fā)生變化。分級(jí)的催化劑可具有多孔載體，其中所述載體的表面積對(duì)體積的比值在工藝 微通道的不同部分中或高或低，然后全面覆蓋相同的催化劑?？墒褂脙蓚€(gè)或多個(gè)上述實(shí)施 方案的組合。所述分級(jí)的催化劑可具有單個(gè)催化組分或多個(gè)催化組分(例如，雙金屬或三 金屬催化劑)。所述分級(jí)的催化劑可作為在工藝微通道中從一個(gè)位置到另一個(gè)位置之間距 離的函數(shù)逐漸改變其性質(zhì)和/或組成。所述分級(jí)的催化劑可包含帶邊框的顆粒，在每個(gè)所 述帶邊框的顆粒中催化活性金屬呈“蛋殼式”分布。所述分級(jí)的催化劑可沿工藝微通道的 長(zhǎng)度方向在軸向上或在橫向上分級(jí)。所述分級(jí)的催化劑可具有不同的催化劑組成、不同的 裝載量和/或多個(gè)活性催化位點(diǎn)，可在工藝微通道內(nèi)從一個(gè)位置到另一位置發(fā)生變化。催 化活性位點(diǎn)的數(shù)量可隨所述催化劑結(jié)構(gòu)的孔隙率的變化而變化。這可通過使用能夠沉積變 化的量的催化材料的洗涂工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。一個(gè)實(shí)例可為沿所述工藝微通道的長(zhǎng)度方向使用不 同的多孔催化劑的厚度，其中將更厚的多孔結(jié)構(gòu)設(shè)于需要更大活性的位置上。也可對(duì)固定 的或可變的多孔催化劑厚度應(yīng)用變化的孔隙率?？稍谟糜诹鲃?dòng)的開放區(qū)域或間隙的附近使 用第一孔尺寸，并且可在所述工藝微通道壁的附近使用至少一個(gè)第二孔尺寸。術(shù)語(yǔ)“立方米催化劑”指的是催化劑的催化活性部分的體積。對(duì)于顆粒狀固體床 而言，術(shù)語(yǔ)“立方米催化劑”可指裝載活性催化劑的空間的體積。術(shù)語(yǔ)“熱交換通道”指的是在其中含有釋放和/或吸收熱量的熱交換流體的通道。 所述熱交換通道可從相鄰的通道(例如工藝微通道)和/或一個(gè)或多個(gè)與所述熱交換通道 熱接觸的通道吸收熱量或向上述通道釋放熱量。所述熱交換通道可從彼此相鄰但不與所述 熱交換通道相鄰的多個(gè)通道吸收熱量或向上述通道釋放熱量。在一個(gè)實(shí)施方案中，一個(gè)、兩 個(gè)、三個(gè)或多個(gè)通道可彼此相鄰并且位于兩個(gè)熱交換通道之間。術(shù)語(yǔ)“熱轉(zhuǎn)移壁”指的是工藝微通道和相鄰的熱交換通道之間的共用壁，通過該共 用壁熱量從一個(gè)一個(gè)通道轉(zhuǎn)移到另一個(gè)通道。術(shù)語(yǔ)“熱交換流體”指的是可以釋放和/或吸收熱量的流體。術(shù)語(yǔ)“熱交換介質(zhì)”指的是吸收或釋放熱量的物質(zhì)或裝置，可用于冷卻或加熱另一 物質(zhì)或裝置。所述另一物質(zhì)或裝置例如可為與所述熱交換介質(zhì)相鄰或熱接觸的通道。熱交換介質(zhì)的實(shí)例有在熱交換通道中的熱交換流體。術(shù)語(yǔ)“反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率”指的是流進(jìn)微通道反應(yīng)器中的流體與流出所述微通道反應(yīng) 器的流體之間的反應(yīng)物的摩爾數(shù)變化除以流進(jìn)所述微通道反應(yīng)器的流體中的反應(yīng)物的摩 爾數(shù)。本文中使用的術(shù)語(yǔ)“產(chǎn)率”指的是流出微通道反應(yīng)器的產(chǎn)物的摩爾數(shù)除以流進(jìn)所 述微通道反應(yīng)器的反應(yīng)物的摩爾數(shù)。本文中使用的術(shù)語(yǔ)“循環(huán)”指的是反應(yīng)物通過微通道反應(yīng)器一次。術(shù)語(yǔ)“乙烯轉(zhuǎn)化率”指的是所述微通道反應(yīng)器出口處的環(huán)氧乙烷和二氧化碳流中 檢測(cè)到的碳的摩爾數(shù)除以流出所述微通道反應(yīng)器的乙烯、環(huán)氧乙烷和二氧化碳中的碳的總
摩爾數(shù)。術(shù)語(yǔ)“氧氣轉(zhuǎn)化率”指的是所述微通道反應(yīng)器出口處的環(huán)氧乙烷和二氧化碳流中 檢測(cè)到的氧的摩爾數(shù)除以流出所述微通道反應(yīng)器的氧氣、環(huán)氧乙烷和二氧化碳中的氧的總 摩爾數(shù)?！盎谌吭稀钡姆磻?yīng)物的濃度指的是流進(jìn)微通道反應(yīng)器的反應(yīng)物(例如氧氣) 的總量。這包括流進(jìn)微通道反應(yīng)器中的工藝微通道的前面入口的反應(yīng)物以及通過位于所述 入口下游的、所述工藝微通道的側(cè)壁上的開口流進(jìn)所述工藝微通道的反應(yīng)物。反應(yīng)物在下 游的添加可被稱為反應(yīng)物的“分部添加”。術(shù)語(yǔ)“對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度”( ^指的是由乙烯生產(chǎn)環(huán)氧乙烷的程度。對(duì)環(huán)氧乙 烷的選擇度可使用反應(yīng)化學(xué)計(jì)量法根據(jù)將乙烯氧化形成環(huán)氧乙烷以及不希望的副產(chǎn)物二
氧化碳來(lái)進(jìn)行計(jì)算，其中1摩爾乙烯消耗1. 5摩爾的氧氣形成環(huán)氧乙烷，消耗3摩爾的氧氣
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形成二氧化碳。數(shù)學(xué)上可表示為·’其中+為氧氣和乙烯的摩爾供料速率
nE XEnE
的比，即它們的供料濃度的比值。&和\分別表示乙烯和氧氣的轉(zhuǎn)化率。術(shù)語(yǔ)“催化劑的生產(chǎn)能力”指的是催化劑產(chǎn)出的環(huán)氧乙烷的累積量，以每立方米催 化劑產(chǎn)出的環(huán)氧乙烷的量(例如千噸(kt)數(shù))計(jì)(ktE0/m3cat))。術(shù)語(yǔ)“淬滅”指的是一種終止化學(xué)反應(yīng)的方法，使用的手段有使反應(yīng)混合物快速 降溫；將反應(yīng)物或非反應(yīng)物流體快速引入所述反應(yīng)混合物；或使反應(yīng)混合物流通到具有淬 滅直徑或淬滅直徑以下的尺寸的、有限的開口中或路徑中。術(shù)語(yǔ)“淬滅直徑”指的是用于流通反應(yīng)混合物的開口或路徑的內(nèi)部尺寸(例如高 度、寬度、直徑)，當(dāng)在這個(gè)尺寸以下時(shí)反應(yīng)終止。術(shù)語(yǔ)“運(yùn)行開始”(SOR)指的是在生產(chǎn)運(yùn)行過程中的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)所 述方法開始以每小時(shí)每立方米催化劑至少約250千克(kg/m3。at/hr)的速率生產(chǎn)環(huán)氧乙烷。 所述運(yùn)行開始的溫度可為約150°C -約250°C，在一個(gè)實(shí)施方案中為約150°C -約240°C，在 一個(gè)實(shí)施方案中為約150°C -約230°C，在一個(gè)實(shí)施方案中為約150°C -約220°C，在一個(gè)實(shí) 施方案中為約150°C -約210°C，在一個(gè)實(shí)施方案中為約150°C -約200°C，在一個(gè)實(shí)施方案 中為約150°C -約190°C。術(shù)語(yǔ)“運(yùn)行結(jié)束”(EOR)指的是當(dāng)生產(chǎn)運(yùn)行被認(rèn)為不再經(jīng)濟(jì)合算的時(shí)間點(diǎn)。在一 個(gè)實(shí)施方案中，術(shù)語(yǔ)“運(yùn)行結(jié)束”指的是在生產(chǎn)運(yùn)行過程中的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)工藝微通道的反應(yīng)區(qū)域中的平均溫度超過約265°C。在一個(gè)實(shí)施方案中，術(shù)語(yǔ)“運(yùn)行結(jié)束”指 的是在生產(chǎn)運(yùn)行過程中的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度保持在至少約 80%，在一個(gè)實(shí)施方案中保持在至少約82%，在一個(gè)實(shí)施方案中保持在至少約84%;和/或 環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)速率下降到每立方米催化劑產(chǎn)出約245千克環(huán)氧乙烷以下的水平，在一個(gè) 實(shí)施方案中為每立方米催化劑產(chǎn)出約240千克環(huán)氧乙烷以下，在一個(gè)實(shí)施方案中為每立方 米催化劑產(chǎn)出約235千克環(huán)氧乙烷以下，在一個(gè)實(shí)施方案中為每立方米催化劑產(chǎn)出約230 千克環(huán)氧乙烷以下，在一個(gè)實(shí)施方案中為每立方米催化劑產(chǎn)出約225千克環(huán)氧乙烷以下， 或者為每立方米催化劑產(chǎn)出約220千克環(huán)氧乙烷以下。這里使用的術(shù)語(yǔ)“噸”指的是公噸(即1000千克或2204. 6磅)。術(shù)語(yǔ)“千噸”或 “kt”指的是1000公噸。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法可具有的優(yōu)點(diǎn)有減少資本設(shè)備成本、提高原料 利用率、減少反應(yīng)物再循環(huán)和/或減少或解除對(duì)使用稀釋劑或安全劑的需要。在一個(gè)實(shí)施 方案中，每通過一次的乙烯、氧氣或氧源、或乙烯和氧氣或氧源的轉(zhuǎn)化率可有所提高，同時(shí) 不會(huì)造成選擇度的損失，這可導(dǎo)致較小的再循環(huán)流。本發(fā)明的方法可使用相對(duì)接近化學(xué)計(jì) 量的反應(yīng)物的組成來(lái)試試；這具有減少分離成本的優(yōu)點(diǎn)，即解除或減小對(duì)(X)2洗滌器的需 要。這也提供了將新型的分離方案合并到本方法中的可能性。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法使用的微通道反應(yīng)器利用了提高的熱排出能 力，因此可能不太需要稀釋氣體或額外的烴以限制溫度偏離。因此，本方法可以用很接近化 學(xué)計(jì)量的反應(yīng)物組成來(lái)實(shí)施。這樣可以限制縮小再循環(huán)流，從而能夠節(jié)約電能并且提高工 廠的生產(chǎn)能力。催化劑藏量可有所減少并且可除去一些分離設(shè)備。在一個(gè)實(shí)施方案中，所 述轉(zhuǎn)化率足以完全不用再循環(huán)，與常規(guī)方法(即非微通道方法)相比，這可以實(shí)現(xiàn)甚至更大 的節(jié)約和更高的經(jīng)濟(jì)性。在一個(gè)實(shí)施方案中，乙烯的總轉(zhuǎn)化率可約為80%，然而每通過一次的轉(zhuǎn)化率可能 稍高于約15%。低的每通過一次的產(chǎn)率可能產(chǎn)生在下游分離并再循環(huán)乙烯的需要。每通過 一次的轉(zhuǎn)化率的提高可減小需要再循環(huán)的氣體的體積并使得易于分離環(huán)氧乙烷產(chǎn)物流。一 次通過的微通道方法可為系統(tǒng)提供資本成本和運(yùn)行成本方面的優(yōu)勢(shì)。一次通過的方法還可 以允許使用空氣代替純氧作為氧化劑，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)約。在一個(gè)實(shí)施方案中，乙烯到環(huán)氧乙烷的轉(zhuǎn)化可伴隨著二氧化碳的形成(例如，選 擇度為約80%的環(huán)氧乙烷和20%的CO2)。形成環(huán)氧乙烷的活化能可比形成二氧化碳的活 化能低。因此，低溫工作和減小的溫度偏離可直接減少二氧化碳的生成。較高的環(huán)氧乙烷 的選擇度可改進(jìn)反應(yīng)物的組成或在減少的工作成本下的原料利用率。本發(fā)明的方法提供的催化劑壽命可以比在常規(guī)的管狀非微通道反應(yīng)器中使用的 相同催化劑的壽命長(zhǎng)至少約兩倍，這是因?yàn)橥ㄟ^本發(fā)明的方法可以實(shí)現(xiàn)更好的溫度控制。 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述催化劑壽命可以比在常規(guī)的管狀非微通道反應(yīng)器中使用的相同催 化劑的壽命長(zhǎng)至少約2. 2倍，在一個(gè)實(shí)施方案中長(zhǎng)至少約2. 5倍，在一個(gè)實(shí)施方案中長(zhǎng)至少 約2. 7倍。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，通過本發(fā)明的方法，所述反應(yīng)器在催化劑換出之間的 工作時(shí)間可長(zhǎng)出至少約2倍；和/或在催化劑由于活性、選擇度、或者活性和選擇度同時(shí)損 失因而需要更換之前，用相同體積的催化劑可產(chǎn)出多出至少約兩倍的、在一個(gè)實(shí)施方案中 多出至少約3倍的、在一個(gè)實(shí)施方案中多出至少約4倍的環(huán)氧乙烷。
反應(yīng)物或工藝原料可包括乙烯和氧氣或氧源。乙烯和氧氣或氧源的混合物可被稱 為反應(yīng)物組合物。乙烯可與氧氣或氧源在所述微通道反應(yīng)器中或所述微通道反應(yīng)器的上游 相結(jié)合。反應(yīng)物的純度不是很重要，雖然純凈是優(yōu)選的以避免可能使催化劑中毒的化合物 的存在。所述反應(yīng)物或工藝原料可進(jìn)一步包含一種或多種有機(jī)鹵化物。所述有機(jī)鹵化物可 包括一種或多種鹵代烷和/或鹵代烯，例如氯乙烷和/或氯乙烯等。所述有機(jī)鹵化物可用 作使乙烯和氧氣轉(zhuǎn)化成環(huán)氧乙烷的助催化劑。烷基可含有1-約5個(gè)碳原子，在一個(gè)實(shí)施方 案中含有1-約3個(gè)碳原子。烯基可含有2-約5個(gè)碳原子，在一個(gè)實(shí)施方案中含有2-約3 個(gè)碳原子。所述鹵化物可包括氯化物、溴化物和/或碘化物。所述鹵化物可包括氯化物。所述氧氣或氧源可包括分子氧、空氣和/或其它可起到氧源作用的氧化劑，如氮 氧化物(例如NOj2O)。所述氧源可包括富氧空氣。所述氧源可包括氧氣和/或空氣和二氧 化碳的混合物?？墒褂煤醯臍鈶B(tài)混合物，如氧氣和空氣的混合物或氧氣和惰性氣體(例 如氦氣、氬氣等)的混合物或稀釋氣體(例如二氧化碳、水蒸氣等)?；谌吭?，所述反應(yīng)物可包含以體積計(jì)約10% -約75%的乙烯，在一個(gè)實(shí)施 方案中包含以體積計(jì)約10% -約70%的乙烯，在一個(gè)實(shí)施方案中包含約20% -約65%的 乙烯，在一個(gè)實(shí)施方案中包含約25% -約50%的乙烯。基于全部原料，所述反應(yīng)物可包含 以體積計(jì)約5%的氧氣或氧源，在一個(gè)實(shí)施方案中包含以體積計(jì)約5%-約50%的氧氣或氧 源，在一個(gè)實(shí)施方案中包含以體積計(jì)約8% -約35%的氧氣或氧源，在一個(gè)實(shí)施方案中包含 以體積計(jì)約10% -約25%的氧氣或氧源?；谌吭?，乙烯對(duì)氧氣或氧源的摩爾比可為 約10 1-約0. 1 10，在一個(gè)實(shí)施方案中為約5 1-約1.5 1?；谌吭纤龇?應(yīng)物或工藝原料可最多含有以體積計(jì)約百萬(wàn)分之100份(ppm)的一種或多種有機(jī)鹵化物， 在一個(gè)實(shí)施方案中含有約0. 3-約70ppm，在一個(gè)實(shí)施方案中含有約0. 3-約50ppm，在一個(gè) 實(shí)施方案中含有約0. 3-約25ppm，在一個(gè)實(shí)施方案中含有約1-約lOppm。常規(guī)的將乙烯轉(zhuǎn)化成環(huán)氧乙烷的方法必須考慮氧氣和乙烯的混合物發(fā)生爆炸的 可能性，與此不同的是，使用本發(fā)明而發(fā)生這樣的爆炸的可能性很小。因此，例如，本發(fā)明的 方法可使用含有以體積計(jì)至少約25%的氧氣的反應(yīng)物組合物來(lái)實(shí)施，在一個(gè)實(shí)施方案中使 用的反應(yīng)物組合物種含有以體積計(jì)約25% -約50%的氧氣，而常規(guī)方法一般會(huì)被限制于 使用以體積計(jì)7-8%的氧濃度。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是由在所述工藝微通道中使用的相對(duì)短暫 的催化劑接觸時(shí)間、由本發(fā)明的工藝帶來(lái)的進(jìn)一步的冷卻和所述工藝微通道的尺寸而導(dǎo)致 的，這些因素使它們有效地?fù)錅缁鹧?，防止通常?huì)導(dǎo)致爆炸和/或爆震的燃燒反應(yīng)和火焰 的推進(jìn)。因此，通過本發(fā)明的方法能夠在爆炸范圍以內(nèi)即氧氣以體積計(jì)為約25-約50%的 條件下工作，從而不引起爆炸?？梢允褂迷谝韵路秶鷥?nèi)的氧氣濃度實(shí)施本發(fā)明的方法以體積計(jì)約5%-約50%， 在一個(gè)實(shí)施方案中為以體積計(jì)約5% -約25%，在一個(gè)實(shí)施方案中為以體積計(jì)約5% -約 15%，在一個(gè)實(shí)施方案中為以體積計(jì)約5% -約10%。當(dāng)該反應(yīng)方法與不適于使用在爆炸 范圍以內(nèi)的氧氣濃度的其它單元的工作結(jié)合使用時(shí)，對(duì)于本發(fā)明的方法的某些實(shí)施方案使 用所述爆炸范圍以下的氧氣濃度可能是有利的。所述反應(yīng)物和工藝原料可包括一種或多種稀釋物質(zhì)。所述稀釋物質(zhì)可包括氮?dú)狻?氦氣、甲烷、天然氣、二氧化碳、液態(tài)水、蒸汽、氬氣等。所述稀釋物質(zhì)可與所述乙烯、氧氣或氧源、或者乙烯和氧氣或氧源的混合物進(jìn)行混合。稀釋物質(zhì)對(duì)乙烯和/或氧氣或氧源的體 積比以體積計(jì)可為0-約75%，在一個(gè)實(shí)施方案中為以體積計(jì)0-約50 %，在一個(gè)實(shí)施方案 中為以體積計(jì)0. 1-約75%，在一個(gè)實(shí)施方案中為以體積計(jì)1-約75%，在一個(gè)實(shí)施方案中 為以體積計(jì)5-約75 %，在一個(gè)實(shí)施方案中為以體積計(jì)10-約75 %，在一個(gè)實(shí)施方案中為以 體積計(jì)20-約75%。但是，本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明的方法能夠在不 使用這樣的稀釋物質(zhì)或使用減少的量的這種稀釋物質(zhì)的前提下實(shí)施，因此可提供一種更為 有效和簡(jiǎn)潔的方法。基于全部原料，所述反應(yīng)物或工藝原料可包括以體積計(jì)約5% -約50%的氧氣，以 體積計(jì)約10% -約75%的乙烯，以體積計(jì)約10% -約75%的一種或多種稀釋物質(zhì)，以及以 體積計(jì)最多約IOOppm的一種或多種有機(jī)鹵化物?；谌吭希龇磻?yīng)物或工藝原料可 包括以體積計(jì)約5% -25%的氧氣，以體積計(jì)約25% -約50%的乙烯，以體積計(jì)約25% -約 65%的一種或多種稀釋物質(zhì)，以及以體積計(jì)最多約IOOppm的一種或多種有機(jī)鹵化物。所述反應(yīng)物或工藝原料可進(jìn)一步部分地或全部地包括一種或多種再循環(huán)流，所述 再循環(huán)流是已經(jīng)從產(chǎn)物流中分離出環(huán)氧乙烷和任選的其他組分的。所述再循環(huán)流可含有一 種或多種反應(yīng)副產(chǎn)物，如二氧化碳。基于全部原料，包括一種或多種再循環(huán)流的所述反應(yīng)物 或工藝原料可含有以體積計(jì)最多約為20%的二氧化碳，在一個(gè)實(shí)施方案中含有以體積計(jì)最 多約為10%的二氧化碳，在一個(gè)實(shí)施方案中含有以體積計(jì)最多約為5%的二氧化碳，在一 個(gè)實(shí)施方案中含有以體積計(jì)最多約為的二氧化碳，在一個(gè)實(shí)施方案中含有以體積計(jì)最 多約為0. 1 %的二氧化碳。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述反應(yīng)物或工藝原料無(wú)論是否包含再循環(huán) 流，其特征都可為不存在二氧化碳。所述微通道反應(yīng)器中的局部條件可通過特定的溫度和/或組成特征通過以下的 一項(xiàng)或多項(xiàng)進(jìn)行控制在所述微通道反應(yīng)器中與毗鄰一個(gè)或多個(gè)工藝微通道的熱交換通道 進(jìn)行熱交換；與熱接觸所述工藝微通道的熱交換通道進(jìn)行熱交換；與戰(zhàn)略性地設(shè)置以對(duì)應(yīng) 于各自的反應(yīng)器部分的多個(gè)熱交換通道的組合進(jìn)行熱交換；沿著所述工藝微通道的軸長(zhǎng)方 向用分步添加法加入一種或多種反應(yīng)物和/或稀釋物質(zhì)?？墒褂玫葴氐姆磻?yīng)器特征。通過這樣的熱學(xué)特征，可使用部分沸騰的熱交換流體。沿所述工藝微通道的長(zhǎng)度方向可使用特定的溫度特征。為了通過與熱交換介質(zhì)例如熱交換流體進(jìn)行熱交換來(lái)控制所述放熱反應(yīng)，所述方 法可在所述微通道反應(yīng)器的入口處或附近采用比所述微通道反應(yīng)器的出口附近更大的熱通量。所述微通道反應(yīng)器可按圖2所示進(jìn)行構(gòu)建。參考圖2，微通道反應(yīng)器100包括多 個(gè)形成環(huán)氧乙烷的工藝微通道110和熱交換通道170，所述環(huán)氧乙烷的工藝微通道和熱交 換通道一個(gè)疊垛在另一個(gè)之上。所述微通道反應(yīng)器100可為立方塊的形式。所述立方塊可 具有約10-約1000cm的長(zhǎng)度，在一個(gè)實(shí)施方案中具有約20-約200cm的長(zhǎng)度。所述立方塊 可具有約10-約1000cm的寬度，在一個(gè)實(shí)施方案中具有約20-約200cm的寬度。所述立方 塊可具有約10-約1000cm的高度，在一個(gè)實(shí)施方案中具有約20-約200cm的高度。所述反 應(yīng)物可按箭頭112所示方向進(jìn)入所述工藝微通道110中。產(chǎn)物可按箭頭118所示方向流出 所述工藝微通道。熱交換流體可按箭頭172的方向進(jìn)入熱交換通道170。熱交換流體可按 箭頭174的方向流出熱交換通道170。微通道反應(yīng)器100可具有使反應(yīng)物流進(jìn)工藝微通道110的原料流頭部或歧管，是產(chǎn)物流出工藝微通道110的產(chǎn)物腳部或歧管，使熱交換流體流 進(jìn)熱交換通道170的熱交換入口歧管，以及使熱交換流體流出熱交換通道170的熱交換出
口歧管。微通道反應(yīng)器100可含有一個(gè)或多個(gè)重復(fù)單元。每個(gè)重復(fù)含有一個(gè)或多個(gè)工藝微 通道和一個(gè)或多個(gè)熱交換通道。可使用的一些重復(fù)單元的實(shí)例示出于圖9-14和沈-27中。 這些在以下進(jìn)行討論。每個(gè)工藝微通道可含有一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)區(qū)域，其中所述反應(yīng)物發(fā)生 反應(yīng)以形成希望的產(chǎn)物。固態(tài)的催化劑可存在于所述一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)區(qū)域中。所述催化劑 可包括固定在固體上的勻質(zhì)催化劑。每個(gè)重復(fù)單元可含有一個(gè)或多個(gè)熱交換通道。在一個(gè) 實(shí)施方案中，每個(gè)工藝微通道可與一個(gè)或多個(gè)相鄰的反應(yīng)物流通道相結(jié)合以將反應(yīng)物之一 (例如氧氣)分步添加到所述工藝微通道中。所述工藝微通道和相鄰的反應(yīng)物流通道可具 有共用壁，同時(shí)所述共用壁上具有多個(gè)開口。這些開口可用于使反應(yīng)物之一從相鄰的反應(yīng) 物流通道流進(jìn)工藝微通道中。所述原料流頭部可包括獨(dú)立的歧管用以將反應(yīng)物獨(dú)立地分布 在所述工藝微通道和相鄰的反應(yīng)物流通道中。本發(fā)明的將乙烯和氧氣轉(zhuǎn)化成環(huán)氧乙烷的方法可在如圖3A和;3B所示的微通道反 應(yīng)器100中實(shí)施。參考圖3A，包含乙烯和氧氣或氧源的混合物的工藝原料流或反應(yīng)物組合 物按箭頭112所示方向流進(jìn)原料流頭部或歧管120，并從所述原料流頭部或歧管120流進(jìn) 微通道反應(yīng)器100的一個(gè)或多個(gè)工藝微通道110中。在工藝微通道110中，所述反應(yīng)器與 催化劑接觸并發(fā)生反應(yīng)以形成包含環(huán)氧乙烷的希望的產(chǎn)物。所述產(chǎn)物通過產(chǎn)物腳部或歧管 124流出工藝微通道110。所述產(chǎn)物按箭頭118所示方向從所述產(chǎn)物腳部或歧管IM流出 所述微通道反應(yīng)器100?；蛘?，參考圖:3B，微通道反應(yīng)器100可包括一個(gè)或多個(gè)工藝微通道以及一個(gè)或多 個(gè)相鄰的反應(yīng)物流通道。每個(gè)工藝微通道和相鄰的反應(yīng)物流通道可具有共用壁，并且在所 述共用壁上具有多個(gè)開口。所述乙烯可按箭頭114所示方向流進(jìn)頭部120，并從頭部120流 進(jìn)微通道反應(yīng)器100中的一個(gè)或多個(gè)工藝微通道中。所述氧氣或氧源可按箭頭116所示方 向流進(jìn)頭部120，并從所述頭部120流進(jìn)微通道反應(yīng)器100中的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)物流通道 中。然后所述氧氣或氧源可從每個(gè)反應(yīng)物流通道中通過咋所述反應(yīng)物流通道和工藝微通道 之間的共用壁上的開口流進(jìn)相鄰的工藝微通道中。或者，所述氧氣可直接流進(jìn)微通道反應(yīng) 器100的一個(gè)或多個(gè)工藝微通道中，所述乙烯可流進(jìn)微通道反應(yīng)器100的一個(gè)或多個(gè)反應(yīng) 物流通道中的每一個(gè)，并從其中流進(jìn)相鄰的工藝微通道中。直接流進(jìn)所述工藝微通道的反 應(yīng)物可被稱為第一反應(yīng)物，流進(jìn)所述相鄰的反應(yīng)物流通道并且之后流進(jìn)所述工藝微通道的 反應(yīng)物可被稱為第二反應(yīng)物。在所述工藝微通道中，所述乙烯和氧氣或氧源接觸彼此和催 化劑并發(fā)生反應(yīng)以形成包含環(huán)氧乙烷的希望的產(chǎn)物。所述產(chǎn)物通過產(chǎn)物腳部或歧管1 流 出所述工藝微通道并從所述產(chǎn)物腳部或歧管1 流出所述微通道反應(yīng)器100，如箭頭118所示。雖然本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)在于，通過所述微通道反應(yīng)器一次即可得到向希望的產(chǎn) 物的高轉(zhuǎn)化率，但是在一個(gè)實(shí)施方案中，使用常規(guī)技術(shù)或微通道技術(shù)可從產(chǎn)物組合物中將 一種或多種未反應(yīng)的反應(yīng)物與環(huán)氧乙烷分離并再循環(huán)通回所述微通道反應(yīng)器100中。所述 未反應(yīng)的反應(yīng)物可再循環(huán)通過微通道反應(yīng)器100任意次數(shù)，例如一次、兩次、三次、四次等。所述反應(yīng)物在進(jìn)入微通道反應(yīng)器100之前可進(jìn)行預(yù)熱。所述反應(yīng)物可以預(yù)熱到所述微通道反應(yīng)器中使用的一個(gè)或多個(gè)工藝微通道的反應(yīng)區(qū)域中使用的平均溫度。所述反應(yīng) 方法是放熱的。為了控制該反應(yīng)，熱量從所述工藝微通道轉(zhuǎn)移到熱交換介質(zhì)中。即是說(shuō)，在 本發(fā)明的方法的過程中，用熱交換介質(zhì)將所述工藝微通道冷卻。所述熱交換介質(zhì)可包括在 一個(gè)或多個(gè)熱交換通道中的熱交換流體。所述熱通道可與所述工藝微通道相鄰和/或熱接 觸。參考圖3A和3B，所述熱交換流體按箭頭172所示方向流進(jìn)熱交換歧管176中，并從所 述熱交換歧管176流通到微通道反應(yīng)器100中的熱交換通道170中。所述熱交換流體從所 述工藝微通道中吸收熱量，然后流出所述熱交換通道流進(jìn)兵通過熱交換歧管178，然后從熱 交換歧管178按箭頭174所示方向流出微通道反應(yīng)器100。在所述工藝流體和熱交換流體 之間的熱轉(zhuǎn)移可使用對(duì)流熱轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，熱轉(zhuǎn)移可使用熱交換流體來(lái)增 強(qiáng)，其中所述熱交換流體經(jīng)歷吸熱反應(yīng)和/或完全的或部分的相變(例如部分沸騰)。嚴(yán)所 述工藝微通道110的長(zhǎng)度方向可使用多個(gè)熱交換區(qū)域使得沿所述工藝微通道的軸長(zhǎng)方向 的不同位置處具有不同的溫度。并且，在所述反應(yīng)結(jié)束時(shí)，所述產(chǎn)物可被淬滅一減少或防止 不希望的副產(chǎn)物的形成。淬滅可在微通道反應(yīng)器100或所述微通道反應(yīng)器的下游進(jìn)行。所述乙烯可用氧化脫氫法或熱裂解法形成。所述乙烯可在位于用以將乙烯轉(zhuǎn)化成 環(huán)氧乙烷的微通道反應(yīng)器上游的反應(yīng)器中形成。這示出于圖4中。參考圖4，乙烯在位于形 成環(huán)氧乙烷的微通道反應(yīng)器100上游的反應(yīng)器180中形成。反應(yīng)器180可為常規(guī)反應(yīng)器或 微通道反應(yīng)器。乙烷和氧氣或氧源按箭頭181和182所示進(jìn)入反應(yīng)器180，并在反應(yīng)器180 中經(jīng)歷反應(yīng)形成乙烯。所述乙烯按箭頭114所示方向流出反應(yīng)器180。所述乙烯流進(jìn)微通 道反應(yīng)器100并在其中如以上所討論的那樣轉(zhuǎn)化成環(huán)氧乙烷。圖4中示出的形成乙烯的方 法為氧化脫氫(ODH)反應(yīng)方法。該方法是放熱的。使熱交換流體按箭頭183和184所示方 向流通反應(yīng)器180從而冷卻所述反應(yīng)。反應(yīng)器180可包括與圖2所示的微通道反應(yīng)器100 類似的微通道反應(yīng)器。該微通道反應(yīng)器可包括多個(gè)工藝微通道和熱交換通道，所述工藝微 通道和熱交換通道一個(gè)疊垛在另一個(gè)之上。微通道反應(yīng)器180可具有用于使反應(yīng)物流進(jìn)所 述工藝微通道的原料流頭部或歧管185，用于使產(chǎn)物流出所述工藝微通道的產(chǎn)物腳部或歧 管186，用于使熱交換流體流進(jìn)所述熱交換通道的熱交換入口歧管187，以及用于使熱交換 流體流出所述熱交換通道的熱交換出口歧管188。或者，所述形成乙烯的方法可包括催化脫 氫方法或熱裂解方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述微通道反應(yīng)器的第一部分可用于使用熱裂解或催化裂解 來(lái)形成乙烯，然后在所述微通道反應(yīng)器的第二部分中冷卻，然后在所述微通道反應(yīng)器的第 三部分中轉(zhuǎn)化乙烯形成環(huán)氧乙烷。在一個(gè)實(shí)施方案中，可在所述微通道反應(yīng)器中使用氧化 脫氫法以從乙烷形成乙烯，然后冷卻，然后將乙烯與氧氣混合并與催化劑接觸以形成環(huán)氧 乙烷。這示出于圖5。圖5中示出的方法與圖4中示出的方法類似，不同之處在于，將乙烷 轉(zhuǎn)化成乙烯的方法和將乙烯轉(zhuǎn)化成環(huán)氧乙烷的方法均在微通道反應(yīng)器100A中實(shí)施。微通 道反應(yīng)器100A與圖2所示的微通道反應(yīng)器100類似。該微通道反應(yīng)器可包括多個(gè)工藝微 通道和熱交換通道，所述工藝微通道和熱交換通道一個(gè)疊垛在另一個(gè)之上。微通道反應(yīng)器 100A可具有用于使反應(yīng)物流進(jìn)所述工藝微通道的原料流頭部或歧管120，以及用于使產(chǎn)物 流出所述工藝微通道的產(chǎn)物腳部或歧管124。所述工藝微通道含有形成乙烯的催化劑和烯 烴環(huán)氧化催化劑，所述形成乙烯的催化劑位于所述烯烴環(huán)氧化催化劑的上游。乙烷和氧氣 或氧源與形成乙烯的催化劑接觸并發(fā)生反應(yīng)形成乙烯。產(chǎn)物乙烯可被冷卻。所述乙烯和氧氣或氧源可在之后與所述烯烴環(huán)氧化催化劑接觸并發(fā)生反應(yīng)形成環(huán)氧乙烷。使用熱交換流 體控制溫度。所述熱交換流體按箭頭172所示流進(jìn)熱交換歧管176，并從熱交換歧管176流 通到所述微通道交換器100中的熱交換通道170中。所述熱交換流體從所述工藝微通道中 吸收熱量，然后流出所述熱交換通道進(jìn)入并通過熱交換歧管178，并從所述熱交換歧管按箭 頭174所示流出微通道反應(yīng)器100A。在微通道反應(yīng)器100中形成的環(huán)氧乙烷可轉(zhuǎn)化成乙二醇。這示出于圖6A和6B。 參考圖6A，在微通道反應(yīng)器100中形成的環(huán)氧乙烷通過在形成乙二醇的反應(yīng)器190中與水 反應(yīng)轉(zhuǎn)化成乙二醇。所述形成乙二醇的反應(yīng)器190位于形成所述環(huán)氧乙烷的微通道反應(yīng)器 100的下游。所述形成乙二醇的反應(yīng)器190可為常規(guī)反應(yīng)器或微通道反應(yīng)器。微通道反應(yīng) 器190可包括多個(gè)工藝微通道和熱交換通道，所述工藝微通道和熱交換通道一個(gè)疊垛在另 一個(gè)之上。微通道反應(yīng)器190可具有用于使反應(yīng)物流進(jìn)所述工藝微通道的原料流頭部或歧 管195，用于使產(chǎn)物流出所述工藝微通道的產(chǎn)物腳部或歧管196，用于使熱交換流體流進(jìn)所 述熱交換通道的熱交換入口歧管197，以及用于使熱交換流體流出所述熱交換通道的熱交 換出口歧管198。流通所述反應(yīng)器的熱交換流體可用于加熱或冷卻所述反應(yīng)。想乙二醇的 轉(zhuǎn)化可通過用熱學(xué)方法和/或催化方法使環(huán)氧乙烷與水發(fā)生反應(yīng)來(lái)進(jìn)行。所述催化劑可為 酸性催化劑或堿性催化劑。所述催化劑可包括硫酸。所述反應(yīng)可包括液相反應(yīng)或氣相反應(yīng)。圖6B中所示的方法類似于圖6A所示的方法，不同之處在于，將乙烯轉(zhuǎn)化成環(huán)氧乙 烷的方法和將環(huán)氧乙烷轉(zhuǎn)化成乙二醇的方法均在微通道反應(yīng)器100B中實(shí)施。微通道反應(yīng) 器100B類似于圖2所示的微通道反應(yīng)器100。該微通道反應(yīng)器可包括多個(gè)工藝微通道和熱 交換通道，所述工藝微通道和熱交換通道一個(gè)疊垛在另一個(gè)之上。微通道反應(yīng)器100B可具 有用于使反應(yīng)物流進(jìn)所述工藝微通道的原料流頭部或歧管120，以及用于使產(chǎn)物流出所述 工藝微通道的產(chǎn)物腳部或歧管124。所述工藝微通道含有烯烴環(huán)氧化催化劑和形成乙二醇 的催化劑，所述烯烴環(huán)氧化催化劑位于所述形成乙二醇的催化劑的上游。乙烯和氧氣或氧 源與烯烴環(huán)氧化催化劑接觸并發(fā)生反應(yīng)形成環(huán)氧乙烷。所述環(huán)氧乙烷和水可在之后與所述 形成乙二醇的催化劑接觸并發(fā)生反應(yīng)形成乙二醇。水按箭頭191所示進(jìn)入所述微通道反應(yīng) 器?？墒褂梅植教砑臃▽⑺尤胛挥谒鱿N環(huán)氧化催化劑下游的一個(gè)貨多個(gè)工藝微通道 中。所述乙二醇按箭頭192所示流出所述微通道反應(yīng)器100B。使用熱交換流體控制溫度。 所述熱交換流體按箭頭172所示流進(jìn)熱交換歧管176，并從熱交換歧管176流通到所述微通 道交換器100B中的熱交換通道170中。所述熱交換流體從所述工藝微通道中吸收熱量，然 后流出所述熱交換通道進(jìn)入并通過熱交換歧管178，并從所述熱交換歧管按箭頭174所示 流出微通道反應(yīng)器100B。所述微通道反應(yīng)器可與一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)存容器、泵、壓縮機(jī)、閥門、微處理器、流動(dòng)控 制裝置等結(jié)合使用，這些未在附圖中示出，狄安娜對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。微通道反應(yīng)器100可含有多個(gè)重復(fù)單元，每個(gè)重復(fù)單元可包括一個(gè)貨多個(gè)形成環(huán) 氧乙烷的工藝微通道和一個(gè)或多個(gè)熱交換通道。當(dāng)在本發(fā)明的方法中使用分步添加法時(shí)， 所述重復(fù)單元可含有一個(gè)或多個(gè)與每個(gè)工藝微通道相鄰的反應(yīng)物流通道。可使用的重復(fù)單 元包括分別示出于圖9-14和洸-27中的重復(fù)單元200、200A、200B、200C、200D、200E、200F 和200G，在一個(gè)實(shí)施方案中這樣的重復(fù)單元具有約10-約500個(gè)。重復(fù)單元200、200A、 200B、200C、200D、200E、200F或200G中使用的催化劑可為任意行事，包括以下描述的各種催化劑結(jié)構(gòu)形式。圖9示出了重復(fù)單元200。參考圖9，工藝微通道210的位置于熱交換通道230相 鄰。熱交換通道230可為微通道。共用壁232將工藝微通道210和熱交換通道230分開。 共用壁232可被稱為熱轉(zhuǎn)移壁。工藝微通道210包括反應(yīng)區(qū)域212。催化劑(圖中未示出) 置于所述反應(yīng)區(qū)域212中。反應(yīng)物或反應(yīng)物組合物(即乙烯和氧氣或氧源)按箭頭214所 示流進(jìn)反應(yīng)區(qū)域212中，在反應(yīng)區(qū)域212中接觸所述催化劑，并發(fā)生反應(yīng)形成希望的產(chǎn)物。 所述產(chǎn)物包括環(huán)氧乙烷。所述產(chǎn)物按箭頭216所示流出工藝微通道210。熱交換流體沿與 工藝微通道210中的反應(yīng)物和產(chǎn)物的流動(dòng)方向相交叉的方向(即從頁(yè)面流進(jìn)或流出，如圖 9所示)流進(jìn)熱交換通道230。在工藝微通道210中進(jìn)行的形成環(huán)氧乙烷的反應(yīng)是放熱的， 所述熱交換流體為所述反應(yīng)提供冷卻?；蛘撸鰺峤粨Q流體可沿與工藝微通道210中的 反應(yīng)物和產(chǎn)物的流動(dòng)方向相反或相同的方向流通熱交換通道230。重復(fù)單元200A示出于圖10。參考圖10，工藝微通道210的位置于反應(yīng)物流通道 250相鄰。工藝微通道210包括反應(yīng)區(qū)域212。工藝微通道210和反應(yīng)物流通道250具有共 用壁252。共用壁252具有多個(gè)開口 254，這些開口的尺寸足以允許反應(yīng)物之一的流動(dòng)。即 是說(shuō)，乙烯或氧氣或氧源，優(yōu)選氧氣或氧源按箭頭256所示從反應(yīng)物流通道250流進(jìn)工藝微 通道210中。該反應(yīng)物可被稱為分步添加的反應(yīng)物或第二反應(yīng)物。開口邪4可被稱為孔。 共用壁252中含有開口 254的部分258可被稱為開孔部分。熱交換通道230的位置與工藝 微通道210相鄰。熱交換通道230和工藝微通道210具有共用壁232。共用壁232可被稱 為熱轉(zhuǎn)移壁。在工作時(shí)，優(yōu)選包含乙烯的所述第一反應(yīng)物按箭頭217所示流進(jìn)工藝微通道 210。優(yōu)選包含氧氣或氧源的所述第二反應(yīng)物(即所述分步添加的反應(yīng)物)按箭頭218所 示流進(jìn)反應(yīng)物流通道250，并從反應(yīng)物流通道250通過開口 2M流進(jìn)工藝微通道210中。在 工藝微通道210中，所述反應(yīng)物在反應(yīng)區(qū)域212中接觸催化劑并發(fā)生反應(yīng)以形成包含環(huán)氧 乙烷的希望的產(chǎn)物。所述反應(yīng)是放熱的，所述熱交換通道230用于冷卻以控制所述反應(yīng)的 溫度。所述熱交換流體可沿與工藝微通道210中的反應(yīng)物和產(chǎn)物的流動(dòng)方向相交叉的方向 流進(jìn)熱交換通道230中。或者，所述熱交換流體可沿與在工藝微通道210中的反應(yīng)物和產(chǎn) 物的流動(dòng)方向相反或相同的方向流動(dòng)。圖11所示的重復(fù)單元200B與圖10所示的重復(fù)單元100A相似，不同之處在于，工 藝微通道210為E型微通道，并且包括兩個(gè)反應(yīng)區(qū)域。并且，使用了兩個(gè)相鄰的反應(yīng)物流通 道。在該實(shí)施方案中，該反應(yīng)方法中應(yīng)用第二反應(yīng)物的分步添加。工藝微通道210呈E形， 具有如箭頭217和217A所示的入口和如箭頭216所示的出口。工藝微通道210包括反應(yīng) 區(qū)域212和212A。反應(yīng)物流通道250和250A位于E形工藝微通道210的腿之間。反應(yīng)物 流通道250和工藝微通道210具有共用壁252，且該共用壁含有多個(gè)開口 254。反應(yīng)物流通 道250A和工藝微通道210具有共用壁252A，該共用壁含有多個(gè)開口 254A。優(yōu)選包含乙烯 的所述第一反應(yīng)物按箭頭217和217A所示進(jìn)入工藝微通道210，并分別流進(jìn)反應(yīng)區(qū)域212 和212A中。優(yōu)選包含氧氣或氧源的所述第二反應(yīng)物沿箭頭218和218A分別進(jìn)入反應(yīng)物 流通道250和250A。所述第二反應(yīng)物從反應(yīng)物流通道250和250A流向并通過開口 2M和 254A，進(jìn)入反應(yīng)區(qū)域212和212A，接觸所出第一反應(yīng)物和催化劑，并發(fā)生反應(yīng)形成產(chǎn)物。所 述產(chǎn)物包含環(huán)氧乙烷。所述產(chǎn)物按箭頭216所示流出所述E形工藝微通道210。熱交換流 體沿與工藝微通道210中的反應(yīng)物和產(chǎn)物的流動(dòng)方向相交叉的方向流進(jìn)熱交換通道230，為所述放熱反應(yīng)提供冷卻?；蛘?，所述熱交換流體可沿與反應(yīng)區(qū)域中212和212A中的反應(yīng) 物和產(chǎn)物的流動(dòng)方向相同或相反的方向流動(dòng)。重復(fù)單元200C示出于圖12。參考圖12，重復(fù)單元200C包括工藝微通道210、熱交 換通道230、反應(yīng)物流通道250和開孔部分258。共用壁252將工藝微通道210和反應(yīng)物流 通道250分開，含有開口 2M的所述開孔部分258位于共用壁252中。所述開孔部分258部 分地沿著工藝微通道210的軸長(zhǎng)方向延伸。工藝微通道210具有混合區(qū)域211和反應(yīng)區(qū)域 212。催化劑215位于反應(yīng)區(qū)域212中。所述混合區(qū)域211位于反應(yīng)區(qū)域212的上游。所 述第一反應(yīng)物按箭頭217所示流進(jìn)工藝微通道210中，然后流進(jìn)混合區(qū)域211。所述第二反 應(yīng)物按箭頭218所示流進(jìn)反應(yīng)物流通道250中，并從所述反應(yīng)物流通道250按箭頭256所 示通過開口 2M流進(jìn)混合區(qū)域211中。所述第一反應(yīng)物和第二反應(yīng)物在混合區(qū)域211中彼 此接觸并形成反應(yīng)物混合物。所述反應(yīng)物混合物從混合區(qū)域211流進(jìn)反應(yīng)區(qū)域212中，接 觸催化劑215并發(fā)生反應(yīng)形成包含環(huán)氧乙烷的希望的產(chǎn)物。所述產(chǎn)物按箭頭216所示流出 工藝微通道210。熱交換流體沿與在工藝微通道210中流動(dòng)的流體的流動(dòng)方向相交叉的方 向流進(jìn)熱交換通道230。或者，所述熱交換流體可沿與工藝微通道210中的流體的流動(dòng)方向 相反或相同的方向流動(dòng)。在圖12所示的重復(fù)單元200C的一個(gè)替換性的實(shí)施方案中，在工藝微通道210中 混合區(qū)域211和反應(yīng)區(qū)域212之間設(shè)有補(bǔ)充混合區(qū)域。在所述補(bǔ)充混合區(qū)域中混合的停留 時(shí)間可用在標(biāo)準(zhǔn)的溫度(即0°C )和壓力(即大氣壓)條件下通過開口 2M的流和在工藝 微通道210中的第一反應(yīng)物流的總和以及由在混合區(qū)域211的末端和反應(yīng)區(qū)域212的始端 之間的工藝微通道210限定的體積來(lái)限定。該用于在補(bǔ)充混合區(qū)域中混合的停留時(shí)間最多 可為約500毫秒(ms)，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 25ms-約500ms，在一個(gè)實(shí)施方案中為約 0. 25ms-約250ms，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 25-約50ms，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 25-約 2. 5ms。圖13示出的重復(fù)單元200D與圖12所示的重復(fù)單元200C相似，不同之處在于該 重復(fù)單元200D不含有分開的混合區(qū)域211。通過重復(fù)單元200D，所述第二反應(yīng)物通過開口 254流進(jìn)反應(yīng)區(qū)域212，在該反應(yīng)區(qū)域中接觸所述第一反應(yīng)物和催化劑215，發(fā)生反應(yīng)以形 成包含環(huán)氧乙烷的希望的產(chǎn)物。所述產(chǎn)物之后按箭頭216所示流出工藝微通道210。圖14所示的重復(fù)單元200E與圖12所示的重復(fù)單元200C相似，不同之處在于，部 分所述第二反應(yīng)物在混合區(qū)域211中雨所述第一反應(yīng)物混合物，其余的第二反應(yīng)物在反應(yīng) 區(qū)域212中與得到的反應(yīng)混合物混合。在混合區(qū)域211中與所述第一反應(yīng)物混合的所述第 二反應(yīng)物的量可為所述第二反應(yīng)物體積的約-約99%，在一個(gè)實(shí)施方案中為以體積計(jì) 約5% -約95%，在一個(gè)實(shí)施方案中為以體積計(jì)約10% -約90%，在一個(gè)實(shí)施方案中為以 體積計(jì)約20 % -約80 %，在一個(gè)實(shí)施方案中為以體積計(jì)約30 % -約70 %，在一個(gè)實(shí)施方案 中為所述第二反應(yīng)物體積的約40% -約60%。其余的第二反應(yīng)物在反應(yīng)區(qū)域212中與得 到的反應(yīng)物混合物混合。圖沈所示的重復(fù)單元200F與圖9中所示的重復(fù)單元200相似，不同之處在于圖 26中示出的工藝問通道210包括反應(yīng)區(qū)域220，預(yù)熱區(qū)域240和淬滅區(qū)域M5。所述預(yù)熱區(qū) 域240位于所述反應(yīng)區(qū)域212的上游。所述淬滅區(qū)域245位于反應(yīng)區(qū)域212的下游。預(yù)熱 區(qū)域240被加熱部分236加熱。反應(yīng)區(qū)域212被冷卻區(qū)域234冷卻。淬滅區(qū)域245被冷卻區(qū)域238冷卻。所述加熱部分236和冷卻部分234和238中的每一個(gè)均可包括熱交換通道 和在所述熱交換通道中流動(dòng)的適當(dāng)?shù)臒峤粨Q流體。所述反應(yīng)物按箭頭214所示進(jìn)入預(yù)熱部 分240中，并通過所述預(yù)熱區(qū)域M0，在其中所述反應(yīng)物被預(yù)熱到希望的溫度以進(jìn)入反應(yīng)區(qū) 域212。所述反應(yīng)物從預(yù)熱部分240流進(jìn)反應(yīng)區(qū)域212中，在其中經(jīng)歷反應(yīng)形成產(chǎn)物。所述 產(chǎn)物從反應(yīng)區(qū)域212流通過淬滅區(qū)域245，在所述淬滅區(qū)域中將產(chǎn)物淬滅。所述產(chǎn)物從淬滅 區(qū)域M5中按箭頭218所示方向流出工藝微通道210。圖27所示的重復(fù)單元200G與重復(fù)單元200F相似，不同之處在于，工藝微通道210 為側(cè)倒的U形。并且，預(yù)熱區(qū)域240和淬滅區(qū)域245彼此相鄰并且在彼此之間交換熱量。工 藝微通道210的反應(yīng)區(qū)域212被熱交換通道230的冷卻部分234冷卻。所述反應(yīng)物按箭頭 214所示進(jìn)入工藝微通道210，流通過預(yù)熱部分240并在其中所述反應(yīng)物被預(yù)熱，然后通過 反應(yīng)區(qū)域212并且在其中所述反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)形成產(chǎn)物。所述產(chǎn)物從反應(yīng)區(qū)域212流通過 淬滅區(qū)域245并在其中淬滅反應(yīng)。所述產(chǎn)物按箭頭218所示流出從工藝微通道210。流進(jìn) 所述預(yù)熱區(qū)域240的相對(duì)較冷的反應(yīng)物被流通過淬滅區(qū)域245的相對(duì)較熱的產(chǎn)物加熱。由 此，熱量從淬滅區(qū)域245轉(zhuǎn)移到預(yù)熱區(qū)域240中。所述重復(fù)單元200F和200G用于淬滅微通道反應(yīng)器100中的產(chǎn)物。或者，所述產(chǎn) 物可在所述微通道100的下游淬滅。所述產(chǎn)物淬滅可包括在最多約500毫秒(ms)的一段 時(shí)間內(nèi)將產(chǎn)物的溫度降低至少約200°C。所述溫度可降低至少約150°C，在一個(gè)實(shí)施方案 中為至少約100°C，降溫時(shí)間最多為約500ms，在一個(gè)實(shí)施方案中最多為約400ms，在一個(gè)實(shí) 施方案中最多約300ms，在一個(gè)實(shí)施方案中最多約200ms，在一個(gè)實(shí)施方案中最多約100ms， 在一個(gè)實(shí)施方案中最多約50ms，在一個(gè)實(shí)施方案中最多約35ms，在一個(gè)實(shí)施方案中最多約 20ms，在一個(gè)實(shí)施方案中最多約15ms，在一個(gè)實(shí)施方案中最多約10ms，在一個(gè)實(shí)施方案中 最多約5ms。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述溫度可在約5-約IOOms的時(shí)間內(nèi)下降最多約200°C; 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述溫度在約10-約50ms的時(shí)間內(nèi)下降最多約200°C。所述產(chǎn)物可在 所述微通道反應(yīng)器中淬滅，如圖沈和27所示，或可在獨(dú)立于所述微通道反應(yīng)器的淬滅裝置 中淬滅。所述淬滅裝置可包括微通道熱交換器。所述淬滅裝置可包括與流出所述微通道反 應(yīng)器的反應(yīng)物流相鄰或交錯(cuò)的熱交換器。所述淬滅裝置可包括能夠?qū)a(chǎn)物與次級(jí)冷卻流體 迅速混合的混合器。所述次級(jí)冷卻流體可為低溫流?；蛘撸龃銣缪b置可包括使工藝流體流通的窄的間隙或路徑。該間隙或路徑可 具有等于或小于反應(yīng)的淬滅直徑的尺寸。在該實(shí)施方案中，所述反應(yīng)在所述反應(yīng)物流通所 述間隙或路徑時(shí)作為壁碰撞的結(jié)果而終止。所述間隙或路徑可具有最多約5mm的高度或?qū)?度，在一個(gè)實(shí)施方案中最多約為3mm，在一個(gè)實(shí)施方案中最多約為1mm，在一個(gè)實(shí)施方案中 最多約為0. 5mm，在一個(gè)實(shí)施方案中最多約為0. 1mm，在一個(gè)實(shí)施方案中最多約為0. 05mm。 該淬滅裝置可包括微通道或多個(gè)平行的微通道。該淬滅裝置可包括部分本發(fā)明的方法所使 用的工藝微通道，位于所述包含在微通道中的催化劑的下游。所述窄的間隙或路徑可與一 個(gè)或多個(gè)另外的淬滅裝置結(jié)合使用(例如熱交換器)。所述熱交換通道和反應(yīng)物流通道可為微通道，或者它們可具有能夠?qū)⑺鼈兣c微通 道區(qū)別開的尺寸。例如，這些通道的內(nèi)部高度或?qū)挾茸畲罂蔀榧s50mm，在一個(gè)實(shí)施方案中 最大約為25mm，在一個(gè)實(shí)施方案中最大約為15mm。所述工藝微通道為微通道。每個(gè)所述通 道的截面可為任意形狀，例如方形、矩形、圓形、半圓形等。沒個(gè)微通道的內(nèi)部高度最大可為約10mm，在一個(gè)實(shí)施方案中最大約為5mm，在一個(gè)實(shí)施方案中最大約為2mm，在一個(gè)實(shí)施方 案中最大約為2mm。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述高度可為約0.05-約10mm，在一個(gè)實(shí)施方案 中可為約0. 05-約5mm，在一個(gè)實(shí)施方案中可為約0. 05-約2mm，在一個(gè)實(shí)施方案中可為約 0. 05-約1. 5mm。這些微通道中的每一個(gè)的寬度可為任意尺寸，例如最大約3米，在一個(gè)實(shí) 施方案中為約0. 01-約3米，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 1-約3米。每個(gè)微通道的長(zhǎng)度可為 任意尺寸，例如最大約為10米，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 2-約10米，在一個(gè)實(shí)施方案中為 約0. 2-約6米，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 2-約3米。所述微通道、熱交換通道和反應(yīng)物流通道可具有矩形的截面，并且垂直取向的平 面或水平取向的疊垛平面?zhèn)让鎸?duì)側(cè)面(side-by-side)地對(duì)準(zhǔn)。這些平面可相對(duì)于水平位 置以一定的傾角傾斜。這些構(gòu)造可被稱為平行盤構(gòu)造。這些通道可被設(shè)置為用于增加規(guī)模 的模塊化的緊湊單元。微通道反應(yīng)器100可由任何能夠提供足夠的強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性和熱轉(zhuǎn)移特征從而 允許本發(fā)明實(shí)施的材料制成。這些材料可包括鋁、鈦、鎳、銅、鉻、上述任意金屬的合金、黃 銅、鋼、石英、硅或上述物質(zhì)中的兩種或多種的組合。微通道反應(yīng)器100可使用已知的技術(shù)制造，包括線電極加工 (wireelectrodischarge machining)、常規(guī)加工、激光切割、光化學(xué)加工、電化學(xué)加工、模 塑、水力噴射、沖壓、蝕刻(例如化學(xué)、光化學(xué)或等離子體蝕刻)和它們的組合。微通道反應(yīng)器100可通過形成除去部分以形成流通路徑的墊片來(lái)構(gòu)造。可通過擴(kuò) 散接合、激光焊接、擴(kuò)散釬焊和類似地方法將一疊墊片組裝起來(lái)形成整合的裝置。所述微通 道反應(yīng)器可使用墊片或?qū)訅喊搴筒糠制?partial sheets)或條帶的組合來(lái)進(jìn)行組裝。 在該方法中，所述通道或空位區(qū)域可通過組裝條帶或部分片材來(lái)形成以減少所需的材料的 量。微通道反應(yīng)器100可使用直角的波紋狀插入物形式的波形來(lái)構(gòu)造。所述插入物可 被夾在相對(duì)的扁平狀片或墊片之間。以此方式所述微通道可在三側(cè)被所述波紋狀插入物限 制，在第四側(cè)被所述扁平狀片之一限制。所述工藝微通道和反應(yīng)物流通道以及熱交換通道 可以此方式形成。使用波形制造的微通道反應(yīng)器公開在W02008/030467中，該文獻(xiàn)通過引 用并入到本文中。一個(gè)或多個(gè)微通道反應(yīng)器100可容納在容器300中，如圖7和8所示。參考圖7 和8，所述容器300含有5個(gè)微通道反應(yīng)器100。這些在圖7和8中標(biāo)記為微通道反應(yīng)器 100-1、100-2、100-3、100-4和100-5。雖然附圖中公開了 5個(gè)微通道反應(yīng)器100，但可以理 解的是，容器300可含有任意希望數(shù)量的微通道反應(yīng)器100例如，容器300可含有約1-約 1000個(gè)微通道反應(yīng)器100，在一個(gè)實(shí)施方案中為1-約750個(gè)，在一個(gè)實(shí)施方案中為1-約 500個(gè)，在一個(gè)實(shí)施方案中為1-約250個(gè)，在一個(gè)實(shí)施方案中為1-約100個(gè)，在一個(gè)實(shí)施方 案中為1-約50個(gè)，在一個(gè)實(shí)施方案中為1-約20個(gè)微通道反應(yīng)器100。容器300可為可加 壓容器。容器300包括入口 310和320，以及出口 330和;340。入口 310與用于使反應(yīng)物或 工藝原料流進(jìn)所述微通道反應(yīng)器100中的工藝微通道的歧管相連。入口 320與用于使熱交 換流體流進(jìn)所述微通道反應(yīng)器100中的熱交換通道的歧管相連。出口 330與用于使產(chǎn)物從 所述微通道反應(yīng)器100中的工藝微通道中流出的歧管相連。出口 340與用于使熱交換流體 流出所述微通道反應(yīng)器100中的熱交換通道的歧管相連。
所述容器300可使用任何在微通道反應(yīng)器100工作所需的壓力和溫度下足以工作 的合適的材料來(lái)構(gòu)造。例如，容器300的殼350和頭部360可由鑄鋼來(lái)構(gòu)造。凸緣、接頭和 管道可由316不銹鋼來(lái)構(gòu)造。容器300可具有任何希望的直徑，例如約10-約100cm，在一 個(gè)實(shí)施方案中為約50-300cm。容器300的軸長(zhǎng)可為任何希望的值，例如約0. 5-約50米，在 一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約20米。在設(shè)計(jì)和操作微通道反應(yīng)器100時(shí)，沿所述工藝微通道的長(zhǎng)度方向設(shè)定特定的熱 交換特征以優(yōu)化反應(yīng)是有利的。這可通過將由在所述工藝微通道中進(jìn)行的形成環(huán)氧乙烷的 反應(yīng)產(chǎn)生的熱量的局部釋放，與在所述微通道反應(yīng)器中的熱交換通道中的熱交換流體所提 供的熱移除或冷卻相配合來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述形成環(huán)氧乙烷的反應(yīng)的程度和由該反應(yīng)帶來(lái)的熱釋 放在工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域的前部或上游部分中比在所述反應(yīng)區(qū)域的后部或下游部分 中要高。因此，相配合的冷卻需要在反應(yīng)區(qū)域的上游部分中比在反應(yīng)區(qū)域的下游部分中要 高。特定的熱交換可通過提供更多的熱交換或冷卻通道來(lái)實(shí)現(xiàn)，由此使得與工藝微通道中 的反應(yīng)區(qū)域的上游部分熱接觸的熱交換或冷卻流體流比與所述反應(yīng)區(qū)域的下游部分熱接 觸的熱交換或冷卻流體流更多。替換地或附加地，可通過改變熱交換流體在熱交換通道中 的流動(dòng)速率來(lái)提供特定的熱交換特征。在需要附加的熱交換或冷卻的區(qū)域中，熱交換流體 的流動(dòng)速率可能比在需要較少的熱交換或冷卻的區(qū)域中要有所提高。例如，在與工藝微通 道中的反應(yīng)區(qū)域的上游部分熱接觸的熱交換通道中的熱交換流體的流動(dòng)速率比在與所述 反應(yīng)區(qū)域的下游部分熱接觸的熱交換通道中要更高?？蓪?duì)從工藝微通道到熱交換通道的熱 轉(zhuǎn)移通過選擇最優(yōu)的熱交換通道尺寸和/或每個(gè)獨(dú)立的熱交換通道或每組熱交換通道的 熱交換流體的流動(dòng)速率來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)以得到最優(yōu)的性能。對(duì)于特定的熱交換的其它的設(shè)計(jì)選 擇方案可涉及對(duì)在所述工藝微通道內(nèi)的具體位置上的、形成環(huán)氧乙烷的催化劑的選擇和設(shè) 計(jì)(如顆粒尺寸、催化劑配方、堆積密度、分級(jí)催化劑的使用或其它化學(xué)性質(zhì)或物理性質(zhì))。 這些設(shè)計(jì)選擇方案可對(duì)來(lái)自工藝微通道的熱釋放和向熱交換流體的熱轉(zhuǎn)移均產(chǎn)生影響。工 藝微通道和熱交換通道之間的溫度差可提供熱轉(zhuǎn)移的驅(qū)動(dòng)力，并且沿所述工藝微通道的長(zhǎng) 度方向可為恒定的或變化的。所述工藝微通道和/或熱交換通道可含有在工藝微通道和/或熱交換通道的一個(gè) 或多個(gè)內(nèi)壁或內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的凹陷和/或凸起形式的一個(gè)或多個(gè)表面特征。實(shí)例示出于圖 15、16和25中。所述表面特征可用于將在通道中流動(dòng)的流體分流。這些分流可增強(qiáng)混合和 /或熱轉(zhuǎn)移。所述表面特征可為圖案化的表面的形式。所述微通道反應(yīng)器可通過將多個(gè)墊 片層壓在一起來(lái)形成。所述墊片的一個(gè)或兩個(gè)主表面可含有表面特征。或者，所述微通道 反應(yīng)器可使用相同的片材或墊片以及一些條帶，或者部分片材組裝而成，以減少構(gòu)造該裝 置所需的金屬的總量。在一個(gè)實(shí)施方案中，含有表面特征的墊片可與另一個(gè)含有表面特征 的墊片組成一對(duì)(在一個(gè)微通道相對(duì)的兩側(cè))。與僅在一個(gè)主表面上具有表面特征的通道 相比，成對(duì)使用可產(chǎn)生更好的混合或熱轉(zhuǎn)移增強(qiáng)效果。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述圖案可包括 基本上遍及工藝微通道的整個(gè)寬度的斜線形凹陷。壁的所述圖案化的表面特征區(qū)域可占據(jù) 微通道表面的部分或整個(gè)長(zhǎng)度。在一個(gè)實(shí)施方案中，表面特征可遍及通道表面的長(zhǎng)度的至 少約10%，在一個(gè)實(shí)施方案中至少約為20%，在一個(gè)實(shí)施方案中至少約為50%，在一個(gè)實(shí) 施方案中至少約為80%。每個(gè)斜線形凹陷相對(duì)于流動(dòng)方向可包括一個(gè)或多個(gè)角度。后續(xù)的 凹陷的表面特征可包括相對(duì)于其它凹陷的表面特征近似或不同的角度。
在表面特征可設(shè)在多于一側(cè)的微通道壁上的實(shí)施方案中，在一側(cè)壁上的表面特征 可與在第二側(cè)壁上的表面特征的圖案相同(或相似)，但其繞主通道平均主體流動(dòng)方向的 中心線發(fā)生了旋轉(zhuǎn)。在表面特征位于相對(duì)的兩側(cè)壁上的實(shí)施方案中，在一側(cè)壁上的表面特 征可大致為在其相對(duì)側(cè)壁上的表面特征的鏡像。在表面特征在多于一側(cè)的壁上的實(shí)施方案 中，在一側(cè)壁上的表面特征可與第二側(cè)壁上的表面特征的圖案相同(或相似)，但圍繞與主 通道平均主體流動(dòng)方向正交的軸發(fā)生了旋轉(zhuǎn)。換言之，所述表面特征相對(duì)于所述主通道平 均主體流動(dòng)方向翻轉(zhuǎn)了 180度，并且繞所述主通道平均主體流動(dòng)的中心線旋轉(zhuǎn)。在相對(duì)或 相鄰的壁上的表面特征可彼此直接對(duì)準(zhǔn)或不對(duì)準(zhǔn)，但可沿壁在壁的至少部分長(zhǎng)度范圍內(nèi)連 續(xù)重復(fù)。表面特征可設(shè)于通道的三側(cè)或更多側(cè)內(nèi)表面上。當(dāng)通道的幾何形狀具有三個(gè)或更 少側(cè)面時(shí)，例如三角形、卵形、橢圓形、圓形等形狀，所述表面特征可覆蓋所述微通道周長(zhǎng)的 約 20% -約 100%。在一個(gè)實(shí)施方案中，圖案化的表面可包括疊垛在彼此頂上的多個(gè)圖案。圖案或孔 洞的陣列可與熱轉(zhuǎn)移壁相鄰，第二圖案如表面特征的對(duì)角陣列可在頂上疊垛并與用于流動(dòng) 的開放的通道相鄰。與開放的間隙相鄰的片可在所述片的厚度上具有圖案結(jié)構(gòu)，從而使流 可以穿過所述片進(jìn)入下面的圖案中。流動(dòng)可由平流或擴(kuò)散產(chǎn)生。作為一個(gè)實(shí)例，具有通孔 陣列的第一個(gè)片可覆于熱轉(zhuǎn)移壁上，具有對(duì)角的貫穿的狹縫陣列的第二個(gè)片可置于所述第 一個(gè)片之上。這可產(chǎn)生更大的表面積以附著催化劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述圖案可在工 藝微通道的另外的至少一側(cè)壁上重復(fù)。所述圖案可在相對(duì)的壁上抵消。最內(nèi)部的圖案化表 面(形成流動(dòng)通道的那些表面)可含有例如對(duì)角陣列的圖案。所述對(duì)角陣列可同時(shí)“用”流 動(dòng)方向或按流動(dòng)方向取向的一側(cè)和“逆向”流動(dòng)方向取向的相對(duì)側(cè)來(lái)取向。通過改變相對(duì) 兩側(cè)上的表面特征，可在流向中心和開放間隙的流體中產(chǎn)生不同的流域和漩渦度。所述表面特征可相對(duì)于通過所述通道的流動(dòng)方向呈一定角度取向。所述表面特征 可以相對(duì)于流動(dòng)方向以約1° -約89°的角度對(duì)準(zhǔn)，在一個(gè)實(shí)施方案中以約30° -約75° 的角度對(duì)準(zhǔn)。取向角可為傾斜角。所述成角度的表面特征可向流動(dòng)方向或逆向流動(dòng)方向?qū)?準(zhǔn)。與所述表面特征接觸的流體的流動(dòng)可迫使部分流體進(jìn)入所述表面特征中的凹陷中。而 其它流體可在所述表面特征上方流動(dòng)。在所述表面特征內(nèi)的流動(dòng)可順應(yīng)所述表面特征并于 所述通道中的主體流動(dòng)方向成一定角度。當(dāng)流體流出所述表面特征時(shí)，可在xyz坐標(biāo)系中 的χ和y方向上施加動(dòng)量，其中主體流動(dòng)在ζ方向上。這可導(dǎo)致流體流動(dòng)的翻騰或旋轉(zhuǎn)。該 圖案可有助于混合。在工藝微通道中的兩個(gè)或更多的表面特征區(qū)域可串聯(lián)設(shè)置，從而使流體的混合可 使用第一表面特征區(qū)域、然后使用至少一個(gè)可使用不同的流動(dòng)圖案的第二表面特征區(qū)域來(lái) 實(shí)現(xiàn)。所述表面特征可具有疊垛在彼此頂端或盤繞在三維圖案中的兩層或多層。在每個(gè) 分立的層中的圖案可以相同或不同。流可在每層或僅在一層中旋轉(zhuǎn)或平流。可不與通道的 主體流動(dòng)路徑相鄰的亞層可用于產(chǎn)生附加的表面積。所述流動(dòng)可在表面特征的第一水平高 度上旋轉(zhuǎn)，并分子擴(kuò)散到第二個(gè)或更多個(gè)亞層中以促進(jìn)反應(yīng)。三維的表面特征可通過金屬 澆鑄、光化學(xué)加工、激光切割、蝕刻、燒蝕或其它工藝制造，變化的圖案可被分裂成分立的平 面，使得好像彼此疊垛在頂上一樣。三維的表面特征可與微通道中的主體流動(dòng)路徑相鄰，其 中所述表面特征具有不同的深度、形狀和/或位置，并且伴隨著具有不同深度、形狀和/或位置的圖案的次級(jí)特征。三維表面特征結(jié)構(gòu)的實(shí)例可包括與所述微通道的主體流動(dòng)路徑相鄰的界面上的 凹陷的傾斜角或鋸齒。在所述鋸齒下可具有一系列的三維結(jié)構(gòu)，所述三維結(jié)構(gòu)與相鄰于主 體流動(dòng)路徑的表面特征相連，但由各種各樣的形狀、深度和/或位置的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。更為有利 的是提供亞層通路，所述亞層通路并不直接落于與微通道中的主體流動(dòng)路徑相鄰的開放的 表面特征之下，而是通過一個(gè)或多個(gè)曲折的二維或三維的通路連接。這種方法對(duì)于在微通 道中產(chǎn)生特定的停留時(shí)間分布可能是有利的，同時(shí)它可能是優(yōu)選的以具有更寬對(duì)(versus) 更窄的停留時(shí)間分布。表面特征的長(zhǎng)度和寬度可以與通道的長(zhǎng)度和寬度相同的方式進(jìn)行限定。所述深度 可為表面特征陷入或突出所述微通道表面的距離。所述表面特征的深度可對(duì)應(yīng)于具有形成 在片的表面上的表面特征的、疊垛并連接的微通道裝置的疊垛方向。所述表面特征的尺寸 可指表面特征的最大尺寸；例如圓形槽的深度可指最大深度，即，在所述槽的底部的深度。所述表面特征的深度最大約為5mm，在一個(gè)實(shí)施方案中最大約為2mm，在一個(gè)實(shí)施 方案中為約0.01-約5mm，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 01-約2mm，在一個(gè)實(shí)施方案中為約 0.01-約1mm。所述表面特征的寬度可以幾乎足以跨越所述微通道的寬度(例如魚脊形設(shè) 計(jì))，但在一個(gè)實(shí)施方案(如填充(fill)特征)中可跨過微通道寬度的約60%或更少，在 一個(gè)實(shí)施方案中可跨過約50%或更少，在一個(gè)實(shí)施方案中可跨過約40%或更少，在一個(gè)實(shí) 施方案中可跨過所述微通道寬度的約0. -約60%或更少，在一個(gè)實(shí)施方案中可跨過所 述微通道寬度的約0. -約50%或更少，在一個(gè)實(shí)施方案中可跨過所述微通道寬度的約 0. -約40%或更少。所述表面特征的寬度可為約0.05mm-約100cm，在一個(gè)實(shí)施方案中 為約0. 5mm-約5cm，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約2cm。一個(gè)通道中可包含多個(gè)表面特征或表面特征區(qū)域，包括在一側(cè)或多側(cè)微通道壁中 凹陷不同深度的表面特征。凹陷之間的空間可為約0.01mm-約10mm，在一個(gè)實(shí)施方案中為 約0. 1-約1mm。表面特征可在微通道的整個(gè)長(zhǎng)度范圍內(nèi)或在所述通道的部分或區(qū)域中存 在。所述具有表面特征的部分或區(qū)域可為間斷的以在特定的區(qū)域中促進(jìn)希望的混合或單元 工作(例如，分離、冷卻等)。例如，1厘米的通道部分可具有一個(gè)緊密排列的表面特征的陣 列，然后是沒有表面特征的4厘米的扁平通路，接著是具有松散排列的表面特征的2厘米的 部分。術(shù)語(yǔ)“松散排列的表面特征”可指該表面特征具有的間距或特征到特征之間的距離 大于約5倍的表面特征寬度。所述表面特征可位于基本上在通道的整個(gè)軸長(zhǎng)范圍內(nèi)延伸的一個(gè)或多個(gè)表面特 征區(qū)域中。在一個(gè)實(shí)施方案中，通道具有的表面特征可在其軸長(zhǎng)的約50%或更小的范圍內(nèi) 延伸，在一個(gè)實(shí)施方案中在其軸長(zhǎng)的約20%或更小的范圍內(nèi)延伸。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述 表面特征可在所述通道的軸長(zhǎng)的約10% -約100%的范圍內(nèi)延伸，在一個(gè)實(shí)施方案中在其 軸長(zhǎng)的約20% -約90%的范圍內(nèi)延伸，在一個(gè)實(shí)施方案中在其軸長(zhǎng)的約30% -約80%的 范圍內(nèi)延伸，在一個(gè)實(shí)施方案中在通道的軸長(zhǎng)的約40% -約60%的范圍內(nèi)延伸。每個(gè)表面特征腿可相對(duì)于主體流動(dòng)方向呈一定的傾斜角。所述特征跨越的長(zhǎng)度或 跨度可被定義為與特征的取向垂直。作為實(shí)例，一個(gè)表面特征可為相對(duì)于與主通道中的主 體流動(dòng)的平均方向垂直的平面，成45度角的斜向凹陷，具有0. 38mm的開口或跨度或特征跨 越的長(zhǎng)度以及5. 6mm的特征延伸長(zhǎng)度。所述延伸長(zhǎng)度可為表面特征在最長(zhǎng)方向上的一端到另一端的距離，而所述跨度或特征跨越長(zhǎng)度可在最短的方向上(不是深度)。所述表面特征 深度可為距主通道的距離。對(duì)于具有不均勻的寬度(跨度)的表面特征而言，所述跨度可 為在所述延伸長(zhǎng)度上平均的平均跨度。表面特征可包括基于在所述表面特征的基部或頂部上的突出區(qū)域的凹陷或凸起。 若所述表面特征頂部的面積與所述表面特征基部的面積相同或超出所述表面特征基部的 面積，則所述表面特征可被認(rèn)為是凹陷的。若所述表面特征基部的面積超過所述表面特征 頂部的面積，則所述表面特征可被認(rèn)為是突出的。根據(jù)這樣的描述，所述表面特征可被描述 為凹陷的，雖然可以理解的是通過改變所述表面特征的長(zhǎng)寬比，它可替換性地被定義為凸 起。對(duì)于由僅貫穿所述表面特征頂部的壁形成的工藝微通道、尤其是對(duì)于扁平通道而言，所 有的表面特征均可被定義為凹陷，并且可以理解的是，類似的通道可通過從通道基部突出 表面特征來(lái)產(chǎn)生，所述通道具有包括所述表面特征基部的截面。所述工藝微通道和/或熱交換通道含有表面特征的內(nèi)部表面可以是所述通道的 內(nèi)部表面的至少約20%，在一個(gè)實(shí)施方案中至少約為35%，在一個(gè)實(shí)施方案中至少約為 50%,在一個(gè)實(shí)施方案中至少約為70%，在一個(gè)實(shí)施方案中至少約為90% (在垂直于長(zhǎng)度、 即垂直于通過所述通道的凈流動(dòng)的方向的截面上測(cè)量)。所述表面特征覆蓋的連續(xù)伸展長(zhǎng) 度至少約為1cm，在一個(gè)實(shí)施方案中至少約為5cm。當(dāng)在封閉的通道的情況下，表面特征覆 蓋的百分?jǐn)?shù)可為與均勻地從所述表面特征的基部或頂部延伸出來(lái)的封閉的通道相比被表 面特征覆蓋的截面的部分或它們之間的恒定值。后者可為扁平通道。例如，若通道具有均 為0.9cm跨度(寬)的圖案化的頂部和底部表面和0. Icm高的未圖案化的側(cè)壁，那么所述 通道表面的90%將含有表面特征。所述工藝微通道可在所有側(cè)面均是封閉的，在一個(gè)實(shí)施方案中所述通道可具有大 致方形或矩形的截面(當(dāng)為矩形通道時(shí)，表面特征的圖案結(jié)構(gòu)可設(shè)置在兩個(gè)主面上)。對(duì)于 大致方形或矩形的通道，所述通道可僅在兩側(cè)或三側(cè)是封閉的，僅僅所述兩個(gè)或三個(gè)有壁 的側(cè)面可用于上述的表面特征的百分?jǐn)?shù)的計(jì)算中。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述表面特征可設(shè) 置在圓柱形的通道上，所述圓柱形的通道在軸向上具有恒定的或變化的截面。每個(gè)表面特征圖案可沿所述通道的一面重復(fù)，在所述通道的主體流動(dòng)方向上在所 述表面特征之間具有可變的或規(guī)則的間距。在一些實(shí)施方案中每個(gè)表面特征僅有一條腿， 而在其它的實(shí)施方案中可具有多條腿(兩條、三條或更多)。對(duì)于寬度寬的通道而言，多個(gè) 表面特征或多列重復(fù)的表面特征可在跨所述通道寬度的方向上彼此相鄰。對(duì)于每個(gè)表面特 征圖案而言，所述特征的深度、寬度、跨度和間距可以隨所述圖案沿在主通道中的所述主體 流動(dòng)方向的重復(fù)是變化的或恒定的。并且，具有以不同角度連接兩條腿的尖端的表面特征 的幾何形狀可具有替換性的實(shí)施方案，其中所述表面特征腿可能不在所述尖端相連。至少在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)在于，無(wú)論本方法用于實(shí)驗(yàn)室還是 小型試驗(yàn)工廠規(guī)模或完全生產(chǎn)規(guī)模，所述工藝微通道、任選的反應(yīng)物流通道和熱交換通道 之間的間隙距離可以是相同的。因此，無(wú)論所述微通道反應(yīng)器構(gòu)造在實(shí)驗(yàn)室、小型試驗(yàn)工廠 或完全規(guī)模的工廠單元中，所述第二反應(yīng)物在本發(fā)明的方法中使用的反應(yīng)混合物中的分散 可基本上是相同的。所述催化劑可在通過工藝微通道的流動(dòng)方向上被分隔成在工藝微通道中的分開 的反應(yīng)區(qū)域中。相同或不同的催化劑或催化劑組合物可用于每個(gè)反應(yīng)區(qū)域中。在每個(gè)反應(yīng)區(qū)域中一個(gè)或多個(gè)相鄰的熱交換區(qū)域的長(zhǎng)度可在其維度上變化。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中， 所述一個(gè)或多個(gè)相鄰的熱交換區(qū)域的長(zhǎng)度可小于每個(gè)反應(yīng)區(qū)域長(zhǎng)度的約50%。或者，所述 一個(gè)或多個(gè)熱交換區(qū)域的長(zhǎng)度可大于每個(gè)反應(yīng)區(qū)域長(zhǎng)度的約50%，最大為每個(gè)反應(yīng)區(qū)域長(zhǎng) 度的約100%。所述催化劑可為在組成上分級(jí)或以熱傳導(dǎo)的惰性材料分級(jí)的催化劑床。所述熱傳 導(dǎo)的惰性材料可彌散在活性催化劑中?？墒褂玫臒醾鲗?dǎo)性的惰性材料的實(shí)例包括金剛石粉 末、碳化硅、鋁、氧化鋁、銅、石墨等。所述床的份額可為以重量計(jì)100%的活性催化劑-以重 量計(jì)50%的活性催化劑。在替換的實(shí)施方案中，所述熱傳導(dǎo)的惰性材料可分布在中心或催 化劑顆粒內(nèi)部。所述活性催化劑可置于復(fù)合結(jié)構(gòu)之外、之內(nèi)或之間，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包括所述 熱傳導(dǎo)惰性材料。得到的催化劑復(fù)合結(jié)構(gòu)當(dāng)置于工藝微通道中時(shí)可具有有效的熱導(dǎo)率，至 少約為0. 5W/m/K，在一個(gè)實(shí)施方案中至少約為lW/m/K，在一個(gè)實(shí)施方案中至少約為2W/m/ K0在一個(gè)實(shí)施方案中，所述催化劑可為在反應(yīng)器中僅局部分級(jí)的催化劑床。例如，工 藝微通道可含有催化劑床以及第一反應(yīng)區(qū)域和第二反應(yīng)區(qū)域。所述催化劑床的頂部或底部 (或前部或后部)可以是成分分級(jí)的，由此在所述第一或第二反應(yīng)區(qū)域的全部或部分中使 用或多或少的活性催化劑。在一個(gè)反應(yīng)區(qū)域中有所減少的組合物每單位體積可產(chǎn)生較少的 熱量，并且以此減少了熱點(diǎn)和產(chǎn)生不希望的副產(chǎn)物的可能性。所述催化劑可在所述第一和 /或第二反應(yīng)區(qū)域的全部或部分中以惰性材料分級(jí)。所述第一反應(yīng)區(qū)域可含有催化劑或惰 性材料的第一組合物，而所述第二反應(yīng)區(qū)域可含有催化劑或惰性材料的第二組合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，不同的顆粒尺寸可用在所述工藝微通道的不同的軸長(zhǎng)區(qū)域 中，以提供分級(jí)的催化劑床。例如，在第一反應(yīng)區(qū)域中可使用非常小的顆粒，而在第二反應(yīng) 區(qū)域中可使用較大的顆粒。平均顆粒直徑可小于工藝微通道的高度或間隙的一半。所述非 常小的顆?？尚∮谒龉に囄⑼ǖ赖母叨然蜷g隙的四分之一。較大的顆?？蓪?dǎo)致每單位的 工藝微通道長(zhǎng)度較低的壓力下降，并且還可以減小催化劑效率。對(duì)于較大尺寸的顆粒，催化 劑床的有效的熱導(dǎo)率可有所降低。較小的顆?？捎糜谠谡麄€(gè)催化劑床中需要改進(jìn)的熱轉(zhuǎn)移 的區(qū)域，或者可替換性地，較大的顆?？捎糜跍p小局部的產(chǎn)熱速率。在一個(gè)實(shí)施方案中，相對(duì)短的接觸時(shí)間、對(duì)希望的產(chǎn)物的高選擇度和所述催化劑 相對(duì)低的失活速率可通過限制所述催化劑所需要的擴(kuò)散路徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。這可以在所述催化劑 為在例如金屬泡沫的工程載體上或所述工藝微通道壁上的薄層的形式時(shí)得以實(shí)現(xiàn)。這使得 能夠提高空速。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述催化劑的薄層可使用化學(xué)氣相沉積法或通過溶液 中的化學(xué)反應(yīng)來(lái)制造，例如，非電鍍的鍍層法。該薄層的厚度最大可約為5微米，在一個(gè)實(shí) 施方案中為約0. 1-約5微米，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 5-約3微米，在一個(gè)實(shí)施方案中為 約1-約3微米，在一個(gè)實(shí)施方案中為約2. 5微米。這樣的薄層可通過減小擴(kuò)散路徑減少反 應(yīng)物在活性催化劑結(jié)構(gòu)中的時(shí)間。這縮短了反應(yīng)物在所述催化劑的活性部分中耗費(fèi)的時(shí) 間。這樣的結(jié)果可提高對(duì)產(chǎn)物的選擇性并減少不希望的副產(chǎn)物。這種模式的催化劑分布的 優(yōu)點(diǎn)在于，不像常規(guī)催化劑那樣催化劑的活性部分束縛于惰性的低熱導(dǎo)率的粘結(jié)劑，所述 活性催化劑膜可與所述工程結(jié)構(gòu)或所述工藝微通道的壁緊密接觸。這可以在微通道反應(yīng)器 中促進(jìn)高的熱轉(zhuǎn)移速率的實(shí)現(xiàn)并使得能夠?qū)囟冗M(jìn)行精確控制。這可能帶來(lái)在高溫下工作 的能力(更快的動(dòng)力學(xué))而不會(huì)促進(jìn)不希望的副產(chǎn)物的生成，因此產(chǎn)生更高的生產(chǎn)能力和產(chǎn)率并延長(zhǎng)催化劑壽命。所述微通道反應(yīng)器構(gòu)造可被特定為配合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。例如，在反應(yīng)器的第一反應(yīng) 區(qū)域的入口或頂部附近，所述微通道的高度或間隙可小于在第二反應(yīng)區(qū)域中所述反應(yīng)器的 出口或底部附近的微通道的高度或間隙?；蛘?，所述區(qū)域可比所述反應(yīng)器長(zhǎng)度的一半小 得多。例如，第一工藝微通道的高度或間隙可用于所述工藝微通道的長(zhǎng)度的第一個(gè)25%、 50%、75%或90%，而更大的第二高度或間隙可用在第二反應(yīng)區(qū)域中所述第一反應(yīng)區(qū)域的 下游?；蛘撸墒褂貌煌臉?gòu)造。例如，較大的工藝微通道的高度或間隙可用在工藝微通道 的入口附近，較小的工藝微通道的高度或間隙可用在所述反應(yīng)器的出口附近。在一個(gè)實(shí)施 方案中，可對(duì)所述工藝微通道的高度或間隙應(yīng)用其它的分級(jí)方案。例如，第一高度或間隙可 用在所述微通道的入口附近以設(shè)置第一反應(yīng)區(qū)域，位于所述第一反應(yīng)區(qū)域下游的第二高度 或間隙可用于設(shè)置第二反應(yīng)區(qū)域，第三高度或間隙可用于在所述微通道的出口附近設(shè)置第 三反應(yīng)區(qū)域。所述第一和第三高度或間隙可相同或不同。所述第一和第三高度或間隙可大 于或小于所述第二高度或間隙。所述第三高度或間隙可小于或大于所述第二高度或間隙。 所述第二高度或間隙可大于或小于所述第三高度或間隙。開口或孔254的尺寸可足以允許所述第二反應(yīng)物流通過所述開孔部分。所述開 口 2M可被稱為孔。所述開孔部分258的厚度可為約0. 01-約50mm，在一個(gè)實(shí)施方案中為 約0. 05-約10mm，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 1-約2mm。開口 2M的平均直徑最大可為約 1000微米，在一個(gè)實(shí)施方案中最大可為約250微米，在一個(gè)實(shí)施方案中最大可為約50微米， 在一個(gè)實(shí)施方案中可為約0. 001-約50微米，在一個(gè)實(shí)施方案中可為約0. 05-約50微米， 在一個(gè)實(shí)施方案中可為約0. 1-約50微米。在一個(gè)實(shí)施方案中，開口 2M的平均直徑可為 約0. 5-約10納米(nm)，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約lOnm，在一個(gè)實(shí)施方案中為約5-約 10nm。開口 2M在開孔部分258中的個(gè)數(shù)可為約1_約5 X IO8個(gè)開口每平方厘米，在一個(gè) 實(shí)施方案中為約1-約IXlO6個(gè)開口每平方厘米。所述開口 2M可以彼此孤立或彼此不孤 立。所述開孔部分258中的部分或所有的開口 2M可與其它的開孔邪4流體連通，即是說(shuō)， 流體可從一個(gè)開口流到另一個(gè)開口中。沿著通過工藝微通道210流動(dòng)的流體的流動(dòng)路徑， 所述開孔部分258的厚度對(duì)所述開孔部分的長(zhǎng)度的比值可為約0. 001-約1，在一個(gè)實(shí)施方 案中為約0. 01-約1，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 03-約1，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 05-約 1，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 08-約1，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 1-約1。開孔部分258可用能夠提供足夠的強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性以使本發(fā)明的方法能夠工 作的任何材料構(gòu)造。這些材料包括鋼(例如不銹鋼、碳素鋼等)、蒙乃爾合金、因科鎳合 金(inconel)、鋁、鈦、鎳、銅、鉻、黃銅、任意上述金屬的合金、聚合物(例如熱固性樹脂)、陶 瓷、玻璃、包含一種或多種聚合物(例如熱固性樹脂)和玻璃纖維的復(fù)合物、石英、硅、包括 碳納米管或碳分子篩的微孔碳、泡沸石或上述的兩種或多種的組合。開口 2M可使用已知 的技術(shù)形成，如激光束鉆孔、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、光刻電沉積和模塑(LIGA)、電火花、或電 化學(xué)或光化學(xué)蝕刻。開口 2M可使用制造結(jié)構(gòu)塑料的技術(shù)如擠出以及制造膜如定向的碳納 米管(CNT)膜的技術(shù)來(lái)形成。所述開口 2M可使用如燒結(jié)或壓塑金屬粉或顆粒以形成彎曲 相連的毛細(xì)管通道的技術(shù)和膜制造技術(shù)來(lái)形成。所述開口 2M的尺寸與通過在孔的內(nèi)側(cè)壁 上覆蓋涂層以部分填充所述孔的這些方法中的任意一種所提供的尺寸相比有所減小。選擇 的涂層也可以形成多孔主體外的薄層，所述多孔主體在連續(xù)的流動(dòng)路徑旁邊舍友最小的孔尺寸。所述最小的平均孔開口可為約1納米-約幾百個(gè)微米，取決于細(xì)問的乳液的液滴尺 寸。所述孔可通過熱處理以及在所述孔的內(nèi)側(cè)壁上形成氧化膜或涂層的方法來(lái)減小尺寸。 這些技術(shù)可用于部分地堵塞所述孔以減小用于流動(dòng)的開口的尺寸。
所述開孔部分258可由金屬或非金屬的多孔材料制成，所述多孔材料具有相通的 通道或平均孔尺寸為約0. 01-約200微米的孔。這些孔可起到開口 2M的作用。所述多孔材 料可由粉末或顆粒制成，從而使平均孔間距接近于平均孔尺寸。當(dāng)使用非常小的孔尺寸時(shí)， 孔間距也可以非常小。所述多孔材料通過在約300°C -約1000°C的高溫下在約1小時(shí)-20 天的持續(xù)時(shí)間內(nèi)氧化來(lái)進(jìn)行調(diào)整，或通過在孔的表面和內(nèi)部涂覆另一種材料的薄層，如通 過凝膠涂覆法涂覆氧化鋁的薄層或用化學(xué)氣相沉積法涂覆鎳的薄層，以堵塞較小的孔，減 小較大孔的尺寸，并且進(jìn)而增加孔間距。 用于形成環(huán)氧乙烷的催化劑可包括任何可用于將乙烯和氧氣或氧源轉(zhuǎn)化成環(huán)氧 乙烷的烯烴環(huán)氧化催化劑。所述催化劑可包括金屬、金屬氧化物或混合的金屬氧化物。所 述金屬可為 Ag、Mo、Re、W、V、Nb、Sb、Sn、Pt、Pd、Cs、Zr、Cr、Mg、Mn、Ni、Co、Ce 或上述之中 的兩種或多種的混合物。所述催化劑可包括Ag或其氧化物。所述催化劑可包括硫或其氧 化物。這些催化劑還可包括一種或多種堿金屬或堿土金屬或其它過渡金屬、稀土金屬或鑭 系元素。所述堿金屬可包括鋰、銫或它們的混合物。附加元素如P和Bi也可存在。所述催 化劑可被載體支撐，如果如此，有用的載體材料包括金屬氧化物(如氧化鋁、氧化鈦、氧化 鋯)、二氧化硅、介孔材料、泡沸石、耐火材料或上述之中的兩種或多種的組合。所述催化劑 可為在以下的專利中公開的用于將乙烯轉(zhuǎn)化成環(huán)氧乙烷的任意的催化劑US 4908343、US 5597773、US 5703253、US 5705661、US 6762311B2 和 EP 0266015 Bi。這些專利通過引用 并入到本文中。所述烯烴環(huán)氧化催化劑可包括銀和具有助催化作用的量的鋰。所述烯烴環(huán)氧化催 化劑可包括銀和具有助催化作用的量的銫。所述催化劑可含有銀和具有助催化作用的量的 錸?？墒褂蒙鲜鲆环N或多種物質(zhì)的氧化物。這些催化劑可進(jìn)一步包含載體。所述載體可包 括氧化鋁，例如α-氧化鋁。所述烯烴環(huán)氧化催化劑中包含的銀的量以重量計(jì)最多可為50%，在一個(gè)實(shí)施方案 中以重量計(jì)為約10% -約50%，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)為約10% -約30%，在一個(gè)實(shí) 施方案中以重量計(jì)為約10% -約25%，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)為約15% -約25%。所述烯烴環(huán)氧化催化劑可包括銀基催化劑，如EP 0496470 Bl中公開的銀基催化 劑，該專利通過引用并入到本文中。所述催化劑可包括銀、一種或多種堿金屬助催化劑、一 種或多種錸助催化劑、以及任選的一種或多種選自硫、鉬、鎢、鉻或上述兩種或多種的混合 物的錸共助催化劑。所述催化劑可被支撐在載體上。所述載體可包括以重量計(jì)至少約85% 的α-氧化鋁，在一個(gè)實(shí)施方案中以重量計(jì)至少約90%的α-氧化鋁；還可包含以重量 計(jì)(以氧化物計(jì))約0.01-約6%的氧化物形式的堿土金屬、以重量計(jì)(以氧化物計(jì))約 0.01-約5%的氧化物形式的硅；還包含以重量計(jì)(以氧化物計(jì))0-約10%的氧化物形式 的鋯，在一個(gè)實(shí)施方案中約0. 1-約10%的氧化物形式的鋯。所述堿土金屬可包括鈣和/或 鎂。所述催化劑可包括銀基催化劑，如EP 1292587 Bl中所公開的陰極催化劑，該專 利通過引用并入到本文中。該催化劑可含有催化有效量的銀，具有助催化作用的量的錸或其化合物、具有助催化作用的量的至少一種其它的金屬或其化合物、以及任選的選自硫、 磷、硼及其化合物中的一種或多種的具有共助催化作用的量的錸共助催化劑，以及耐火性 載體。所述至少一種其它的金屬可包括一種或多種堿金屬、堿土金屬、鉬、鎢、鉻、鈦、鉿、 鋯、釩、鉈、釷、鉭、鈮、鎵、鍺及其混合物。所述至少一種其它金屬可包括鋰、鉀、銣、銫、鈣、 和/或鋇。所述至少一種其它金屬可包括鋰、鉀和/或銫。這些催化劑的組分可具有一定 的濃度，以每千克(kg)催化劑總重中的元素的克(g)數(shù)、毫克(mg)數(shù)或毫摩爾(mmol)數(shù) 來(lái)計(jì)算，銀的濃度為約10-約300g/kg，錸的濃度為約0.01-約15mmol/kg，一種或多種其 它金屬的濃度為約10-約3000mg/kg，一種或多種任選的錸共助催化劑的濃度為約0. 1-約 10mmol/kgo微通道反應(yīng)器中使用的催化劑可具有適合在本發(fā)明的方法中使用的任意的尺寸 和幾何構(gòu)造。所述催化劑可為平均粒徑為約1-約ΙΟΟμπι(微米)的顆粒狀固體的形式(例 如丸粒、粉末、纖維等)，在一個(gè)實(shí)施方案中平均粒徑為約10-約500 μ m,在一個(gè)實(shí)施方案中 平均粒徑為約25-約300 μ m，在一個(gè)實(shí)施方案中平均粒徑為約80-約300 μ m(即大約為美 國(guó)篩網(wǎng)50-200級(jí))。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述催化劑為顆粒狀固體床的形式，例如顆粒狀固 體的固定床。圖17中示出了一裝填在工藝微通道402中的顆粒狀固體床400。反應(yīng)物按箭 頭404所示流進(jìn)所述工藝微通道，產(chǎn)物按箭頭406所示流出所述工藝微通道。所述催化劑可被支撐在多孔狀載體結(jié)構(gòu)上，所述多孔狀載體結(jié)構(gòu)如泡沫、毛氈、軟 填料或它們的組合。這里使用的術(shù)語(yǔ)“泡沫”指的是一種結(jié)構(gòu)，具有貫穿所述結(jié)構(gòu)形成孔的 連續(xù)的壁。這里使用的術(shù)語(yǔ)“毛氈”指的是一種纖維結(jié)構(gòu)，在纖維之間具有間隙空間。這里 使用的術(shù)語(yǔ)“軟填料”指的是一種纏繞的線狀物的結(jié)構(gòu)，像鋼絲絨。所述催化劑可被支撐在 蜂窩狀結(jié)構(gòu)上。所述催化劑可被支撐在流經(jīng)式載體結(jié)構(gòu)上，如具有相鄰間隙的毛氈、具有相鄰間 隙的泡沫、具有間隙的鰭板、在任意插入的基底上的洗涂層，或平行于流動(dòng)方向的、具有相 應(yīng)的用于流動(dòng)的間隙的紗網(wǎng)。流經(jīng)結(jié)構(gòu)的實(shí)例示出于圖18。在圖18中，催化劑410容納 在工藝微通道412中。開放通路414使得流體能夠流通過工藝微通道412與催化劑410接 觸，如箭頭416和418所示。所述催化劑可被支撐在流通式載體結(jié)構(gòu)上，如泡沫、軟填料、丸粒、粉末或紗網(wǎng)。流 通結(jié)構(gòu)的實(shí)例示出于圖19。在圖19中，流通的催化劑420容納在工藝微通道422中，流體 按箭頭似4和似6所示流通過催化劑420?？芍圃煊糜诹魍ù呋瘎┑妮d體結(jié)構(gòu)材料包括二氧化硅膠體、發(fā)泡銅、燒結(jié)的不銹 鋼纖維、鋼絲絨、氧化鋁、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚磺酸酯、聚(四氟乙烯)、鐵、海綿體鎳、 尼龍、聚偏二氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯乙基酮、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸 酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚苯硫醚、聚砜、聚丁烯或上述物質(zhì)中的兩種或多種的組 合。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述載體結(jié)構(gòu)可由熱導(dǎo)性材料如金屬制成，以促進(jìn)熱從所述催化劑 中轉(zhuǎn)移出來(lái)。所述催化劑可直接洗涂在所述工藝微通道的內(nèi)壁上、從溶液中生長(zhǎng)到壁上、或原 位涂覆在鰭板結(jié)構(gòu)或其它載體結(jié)構(gòu)上。所述催化劑可為一塊或多塊多孔連續(xù)(contiguous) 材料的形式。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述催化劑可包含連續(xù)材料并具有連續(xù)的孔隙率從而使 分子可以擴(kuò)散穿過所述催化劑。在該實(shí)施方案中，所述流體流動(dòng)穿過所述催化劑而不是圍繞著所述催化劑流動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述催化劑的截面積占據(jù)約1-約99%的所述工 藝微通道的截面積，在一個(gè)實(shí)施方案中占據(jù)約10-約95%的所述工藝微通道的截面積。通 過BET進(jìn)行測(cè)量，所述催化劑的表面積大于約0. 4m2/g，在一個(gè)實(shí)施方案中大于約2m2/g。所述催化劑可包含多孔載體、多孔載體上的界面層和在所述界面層撒謊能夠的催 化劑材料。所述界面層可以是通過溶液沉積在所述載體上的，或者可以是通過化學(xué)氣相沉 積法或物理氣相沉積法沉積的。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述催化劑具有多孔載體、緩沖層、界 面層和催化劑材料。上述的任意層可以是連續(xù)的或像斑點(diǎn)或圓點(diǎn)狀那樣是不連續(xù)的，或者 可以為具有間隙或孔洞的層狀。由壓汞法測(cè)得的所述多孔載體的孔隙率可至少約為5%，所述多孔載體的平均孔 尺寸(孔直徑的總和除以孔數(shù))為約1-約1000 μ m。所述多孔載體可為多孔陶瓷或金屬泡 沫?？墒褂玫钠渌亩嗫纵d體包括碳化物、氮化物和復(fù)合材料。所述多孔載體的孔隙率可 為約30% -99%，在一個(gè)實(shí)施方案中為約60% -約98%。所述多孔載體的形式可為泡沫、 毛氈、軟填料或它們的組合。所述金屬泡沫中開放的小泡可為約20個(gè)孔每英寸(ppi)-約 3000ppi，在一個(gè)實(shí)施方案中為約20-約IOOOppi，在一個(gè)實(shí)施方案中為約40-約120ppi。術(shù) 語(yǔ)“ppi”指的是每英寸中含有的最大孔數(shù)(在各向同性的材料中與測(cè)量方向無(wú)關(guān)，但在各 向異性的材料中測(cè)量在孔數(shù)最多的方向上進(jìn)行)。若存在所述緩沖層，則其可具有與多孔載體和界面層都不同的組成和/或密度， 在一個(gè)實(shí)施方案中所述緩沖層具有的熱膨脹系數(shù)在所述多孔載體和界面層的熱膨脹系數(shù) 之間。所述緩沖層可為金屬氧化物或金屬碳化物。所述緩沖層可包括Al203、Ti02、Si02、ZiO2 及它們的組合。Al2O3可為α-Α1203、Y-Al2O3或它們的組合。α-Al2O3的優(yōu)點(diǎn)在于具有優(yōu) 異的抗氧擴(kuò)散性。所述緩沖層可由兩個(gè)或多個(gè)成分不同的亞層構(gòu)成。例如，當(dāng)所述多孔載 體是金屬、例如不銹鋼泡沫時(shí)，可使用由兩個(gè)成分不同的亞層構(gòu)成的緩沖層。第一亞層(與 多孔載體接觸)可為Ti02。第二頁(yè)岑可為置于TiO2之上的α-Α1203。在一個(gè)實(shí)施方案中， α -Al2O3亞層是為下面的金屬層提供保護(hù)的致密層。密度較小的、大表面積的界面層如氧 化鋁可沉積在其上作為催化活性層的載體。所述多孔載體可具有與所述界面層不同的熱膨脹系數(shù)。在這種情況下，可能需要 緩沖層在兩種熱膨脹系數(shù)之間進(jìn)行過渡。所述緩沖層的熱膨脹系數(shù)可通過控制其組成來(lái)進(jìn) 行調(diào)整，以得到與所述多孔載體和界面層的膨脹系數(shù)兼容的膨脹系數(shù)。所述緩沖層應(yīng)不含 有開口和針孔以提供對(duì)下面的載體較好的保護(hù)。所述緩沖層可為非多孔狀的。所述緩沖層 可具有小于所述多孔載體的平均孔尺寸的一半的厚度。所述緩沖層的厚度可為約0. 05-約 10 μ m,在一個(gè)實(shí)施方案中位約0. 05-約5 μ m。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，充分的附著性和化學(xué)穩(wěn)定性可不用緩沖層獲得。在 該實(shí)施方案中，可省略所述緩沖層。所述界面層可包括氮化物、碳化物、硫化物、鹵化物、金屬氧化物、碳或它們的組 合。所述界面層具有大的表面積和/或?yàn)檩d體型催化劑提供理想的催化劑-載體相互作 用。所述界面層可包括任何常規(guī)用作催化劑載體的材料。所述界面層可包括金屬氧化物。 可使用的金屬氧化物的實(shí)例包括A1203、SiA、ZrO2、TiO2、氧化鎢、氧化鎂、氧化釩、氧化鉻、氧 化錳、氧化鐵、氧化鎳、氧化鈷、氧化銅、氧化鋅、氧化鉬、氧化錫、氧化鈣、氧化鋁、鑭系元素 氧化物、泡沸石及它們的組合。所述界面層可用作催化活性層而不再將任何其它的催化活性材料沉積于其上。但是通常所述界面層與催化活性層結(jié)合使用。所述界面層還可以用兩 種或多種不同組成的亞層構(gòu)成。所述界面層的厚度可小于所述多孔載體的平均孔尺寸的一 半。所述界面層的厚度可為約0.5-約100 μ m，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約50 μ m。所述 界面層可為晶態(tài)或無(wú)定形的。所述界面層可具有至少約lm2/g的BET表面積。所述催化劑可沉積在所述界面層上。或者，所述催化劑材料可與所述界面層同時(shí) 沉積。所述催化劑層可緊密分散在所述界面層上。所述“催化劑層‘分散在’或‘沉積在’ 界面層上”包括一般的理解，即微觀的催化劑顆粒分散在所述載體層(即界面層)表面上、 所述載體層的縫隙中以及所述載體層的開放孔中。所述催化劑的形式可為置于反應(yīng)區(qū)域中的顆粒狀固體床，其中所述反應(yīng)區(qū)域的一 側(cè)或多側(cè)內(nèi)壁包括洗涂和/或生長(zhǎng)在其上的另外的催化劑。在顆粒狀固體床中的催化劑與 洗涂和/或生長(zhǎng)在所述反應(yīng)區(qū)域的內(nèi)壁上的催化劑可以是相同，也可以是不同的。所述催化劑可被支撐在所述工藝微通道中的一個(gè)或多個(gè)鰭板或其它結(jié)構(gòu)的組裝 件上。圖20-21示出了實(shí)例。參考圖20，鰭板組裝件430包括安裝在鰭板支架434上的鰭 板432，所述鰭板支架覆于工藝微通道438的底壁436之上。鰭板432從鰭板支架434上突 出，伸進(jìn)工藝微通道438的內(nèi)部。鰭板432伸向并可接觸到工藝微通道438的頂壁440的 內(nèi)表面。在鰭板432之間的鰭板通道442為流體的流動(dòng)提供通道使其能夠平行于所述工藝 微通道438的長(zhǎng)度方向通過所述工藝微通道。每個(gè)鰭板432在它的每個(gè)側(cè)面具有外表面， 該外表面為所述催化劑提供支撐基礎(chǔ)。通過本發(fā)明的方法，所述反應(yīng)物組合物流通過所述 鰭板通道442，與支撐在所述鰭板432的外表面上的催化劑相接觸，并發(fā)生反應(yīng)形成所述產(chǎn) 物。圖21所示的鰭板組裝件430a與圖20所示的鰭板組裝件430相似，不同之處在于，鰭 板43 沒有一直延伸到微通道438的頂壁440的內(nèi)表面。圖22所示的鰭板組裝件與圖 20所示的鰭板組裝件430相似，不同之處在于，在鰭板組裝件430b中的鰭板432b的截面 形狀為梯形。每個(gè)鰭板的高度可為約0. 02mm到最大為工藝微通道438的高度，在一個(gè)實(shí)施 方案中為約0. 02-約10mm，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 02-約5mm，在一個(gè)實(shí)施方案中為約 0. 02-約2mm。每個(gè)鰭板的寬度可為約0. 02-約5mm，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 02-約2mm， 在一個(gè)實(shí)施方案中為約0.02-約1mm。每個(gè)鰭板的長(zhǎng)度可為任意長(zhǎng)度，最大為所述工藝微 通道438的長(zhǎng)度，在一個(gè)實(shí)施方案中最大約為10m，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 5-約10m，在 一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 5-約6m，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 5-約:3m。每個(gè)鰭板之間的間隙 可為任意值，可為約0. 02-約5mm，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 02-約2mm，在一個(gè)實(shí)施方案中 為約0. 02-約1mm。工藝微通道438中的鰭板數(shù)量可為每厘米的所述微通道438的寬度約 1-約50個(gè)鰭板，在一個(gè)實(shí)施方案中為每厘米約1-30個(gè)鰭板，在一個(gè)實(shí)施方案中為每厘米約 1-10個(gè)鰭板，在一個(gè)實(shí)施方案中為每厘米約1-5個(gè)鰭板，在一個(gè)實(shí)施方案中為每厘米約1-3 個(gè)鰭板。每個(gè)鰭板的截面可為如圖20或21所示的矩形或方形，或如圖22所示的梯形。當(dāng) 沿其長(zhǎng)度方向觀察時(shí)，每個(gè)鰭板可以是直的、錐形的，或具有彎曲的構(gòu)造。所述鰭板組裝件 可由任何能夠提供足夠的強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性和熱轉(zhuǎn)移特性的材料制成，從而能夠保證所述 工藝微通道的工作。這些材料包括鋼(例如不銹鋼、碳素鋼等)、鋁、鈦、鎳、鉬、銠、銅、鉻、 任意上述金屬的合金、蒙乃爾合金、因科鎳合金、黃銅、聚合物(例如熱固性樹脂)、陶瓷、玻 璃、包含一種或多種聚合物(例如熱固性樹脂)和玻璃纖維的復(fù)合物、石英、硅或上述的兩 種或多種的組合。所述鰭板組裝件可由形成Al2O3的材料如包含i^e、Cr、Al和Y的合金，或形成Cr2O3的材料如Ni、Cr和！^的合金制成。所述催化劑支撐在微刻槽的載體帶上。這樣的載體帶的實(shí)例示出于圖23和對(duì)中， 參考圖23，工藝微通道450包括裝載工藝為通告450的內(nèi)壁妨4上的載體帶452。主體流動(dòng) 區(qū)456由所述工藝微通道中所述載體帶452和通道頂壁457之間的空間形成。工藝流體按 箭頭458和460所示流動(dòng)通過工藝微通道450。當(dāng)流過工藝微通道450時(shí)，所述工藝流體接 觸著催化劑載體帶452流過主體流動(dòng)區(qū)456。所述催化劑的形式可為置于微刻槽462中的 微小顆粒。載體帶452為流經(jīng)式載體帶。但是所述工藝流體的一部分可流進(jìn)微刻槽462中 與所述催化劑接觸。通過微刻槽462的工藝流體的流動(dòng)可大致沿著從前邊緣463和第一側(cè) 邊緣464向第二側(cè)邊緣466和后邊緣468的方向。圖M中所示的工藝微通道與圖23所示 的工藝微通道相似，不同之處在于圖M所示的工藝微通道450含有相對(duì)的內(nèi)壁妨4和457 以及安裝在所示相對(duì)的內(nèi)壁的每側(cè)壁上的催化劑支撐載體帶452。與該構(gòu)造相關(guān)的其它細(xì) 節(jié)和所述微刻槽的載體帶452的使用見美國(guó)專利公開US 2007-0225532 Al，該文件通過引 用并入到本文中。表面特征可與載體型催化劑結(jié)合使用以增強(qiáng)所述反應(yīng)物和催化劑之間的接觸。這 示出于圖25。參考圖35，鷗鳥工藝微通道450具有安裝在內(nèi)壁妨4上的載體帶452和形成 在相對(duì)的內(nèi)壁457中的表面特征470。工藝流體按箭頭472所示流通過工藝微通道450。工 藝流體的流動(dòng)隨著工藝流體流通過表面特征470而發(fā)生改變。圖25所示的表面特征470 的形式為微通道壁457上半球形的凹陷。由表面特征470造成的工藝流體的流動(dòng)變化增強(qiáng) 了所述工藝流體和被載體帶452支撐的催化劑之間的接觸。所述催化劑可置于工藝微通道中惰性顆粒床的上游和/或下游。在催化劑上游的 惰性顆粒床可用于改變進(jìn)入催化劑中的反應(yīng)物的溫度和/或流動(dòng)特性。位于催化劑下游的 惰性顆粒床可用于改變從催化劑中流出的產(chǎn)物的溫度和/或流動(dòng)特性。例如，所述催化劑 的形式可為顆粒狀固體床，一惰性顆粒床可置于所述催化床的上游，另一惰性顆粒床可置 于所述催化床的下游。所述惰性顆?？砂ɡ缣蓟琛K滑石、氧化鋁、摻雜的氧化鋁或 上述物質(zhì)中的兩種或多種的組合。所述惰性顆粒的平均粒徑為約1-約ΙΟΟΟμπι，在一個(gè)實(shí) 施方案中為約10-約500 μ m,在一個(gè)實(shí)施方案中為約25-約300 μ m，在一個(gè)實(shí)施方案中為 約80-約300 μ m(即約等于美國(guó)篩網(wǎng)50-200級(jí))。所述催化劑床和惰性顆粒床可置于一 個(gè)工藝微通道中。所述催化劑床的長(zhǎng)度可為約0.5-200cm，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1.5-約 60cm。所述催化劑床的長(zhǎng)度與位于催化劑床上游的惰性床的長(zhǎng)度的比值可為約2-約100， 在一個(gè)實(shí)施方案中為約4-約50。所述催化劑床的長(zhǎng)度與位于催化劑床下游的惰性床的長(zhǎng) 度的比值可為約2-約100，在一個(gè)實(shí)施方案中為約4-約50。所述催化劑可再生。這可通過使再生流體通過所述工藝微通道與所述催化劑相接 觸來(lái)實(shí)施。所述再生流體可包括氫氣或稀釋的氫氣流、氧氣或含氧流，或者含有含商素的氣 體或者氧氣和含鹵素的氣體的混合物的流。鹵化物可包括金屬鹵化物和有機(jī)鹵化物。稀釋 物質(zhì)可包括氮?dú)狻鍤?、氦氣、甲烷、乙烯、二氧化碳、水蒸汽、或上述中的兩種或多種的混合 物。所述再生氣體可從頭部流入通過所述工藝微通道到達(dá)腳部，或者沿相反的方向從腳部 流入通過所述工藝微通道到達(dá)頭部所述再生流體的溫度可為約50-約400°C，在一個(gè)實(shí)施 方案中為約200-約350°C。在該再生步驟進(jìn)行的過程中所述工藝微通道中的壓力可為約 1-約40巴，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約20巴，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約5巴。再生流體在所述工藝微通道中的停留時(shí)間可為約0.01-約1000秒，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 1 秒-約100秒。所述工藝微通道的特征在于，具有主體流動(dòng)路徑。術(shù)語(yǔ)“主體流動(dòng)路徑”指的是在 所述工藝微通道中的開放的路徑(連續(xù)的主體流動(dòng)區(qū))。連續(xù)的主體流動(dòng)區(qū)允許快速的流 體流過微通道而不產(chǎn)生大的壓力下降。在一個(gè)實(shí)施方案中，在所述主體流動(dòng)區(qū)中的流體流 動(dòng)是層流式的。在每個(gè)工藝微通道中的主體流動(dòng)區(qū)的截面積可為約0.05-約10000mm2，在 一個(gè)實(shí)施方案中為約0.05-約5000mm2，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 1-約2500mm2。所述主體 流動(dòng)區(qū)可包含所述工藝微通道的截面的約5% -約95%，在一個(gè)實(shí)施方案中為約30% -約 80%。所述熱交換流體可為任意的流體。這些包括空氣、水蒸氣、液態(tài)水、蒸汽、氣態(tài)氮、 包含惰性氣體的其它氣體、一氧化碳、熔融鹽、油類如礦物油、氣態(tài)烴、液態(tài)烴、熱交換流體 如可從陶氏-聯(lián)合碳化物公司(Dow-Union Carbide)得到的陶氏Dowtherm A導(dǎo)熱油和首 諾Therminol導(dǎo)熱油，以及上述物質(zhì)中兩種或多種的組合。所述熱交換流體可包括一種或多種反應(yīng)物和/或產(chǎn)物的流。這可以為所述工藝微 通道提供工藝?yán)鋮s和/或?yàn)榉磻?yīng)物提供預(yù)熱，從而提高該方法的整體熱效率。所述熱交換通道可包括在其中進(jìn)行吸熱工藝的工藝微通道。這些熱交換工藝通道 可為微通道?？稍谒鰺峤粨Q通道中實(shí)施的吸熱工藝的實(shí)例包括蒸汽重整和脫氫反應(yīng)。在 約220°C -約300°C的溫度下發(fā)生的醇的蒸汽重整是適應(yīng)于諸如在相同溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的 環(huán)氧乙烷的合成反應(yīng)這樣的放熱反應(yīng)的吸熱反應(yīng)的實(shí)例。將同時(shí)吸熱的反應(yīng)合并以提供改 進(jìn)的散熱的措施可使得通常的熱通量的大致的數(shù)量級(jí)在對(duì)流的冷卻熱通量以上。所述熱交換流體當(dāng)流過所述熱交換通道時(shí)可經(jīng)歷部分或完全的相變。該相變可在 對(duì)流冷卻所造成的熱移除以外帶來(lái)額外的從所述工藝微通道中的熱移除。對(duì)于蒸發(fā)的液態(tài) 熱交換流體而言，從工藝微通道中釋放出來(lái)的額外的熱量來(lái)自所述熱交換流體所需要的蒸 發(fā)潛熱。這樣的相變的實(shí)例有經(jīng)歷部分沸騰的熱交換流體，如油或水。在一個(gè)實(shí)施方案中， 最多可蒸發(fā)所述熱交換流體重量的約50%。在微通道反應(yīng)器中熱交換的熱通量可為約1-約500瓦每平方厘米的所述微通道 反應(yīng)器中的熱轉(zhuǎn)移壁的表面積(W/cm2)，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約350W/cm2，在一個(gè)實(shí)施 方案中為約1-約250W/cm2，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約lOOW/cm2，在一個(gè)實(shí)施方案中為約 1-約50W/cm2，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約25W/cm2，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約lOW/cm2。在一個(gè)實(shí)施方案中，在本發(fā)明的方法實(shí)施的過程中所述工藝微通道的冷卻有利地 控制了對(duì)主產(chǎn)物或希望的產(chǎn)物的選擇度，因?yàn)檫@種額外的冷卻減少或消除了從不希望的平 行反應(yīng)中產(chǎn)生的、具有更高的活化能的不希望的副產(chǎn)物的形成。這樣的冷卻的結(jié)果是，在 一個(gè)實(shí)施方案中，在所述工藝微通道的入口處的反應(yīng)物的溫度與在所述工藝微通道的出口 處的產(chǎn)物(或產(chǎn)物和未反應(yīng)的反應(yīng)物的混合物)的溫度之間的差可在約20°C以內(nèi)，在一個(gè) 實(shí)施方案中在約10°C以內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中在約5°C以內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中在約3°C以 內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中在約2°C以內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中在約1°C以內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施方案中， 所述工藝微通道可在等溫或基本等溫的溫度特征下工作。工藝流體在工藝微通道中與催化劑的接觸時(shí)間可為約50-約900毫秒(ms)，在一 個(gè)實(shí)施方案中為約100-約900ms，在一個(gè)實(shí)施方案中為約100-約500ms，在一個(gè)實(shí)施方案中為約100-約300ms，在一個(gè)實(shí)施方案中為約150-約300ms。工藝流體通過工藝微通道的流動(dòng)空速(或氣時(shí)空速)可為約1000-約50000升原 料每升催化劑每小時(shí)(hr—1)。所述空速可為約2500-約3500( !^1,在一個(gè)實(shí)施方案中為約 5000-約 20000hr-1。對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度可為約75-約95%，在一個(gè)實(shí)施方案中為約80-約95%，在 一個(gè)實(shí)施方案中為約85-約95%，在一個(gè)實(shí)施方案中為約88-約92%。本發(fā)明的方法的生產(chǎn)速率或催化劑工作速率可至少約為250千克環(huán)氧乙烷每立 方米催化劑每小時(shí)(kg/m3。at/hr)，在一個(gè)實(shí)施方案中為至少約300千克環(huán)氧乙烷每立方米 催化劑每小時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中為至少約350千克環(huán)氧乙烷每立方米催化劑每小時(shí)，在 一個(gè)實(shí)施方案中為至少約400千克環(huán)氧乙烷每立方米催化劑每小時(shí)。環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)速率 可為約250-約5000千克每立方米催化劑每小時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中為約300-約5000千 克每立方米催化劑每小時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中為約350-約5000千克每立方米催化劑每小 時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中為約400-約5000千克每立方米催化劑每小時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中為 約500-約5000千克每立方米催化劑每小時(shí)。本發(fā)明的方法的催化劑的生產(chǎn)能力可為每立方米催化劑產(chǎn)出至少約0. 5千噸環(huán) 氧乙烷(ktro/m3。at)，在一個(gè)實(shí)施方案中每立方米催化劑產(chǎn)出至少約1千噸環(huán)氧乙烷，在一個(gè) 實(shí)施方案中每立方米催化劑產(chǎn)出至少約2千噸環(huán)氧乙烷，在一個(gè)實(shí)施方案中每立方米催化 劑產(chǎn)出至少約3千噸環(huán)氧乙烷，在一個(gè)實(shí)施方案中每立方米催化劑產(chǎn)出至少約4千噸環(huán)氧 乙烷。所述催化劑的生產(chǎn)能力可為每立方米催化劑產(chǎn)出約0. 5-10千噸混養(yǎng)乙烷，在一個(gè)實(shí) 施方案中為每立方米催化劑產(chǎn)出約1-約10千噸環(huán)氧乙烷，在一個(gè)實(shí)施方案中為每立方米 催化劑產(chǎn)出約1-約8千噸環(huán)氧乙烷，在一個(gè)實(shí)施方案中為每立方米催化劑產(chǎn)出約1-約6 千噸環(huán)氧乙烷，在一個(gè)實(shí)施方案中為每立方米催化劑產(chǎn)出約1-約4千噸環(huán)氧乙烷，在一個(gè) 實(shí)施方案中為每立方米催化劑產(chǎn)出約2-約4千噸環(huán)氧乙烷。本發(fā)明的方法的生產(chǎn)速率或催化劑工作速率可為至少約250kg/m3。at/hr，對(duì)環(huán)氧 乙烷的選擇度可至少約為88%，在一個(gè)實(shí)施方案中為約88-約92%。所述催化劑生產(chǎn)能力 可至少約為lktEQ/m3cat。所述生產(chǎn)速率或催化劑工作速率可至少約為250kg/m3。at/hr，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇 度可至少約為87%，所述催化劑生產(chǎn)能力可至少約為21αΕ()/πι3_。所述生產(chǎn)速率或催化劑工作速率可至少約為250kg/m3。at/hr，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇 度可至少約為85%，所述催化劑生產(chǎn)能力可至少約為31αΕ(ι/πι3_。所述生產(chǎn)速率或催化劑工作速率可至少約為250kg/m3。at/hr，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇 度可至少約為83%，所述催化劑生產(chǎn)能力可至少約為41αΕ()/πι3_。本發(fā)明涉及一種方法，包括使乙烯和氧氣或氧源在催化劑的存在下在工藝微通 道中發(fā)生反應(yīng)，從而以至少250kg/m3。at/hr的速率形成包含環(huán)氧乙烷的產(chǎn)物，對(duì)環(huán)氧乙烷的 選擇度至少約為84%，所述催化劑在工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，并且所述反應(yīng)區(qū)域中的 平均溫度保持在約220°C以下。本發(fā)明涉及一種方法，包括使乙烯和氧氣或氧源在催化劑的存在下在工藝微通 道中發(fā)生反應(yīng)，從而以至少350kg/m3。at/hr的速率形成包含環(huán)氧乙烷的產(chǎn)物，對(duì)環(huán)氧乙烷的 選擇度至少約為80 %，所述催化劑在工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，并且所述反應(yīng)區(qū)域中的平均溫度保持在約220°C以下。本發(fā)明涉及一種方法，包括使乙烯和氧氣或氧源在催化劑的存在下在工藝微通 道中發(fā)生反應(yīng)，從而以至少350kg/m3。at/hr的速率形成包含環(huán)氧乙烷的產(chǎn)物，對(duì)環(huán)氧乙烷的 選擇度至少約為84%，所述催化劑在工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，并且所述反應(yīng)區(qū)域中的 平均溫度保持在約220°C以下。本發(fā)明涉及一種方法，包括使乙烯和氧氣或氧源在催化劑的存在下在工藝微通 道中發(fā)生反應(yīng)，從而以至少250kg/m3。at/hr的速率形成包含環(huán)氧乙烷的產(chǎn)物，對(duì)環(huán)氧乙烷的 選擇度至少約為84%，所述催化劑在工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，并且所述反應(yīng)區(qū)域中的 平均溫度保持在約265°C以上。本發(fā)明涉及一種方法，包括使乙烯和氧氣或氧源在催化劑的存在下在工藝微通 道中發(fā)生反應(yīng)，從而以至少350kg/m3。at/hr的速率形成包含環(huán)氧乙烷的產(chǎn)物，對(duì)環(huán)氧乙烷的 選擇度至少約為80 %，所述催化劑在工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，并且所述反應(yīng)區(qū)域中的 平均溫度保持在約265°C以上。本發(fā)明涉及一種方法，包括使乙烯和氧氣或氧源在催化劑的存在下在工藝微通 道中發(fā)生反應(yīng)，從而以至少350kg/m3。at/hr的速率形成包含環(huán)氧乙烷的產(chǎn)物，對(duì)環(huán)氧乙烷的 選擇度至少約為84%，所述催化劑在工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，并且所述反應(yīng)區(qū)域中的 平均溫度保持在約265°C以上。反應(yīng)運(yùn)行在所述催化劑、工藝微通道和一種或多種反應(yīng)物經(jīng)過一段調(diào)整時(shí)間之后 啟動(dòng)，所述調(diào)整時(shí)間最長(zhǎng)可為約500小時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中最長(zhǎng)為約400小時(shí)，在一個(gè)實(shí) 施方案中最長(zhǎng)為約300小時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中最長(zhǎng)為約200小時(shí)。在所述調(diào)整時(shí)間內(nèi)，所 述催化劑、工藝微通道和一種或多種反應(yīng)物能夠達(dá)到一平衡溫度。該工藝可在所述調(diào)整時(shí) 間內(nèi)開始以使生產(chǎn)速率在開始生產(chǎn)運(yùn)行(SOR)前就能夠達(dá)到理想的水平。生產(chǎn)運(yùn)行的啟動(dòng) 可在平均生產(chǎn)速率達(dá)到至少約250千克環(huán)氧乙烷煤立方米催化劑每小時(shí)(kg/m3。at/hr)時(shí)開 始。生產(chǎn)運(yùn)行的運(yùn)行啟動(dòng)溫度(Tsor)可為約150-約265°C，在一個(gè)實(shí)施方案中為約150-約 250°C，在一個(gè)實(shí)施方案中為約150-約240°C，在一個(gè)實(shí)施方案中為約150-約230°C，在一 個(gè)實(shí)施方案中為約150-約220°C，在一個(gè)實(shí)施方案中為約150-約210°C，在一個(gè)實(shí)施方案 中為約150-約200°C，在一個(gè)實(shí)施方案中為約150-約190°C。在生產(chǎn)運(yùn)行啟動(dòng)后，所述反 應(yīng)區(qū)域中的溫度可相對(duì)恒定，但可以逐漸升高以補(bǔ)償所述催化劑逐漸的失活。在一個(gè)實(shí)施 方案中，反應(yīng)區(qū)域中的平均溫度在生產(chǎn)運(yùn)行過程中可以下降不多于約20°C，在一個(gè)實(shí)施方 案中不多于約10°C，一個(gè)實(shí)施方案中不多于約5°C，一個(gè)實(shí)施方案中不多于約2V。生產(chǎn)運(yùn)行的啟動(dòng)可涉及在開始時(shí)在微通道反應(yīng)器中裝載催化劑，并通過在反應(yīng)器 中通入惰性氣體如隊(duì)將所述催化劑干燥，同時(shí)將反應(yīng)器中的溫度保持在約200°C -240°C的 范圍內(nèi)，在一個(gè)實(shí)施方案中保持在約225°C _235°C。惰性氣體的流動(dòng)可持續(xù)一段時(shí)間，所述 一段時(shí)間為約0. 5-約48小時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約M小時(shí)，同時(shí)所述反應(yīng)器中的 壓力為約0. 8-約5個(gè)大氣壓(絕對(duì)壓力)，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約2個(gè)大氣壓。所述 空速可為約100-約40000v/v/hr，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1000-約30000v/v/hr。之后，反 應(yīng)器中的壓力可升高到約5-約30個(gè)大氣壓，在一個(gè)實(shí)施方案中可升高至約10-約25個(gè)大 氣壓。之后，可用含有乙烯、有機(jī)鹵化物(例如氯乙烷)、任選的CO2和惰性氣體如隊(duì)的稀釋 的反應(yīng)物流代替所述惰性氣體流，其中所述惰性氣體的濃度相對(duì)較高，例如以體積計(jì)為約50% -約90%，在一個(gè)實(shí)施方案中以體積計(jì)為約60% -約80%。(X)2的濃度以體積計(jì)最高 可為約10%，在一個(gè)實(shí)施方案中以體積計(jì)為約-約5%。所述稀釋的反應(yīng)物流可持續(xù)流 動(dòng)一段時(shí)間，所述一段時(shí)間為約0. 5-約48小時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約M小時(shí)。所 述空速可為約100-約40000v/v/hr，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1000-約30000v/v/hr。然后可 開始通入氧氣或氧源，初始時(shí)用減小的濃度，其中稀釋的反應(yīng)物流中的氧氣或氧源的濃度 從0升高至以體積計(jì)約1-約15%的濃度，在一個(gè)實(shí)施方案中升高到以體積計(jì)約2% -6%, 在約0. 5-48小時(shí)的時(shí)間內(nèi)分布升高，在一個(gè)實(shí)施方案中在約1-約M小時(shí)的時(shí)間內(nèi)分布升 高。然后，在一段時(shí)間內(nèi)分布地用甲烷代替稀釋的反應(yīng)物流中的惰性氣體，所述一段時(shí)間為 約0.5- 小時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約8小時(shí)。然后氧氣或氧源的濃度可分布地升 高到理想的濃度，所述理想的濃度以體積計(jì)為約2% -約50%，在一個(gè)實(shí)施方案中以體積計(jì) 為約7% -約25%，在一個(gè)實(shí)施方案中以體積計(jì)為約7% -約15%，升高到理想濃度所經(jīng)歷 的時(shí)間為約0. 5-24小時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約8小時(shí)。在原料流中有機(jī)鹵化物的 濃度可分布地升高到理想的濃度，所述理想的濃度以體積計(jì)為約百萬(wàn)分之0. 1份-約百萬(wàn) 分之5份，在一個(gè)實(shí)施方案中以體積計(jì)為約百萬(wàn)分之1份-約百萬(wàn)分之4份，升高到理想濃 度所經(jīng)歷的時(shí)間為約1-48小時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中為約2-約8小時(shí)。然后，反應(yīng)器中的溫 度可分布升高到約160-約270°C的溫度，在一個(gè)實(shí)施方案中升高到約180-約250°C，升高 到所述溫度所經(jīng)歷的時(shí)間為約0. 5-48小時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約M小時(shí)?？账倏?為約1000-約40000v/v/hr，在一個(gè)實(shí)施方案中位約2000-約30000v/v/hr。然后，所述反 應(yīng)器可在這些條件下保持約0.5-約72小時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中保持約1-約對(duì)小時(shí)。然 后，甲烷的濃度水平可分布降低至以體積計(jì)約5% -約80%的水平，在一個(gè)實(shí)施方案中降到 以體積計(jì)約10% -約75%的水平，上述濃度降低所經(jīng)歷的時(shí)間為約1-約48小時(shí)，在一個(gè) 實(shí)施方案中為約2-約M小時(shí)。所述空速可為約1000-約40000v/v/hr，在一個(gè)實(shí)施方案中 為約1000-約30000v/v/hr。然后所述反應(yīng)器可在這些條件下保持約0. 5-約48小時(shí)，在一 個(gè)實(shí)施方案中為約1-約M小時(shí)。(X)2的濃度水平可分布降低到以體積計(jì)約-約5%的 水平，在一個(gè)實(shí)施方案中降低到以體積計(jì)約0. -約2%的水平，上述降低所經(jīng)歷的時(shí)間 為約0. 5-約96小時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約48小時(shí)。然后反應(yīng)條件可按需要進(jìn)行 調(diào)整。該啟動(dòng)工序可被稱為緩和啟動(dòng)方式。該啟動(dòng)工序涉及將催化劑逐步暴露于所述反應(yīng) 物，由于防止了形成可能導(dǎo)致失活速率明顯升高的局部熱點(diǎn)，因而該啟動(dòng)工序是有利的。并 且，在高溫下保持相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間被認(rèn)為對(duì)于活化所有催化劑位點(diǎn)而言均是有利的。生產(chǎn)運(yùn)行的結(jié)束(EOR)可在所述反應(yīng)區(qū)域中達(dá)到最高的希望溫度(Teot)時(shí)發(fā)生。 所述運(yùn)行結(jié)束溫度可約為265°C，在一個(gè)實(shí)施方案中為約-約270°C，一個(gè)實(shí)施方案中 為約 265°C -約 280°C?；蛘撸a(chǎn)運(yùn)行的結(jié)束可在對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度和環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)速率下降到理 想的水平以下時(shí)發(fā)生。生產(chǎn)運(yùn)行的結(jié)束可在對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度下降到約84%以下時(shí)發(fā) 生，在一個(gè)實(shí)施方案中發(fā)生在下降到約82%以下時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中下降到約80%以下 時(shí)；和/或發(fā)生在當(dāng)環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)速率下降到約245千克環(huán)氧乙烷每立方米催化劑的 水平以下時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中發(fā)生在下降到約240千克環(huán)氧乙烷每立方米催化劑的水平 以下時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中發(fā)生在下降到約235千克環(huán)氧乙烷每立方米催化劑的水平以下 時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中發(fā)生在下降到約230千克環(huán)氧乙烷每立方米催化劑的水平以下時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中發(fā)生在下降到約225千克環(huán)氧乙烷每立方米催化劑的水平以下時(shí)，在一 個(gè)實(shí)施方案中發(fā)生在下降到約220千克環(huán)氧乙烷每立方米催化劑的水平以下時(shí)。所述工藝微通道中的工藝流體的平均溫度為約150°C _約沈51，在一個(gè)實(shí)施方案 中為約180°C -約265°C，在一個(gè)實(shí)施方案中為約200°C -約265°C，在一個(gè)實(shí)施方案中為約 2200C -約 265"C。所述工藝微通道中的壓力可為約5-約30巴，在一個(gè)實(shí)施方案中為約10-約20巴。隨著工藝流體在工藝微通道中的流動(dòng)，所述工藝流體的壓力下降可最多為約2巴 每英尺的工藝流體長(zhǎng)度(巴/ft)，在一個(gè)實(shí)施方案中最多約為1. 5巴/ft，在一個(gè)實(shí)施方案 中最多約為1巴/ft，一個(gè)實(shí)施方案中最多約為0.5巴/ft。所述工藝微通道中的工藝流體的流動(dòng)可為層流型或過渡型(intransition)，在一 個(gè)實(shí)施方案中為層流型。在工藝微通道中的工藝流體的流動(dòng)的雷諾(Reynolds)數(shù)最大可 約為4000，在一個(gè)實(shí)施方案中最大約2300，在一個(gè)實(shí)施方案中為約10-約2000，在一個(gè)實(shí)施 方案中為約100-約1500。在工藝微通道中流動(dòng)的工藝流體的表面速度可至少為約0. 01米每秒(m/s)，在一 個(gè)實(shí)施方案中為約0. 01-約5m/s，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 01-約2m/s，在一個(gè)實(shí)施方案 中為約0. 01-約lm/s，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 05-約0. 5m/s。所述熱交換通道中的熱交換流體的溫度可為約100°C -約270°C，在一個(gè)實(shí)施方案 中為約120°C -約250°C，在一個(gè)實(shí)施方案中為約140°C -約230°C。在熱交換流體和工藝 流體之間的溫差最高可為約50°C，在一個(gè)實(shí)施方案中最高可為約30°C，在一個(gè)實(shí)施方案中 最高可為約10°C。所述熱交換流體在所述熱交換通道中的停留時(shí)間可為約1-約1000ms， 在一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約500ms，在一個(gè)實(shí)施方案中為約1-約100ms。隨著熱交換流體 在熱交換通道中的流動(dòng)，所述熱交換流體的壓力下降可最多為約3巴/ft，在一個(gè)實(shí)施方案 中最多約為1巴/ft。熱交換流體在所述熱交換通道中的流動(dòng)可以為層流型或過渡型，在一 個(gè)實(shí)施方案中為層流型。熱交換流體在熱交換通道中的流動(dòng)的雷諾數(shù)最大可為約4000，在 一個(gè)實(shí)施方案中最大約2300，在一個(gè)實(shí)施方案中為約10-約2000，在一個(gè)實(shí)施方案中為約 10-約 1500。在形成環(huán)氧乙烷的反應(yīng)方法的過程中對(duì)熱交換的控制可有利地控制對(duì)希望的產(chǎn) 物的選擇度，這是因?yàn)轭~外的冷卻可減少或消除來(lái)自不希望的平行反應(yīng)的、具有較高活化 能的不希望的副產(chǎn)物?？稍跓峤粨Q通道的上游或在所述通道中使用被動(dòng)結(jié)構(gòu)(例如障礙物)、孔和/或機(jī) 構(gòu)來(lái)控制在微通道反應(yīng)器100的每個(gè)獨(dú)立的熱交換通道中的壓力。通過控制每個(gè)熱交換通 道內(nèi)的壓力可控制每個(gè)熱交換通道中的溫度?？蓪?duì)每個(gè)熱交換通道使用更高的入口壓力， 同時(shí)所述被動(dòng)結(jié)構(gòu)、孔和/或機(jī)構(gòu)使壓力下降到理想的壓力。通過控制每個(gè)熱交換通道中 的溫度可控制所述工藝微通道中的溫度。因此，例如，通過在與所述工藝微通道相鄰或熱接 觸的熱交換通道中使用特定的壓力，每個(gè)工藝微通道可在理想的溫度下工作。這可為每個(gè) 工藝微通道帶來(lái)能夠精確控制溫度的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于每個(gè)工藝微通道應(yīng)用精確控制的溫度的措 施為所述方法帶來(lái)特定的溫度特征和能量需求整體減少的優(yōu)點(diǎn)。在某些應(yīng)用領(lǐng)域中，在一個(gè)增大規(guī)模的裝置中，可能需要一定質(zhì)量的工藝流體沿 所述微通道均勻分布。這樣的應(yīng)用可為所述工藝流體需要用相鄰的熱交換通道冷卻的情況。所述均勻的質(zhì)量流動(dòng)分布可通過從一個(gè)平型微通道到另一個(gè)微通道的截面積的改變來(lái) 獲得。所述質(zhì)量流動(dòng)分布的均勻性可用如下所示的品質(zhì)指數(shù)因子(Quality Idex Factor) (Q-因子)來(lái)定義。0%的Q-因子表示完全均勻的分布。 g = —T~—XlOQ截面積的變化導(dǎo)致在壁上的剪切應(yīng)力的差異。在一個(gè)實(shí)施方案中，微通道反應(yīng)器 100的Q-因子可小于約50%，在一個(gè)是實(shí)施方案中小于約20%，在一個(gè)實(shí)施方案中小于約 5%，在一個(gè)實(shí)施方案中小于約1%。在工藝微通道中流動(dòng)的工藝流體的自由流速度可至少約為0. OOlm/s，在一個(gè)實(shí)施 方案中至少約為0. Olm/s，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 001-約200m/s，在一個(gè)實(shí)施方案中為 約0. 01-約100m/s，在一個(gè)實(shí)施方案中為約0. 01-約200m/s。由本發(fā)明的方法生成的產(chǎn)物包括環(huán)氧乙烷。本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)包括將乙烯和 氧氣或氧源以及催化劑之間的接觸最大化；將勻質(zhì)氣相非選擇性反應(yīng)如那些將乙烯或環(huán)氧 乙烷轉(zhuǎn)化成碳氧化物(C0和CO2)的反應(yīng)最少化。在一個(gè)實(shí)施方案中，(基于碳數(shù))對(duì)碳氧 化物的選擇度可小于約0. 5摩爾碳氧化物每摩爾環(huán)氧乙烷。本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)可包括工藝劇烈化的潛力。現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)方法(即非微 通道方法)通常在反應(yīng)物稀釋的條件下操作以避免反應(yīng)失控，而本發(fā)明的方法在希望的情 況下可在更加劇烈的條件下操作從而得到更大的產(chǎn)出。通過將催化微通道工藝與熱交換相 結(jié)合，能夠以在常規(guī)條件下導(dǎo)致高溫并損失選擇度的乙烯/氧氣比進(jìn)行操作，但通過用熱 交換法快速移除熱量，工藝微通道內(nèi)部可保持在相對(duì)低的溫度下，例如約265°C以下，在一 個(gè)實(shí)施方案中為約250°C以下，在一個(gè)實(shí)施方案中為約240°C以下，因此將對(duì)希望的環(huán)氧乙 烷的選擇度最大化。本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)包括對(duì)反應(yīng)選擇度的提高，這歸因于所述微通道反應(yīng)器的尺 寸。在常規(guī)尺寸的反應(yīng)器(即非微通道反應(yīng)器)中，在氣相中均勻推進(jìn)的反應(yīng)對(duì)產(chǎn)物整體 的組成起到顯著的作用。這些反應(yīng)具有雜亂無(wú)章的傾向并通常導(dǎo)致產(chǎn)生不希望的副產(chǎn)物如 CO和(X)2或烴的熱解產(chǎn)物。對(duì)環(huán)氧乙烷的反應(yīng)選擇度的顯著提高可在根據(jù)本發(fā)明的微通道 反應(yīng)器中實(shí)施時(shí)得以實(shí)現(xiàn)，其中所述微通道反應(yīng)器的內(nèi)部高度或?qū)挾鹊扔诨蚪咏懻摰?反應(yīng)的淬滅直徑。乙烯每次通過所述微通道反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化水平最大可為約10%，在一個(gè)實(shí)施方案中 最大為約20%，在一個(gè)實(shí)施方案中最大為約30%，在一個(gè)實(shí)施方案中最大為約40%，在一 個(gè)實(shí)施方案中最大為約50%。氧氣每次通過所述微通道反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化水平最大可為約10%，在一個(gè)實(shí)施方案中 最大為約20%，在一個(gè)實(shí)施方案中最大為約30%，在一個(gè)實(shí)施方案中最大為約40%，在一 個(gè)實(shí)施方案中最大為約50%或更高。環(huán)氧乙烷的產(chǎn)率每次循環(huán)最大可為約10%，在一個(gè)實(shí)施方案中最大為約20%，在 一個(gè)實(shí)施方案中最大為約30%，在一個(gè)實(shí)施方案中最大為約40%，在一個(gè)實(shí)施方案中每次 循環(huán)最大為約50%。這里使用的術(shù)語(yǔ)“循環(huán)”指的是所述反應(yīng)物通過所述微通道反應(yīng)器一 次。在一個(gè)實(shí)施方案中，乙烯的轉(zhuǎn)化水平最大可為約10%，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度可為約 75% -約 95%。在一個(gè)實(shí)施方案中，乙烯的轉(zhuǎn)化水平最大可為約20%，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度可為 約 75% -約 95%。在一個(gè)實(shí)施方案中，乙烯的轉(zhuǎn)化水平最大可為約30%，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度可為 約 75% -約 95%。在一個(gè)實(shí)施方案中，乙烯的轉(zhuǎn)化水平最大可為約40%，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度可為 約 75% -約 95%。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法可在含有多個(gè)平行工作的熱交換通道的反應(yīng)器中實(shí) 施。在所述熱交換通道中流動(dòng)的流體總的壓力下降最多可為約10巴，在一個(gè)實(shí)施方案中最 多約為5巴，在一個(gè)實(shí)施方案中最多約為2巴。實(shí)施例將乙烯和氧氣轉(zhuǎn)化成環(huán)氧乙烷的方法使用圖28所示的微通道反應(yīng)器實(shí)施。參考 圖28，微通道反應(yīng)器500包含微通道反應(yīng)器芯510，反應(yīng)物入口 520，產(chǎn)物出口 530，熱交換 流體入口 540和550，以及熱交換流體出口 560和570。所述微通道反應(yīng)器芯510由不銹鋼 制成。所述微通道反應(yīng)器芯510含有一個(gè)工藝微通道和兩個(gè)熱交換通道，所述熱交換通道 位于所述工藝微通道的兩側(cè)。使用一組流量控制器將乙烯、氧氣、甲烷、二氧化碳、氮?dú)?示蹤物)和氯乙烷混合 以形成反應(yīng)物原料流。存在兩股獨(dú)立的原料流，當(dāng)形成反應(yīng)物原料流時(shí)兩股流結(jié)合在一起。 原料流之一為乙烯流，所述乙烯流還可以含有甲烷、二氧化碳和氯乙烷。所述氯乙烷使用摻 雜的甲烷流引入，所述摻雜的甲烷流含有以體積計(jì)20ppm的氯乙烷。另外的一股原料流為 含有氮?dú)?示蹤物)的氧氣流。所述反應(yīng)物原料流如圖觀所示進(jìn)入所述微通道反應(yīng)器，經(jīng) 歷反應(yīng)以生成包含環(huán)氧乙烷的產(chǎn)物。所述產(chǎn)物如圖觀所示從微通道反應(yīng)器500中流出。使 用惠普(Hewlett Packard) 5890系列II氣象色譜儀分析進(jìn)入所述微通道反應(yīng)器500的原 料流和流出所述微通道反應(yīng)器500的產(chǎn)物流。使用一組流量控制器將乙烯、氧氣、甲烷、二 氧化碳、氮?dú)?示蹤物)和氯乙烷混合以形成反應(yīng)物原料流。存在兩股獨(dú)立的原料流，當(dāng)形 成反應(yīng)物原料流時(shí)兩股流結(jié)合在一起。原料流之一為乙烯流，所述乙烯流還可以含有甲烷、 二氧化碳和氯乙烷。所述氯乙烷使用摻雜的甲烷流引入，所述摻雜的甲烷流含有以體積計(jì) 20ppm的氯乙烷。另外的一股原料流為含有氮?dú)?示蹤物)的氧氣流。所述反應(yīng)物原料流 如圖觀所示進(jìn)入所述微通道反應(yīng)器，經(jīng)歷反應(yīng)以生成包含環(huán)氧乙烷的產(chǎn)物。所述產(chǎn)物如圖 28所示從微通道反應(yīng)器500中流出。使用惠普5890系列II氣象色譜儀分析進(jìn)入所述微通 道反應(yīng)器500的原料流和流出所述微通道反應(yīng)器500的產(chǎn)物流。所述工藝微通道具有矩形截面，內(nèi)部高度如下所示為0.025英寸(0.635mm) 或0.0375英寸(0.95mm)。所述工藝微通道的內(nèi)部寬度為0. 3英寸(0.76cm)，長(zhǎng)度為 2. 75英寸(6. 99cm)。所述熱交換通道具有矩形截面，內(nèi)部尺寸為0. 30英寸X0. 3英寸 (0. 76mmX0. 76cm)熱交換流體為Marlotherm SH(沙索公司(MsoI)提供的導(dǎo)熱油)。所述 熱交換流體以5-7升每分鐘(Ipm)的速率流通過所述熱交換通道。所述熱交換流體的流動(dòng) 是湍流型并足以為所述工藝微通道提供基本等溫的溫度特征。所述微通道反應(yīng)器芯510含 有12個(gè)用于測(cè)量溫度的熱偶的陣列。對(duì)每一次測(cè)試運(yùn)行的溫度測(cè)量結(jié)果示出于圖30中。所述催化劑被壓碎并過篩到在美國(guó)50-120目級(jí)別范圍內(nèi)的希望的顆粒尺寸。催化劑之一的三個(gè)樣品在美國(guó)100-120目級(jí)別范圍內(nèi)的顆粒尺寸分布示出于圖四中。所述 催化劑的形式為裝填在所述工藝微通道中的顆粒狀固體床。另外，惰性顆粒裝填在所述工 藝微通道中所述催化劑床的兩側(cè)。所述惰性顆粒包括平均直徑約100 μ m的碳化硅或塊滑 石顆粒。用兩個(gè)不銹鋼護(hù)網(wǎng)在顆粒床(即催化劑顆粒和惰性顆粒)的兩側(cè)將所述床保持在 合適的位置上。所述護(hù)網(wǎng)之一具有美國(guó)30目的尺寸，另一個(gè)護(hù)網(wǎng)具有美國(guó)200目的尺寸。所述反應(yīng)器的裝載首先通過將所述不銹鋼護(hù)網(wǎng)防止在所述工藝微通道的產(chǎn)物出 口中。然后使用重力和/或抽吸技術(shù)將惰性顆粒(例如碳化硅或塊滑石)裝進(jìn)所述工藝微 通道中，然后裝進(jìn)催化劑顆粒，然后是最后的惰性顆粒層。在緊實(shí)所述床的過程中可使用機(jī) 械技術(shù)。然后可將不銹鋼護(hù)網(wǎng)置于所述工藝微通道的原料入口中。裝載的反應(yīng)器安裝在試驗(yàn)臺(tái)中。所述方法的啟動(dòng)涉及首先通過在裝載的反應(yīng)器 中以約4200^-1的空速通入在大氣壓下且溫度為220-240°C的干燥N2約M小時(shí)來(lái)干燥所 述催化劑。然后將所述反應(yīng)器加壓到希望的工作壓力。通過在反應(yīng)器中通入含有&、C2H4、 氯乙烷和任選的(X)2所述催化劑的稀釋的反應(yīng)物流使其與催化劑接觸來(lái)活化所述催化劑。 所述C2H4流被設(shè)定為最終希望的值。根據(jù)預(yù)期的催化劑活性，所述稀釋的反應(yīng)物流中含有 的(X)2的水平被設(shè)定為0% -10%, N2稀釋劑被設(shè)定為相對(duì)較高的濃度，以體積計(jì)在50%至 90%之間。氯乙烷的濃度被設(shè)定為一個(gè)低值，以體積計(jì)約為2ppm。然后引入希望的氧氣流 的一部分，從而使原料中的氧氣濃度以體積計(jì)為5%以下。然后在1-2個(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)用 CH4分布地代替隊(duì)。然后使氯乙烷的濃度升高到目標(biāo)水平。所述氧氣原料其余的部分在2-4 個(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)分布地進(jìn)入生產(chǎn)線。所述反應(yīng)器溫度在0.5小時(shí)內(nèi)升高10-20°C。所述反 應(yīng)器在這些條件下保持M小時(shí)。CH4的濃度以每步的速度下降到目標(biāo)水平。在每一步 中，所述反應(yīng)器在顯示的條件下保持約1-2小時(shí)。然后，將CO2的水平分步地降低到希望值。 每一步之后的保持時(shí)間約為1-2小時(shí)。這些構(gòu)成了啟動(dòng)工序。然后將反應(yīng)條件變成以下實(shí) 施例所示的條件。實(shí)施例1將0. 37g的高選擇度催化劑和0. 15g的塊滑石裝載在所述工藝微通道中以設(shè)置催 化劑床和兩個(gè)惰性顆粒床。所述惰性顆粒床之一位于催化劑床的上游，另一個(gè)惰性顆粒床 位于所述催化劑床的下游。催化劑床的長(zhǎng)度為2. 14英寸(5. 4cm)。位于催化劑床上游的惰 性顆粒床的長(zhǎng)度為0. 31英寸(0. 787cm)。位于催化劑床下游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度為0. 30 英寸(0.762cm)。所述工藝微通道的內(nèi)部高度為0.0375英寸(0.95mm)。所述催化劑含有 銀和具有助催化作用的量的錸。所述催化劑被支撐在α-氧化鋁載體上。反應(yīng)物組合物含 有乙烯 50摩爾％氧氣 25摩爾％氯乙烷以體積計(jì)百萬(wàn)分之2. 2份(ppm)氮?dú)?5摩爾％甲烷 其它工藝流體通過所述工藝微通道的流動(dòng)的氣時(shí)空速(GHSV)為leOOOhr—1。在16巴 的壓力(絕對(duì)壓力)和185°C的溫度下同時(shí)得到250千克環(huán)氧乙烷每立方米催化劑每小時(shí) (kgE0/m3cat/hr)的工作速率和89. 5%的對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度。
實(shí)施例2將0. 37g的實(shí)施例1中使用的催化劑和0. 15g的塊滑石裝載在所述工藝微通道中 以設(shè)置催化劑床和兩個(gè)惰性顆粒床。所述惰性顆粒床之一位于催化劑床的上游，另一個(gè)惰 性顆粒床位于所述催化劑床的下游。催化劑床的長(zhǎng)度為2. 14英寸(5. 4cm)。位于催化劑床 上游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度為0. 31英寸(0. 787cm)。位于催化劑床下游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度 為0. 30英寸(0. 762cm)。所述工藝微通道的內(nèi)部高度為0. 0375英寸(0. 95mm)。所述催化 劑的體積為0. 395ml。反應(yīng)物組合物含有乙烯 50摩爾％氧氣 25摩爾％氯乙烷以體積計(jì)百萬(wàn)分之2. 2份(ppm)氮?dú)?5摩爾％甲燒 其它工藝流體在所述工藝微通道中流動(dòng)的GHSV為leOOOhr—1。在16巴的壓力(絕對(duì) 壓力)和230°C的溫度下經(jīng)過3000小時(shí)的生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間后同時(shí)得到770kgEQ/m3。at/hr的工 作速率和90. 的對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度。實(shí)施例3將0. 18g的高活性催化劑和0. 27g的碳化硅裝載在所述工藝微通道中以設(shè)置催化 劑床和兩個(gè)惰性顆粒床。所述惰性顆粒床之一位于催化劑床的上游，另一個(gè)惰性顆粒床位 于所述催化劑床的下游。催化劑床的長(zhǎng)度為1.5英寸(3.8cm)。位于催化劑床上游的惰性 顆粒床的長(zhǎng)度為0. 65英寸(1. 651cm)。位于催化劑床下游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度為0. 6英寸 (1. 524cm)。所述工藝微通道的內(nèi)部高度為0. 025英寸(0. 635mm)。所述催化劑含有銀和具 有助催化作用的量的銫。所述催化劑被支撐在α-氧化鋁載體上。反應(yīng)物組合物含有乙烯 37. 50摩爾％氧氣 12. 50摩爾％氯乙烷以體積計(jì)百萬(wàn)分之2. 7份(ppm)氮?dú)?5摩爾％甲燒 其它工藝流體在所述工藝微通道中的流動(dòng)的GHSV為225001^^在16巴的壓力(絕 對(duì)壓力)和248°C的溫度下同時(shí)得到1310kgEQ/m3。at/hr的工作速率和88. 5%的對(duì)環(huán)氧乙烷 的選擇度。實(shí)施例4將0. 18g的實(shí)施例3使用的催化劑和0. 27g的碳化硅裝載在所述工藝微通道中以 設(shè)置催化劑床和兩個(gè)惰性顆粒床。所述惰性顆粒床之一位于催化劑床的上游，另一個(gè)惰性 顆粒床位于所述催化劑床的下游。催化劑床的長(zhǎng)度為1.5英寸(3.8cm)。位于催化劑床上 游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度為0.65英寸(1.651cm)。位于催化劑床下游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度 為0. 6英寸(1. 524cm)。所述工藝微通道的內(nèi)部高度為0. 025英寸(0. 635mm)。所述催化 劑含有銀和具有助催化作用的量的銫。所述催化劑體積為0. 18細(xì)1。反應(yīng)物組合物含有乙烯 41. 70摩爾％氧氣 8. 30摩爾％
氯乙烷以體積計(jì)百萬(wàn)分之2. 7份(ppm)氮?dú)?5摩爾％甲烷 其它工藝流體在所述工藝微通道中的流動(dòng)的GHSV為225001^^在16巴的壓力(絕 對(duì)壓力)和247°C的溫度下同時(shí)得到940kgEQ/m3。at/hr的工作速率和88. 5%的對(duì)環(huán)氧乙烷的 選擇度。實(shí)施例5將0. 50g的高活性催化劑和0. 16g的塊滑石裝載在所述工藝微通道中以設(shè)置催化 劑床和兩個(gè)惰性顆粒床。所述惰性顆粒床之一位于催化劑床的上游，另一個(gè)惰性顆粒床位 于所述催化劑床的下游。催化劑床的長(zhǎng)度為2. 2英寸(5.6cm)。位于催化劑床上游的惰性 顆粒床的長(zhǎng)度為0. 25英寸(0. 635cm)。位于催化劑床下游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度為0. 3英 寸(0.762cm)。所述工藝微通道的內(nèi)部高度為0.0375英寸(0.95mm)。所述催化劑含有銀 和具有助催化作用的量的銫。所述催化劑被支撐在α-氧化鋁載體上。所述催化劑體積為 0.406ml。反應(yīng)物組合物含有乙烯 41. 70摩爾％氧氣 8. 30摩爾％氯乙烷以體積計(jì)百萬(wàn)分之2. 7份(ppm)氮?dú)?5摩爾％甲烷 其它工藝流體在所述工藝微通道中的流動(dòng)的GHSV為225001^^在16巴的壓力(絕 對(duì)壓力)和195°C的溫度下同時(shí)得到235kgEQ/m3。at/hr的工作速率和90. 3%的對(duì)環(huán)氧乙烷的 選擇度。實(shí)施例6將0. 26g的中等選擇度的催化劑和0. 19g的碳化硅裝載在所述工藝微通道中以設(shè) 置催化劑床和兩個(gè)惰性顆粒床。所述惰性顆粒床之一位于催化劑床的上游，另一個(gè)惰性顆 粒床位于所述催化劑床的下游。催化劑床的長(zhǎng)度為1.85英寸(4.7cm)。位于催化劑床上 游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度為0.6英寸(1.52km)。位于催化劑床下游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度為 0. 3英寸(0. 762cm)。所述工藝微通道的內(nèi)部高度為0. 025英寸(0. 635mm)。所述催化劑含 有銀和具有助催化作用的量的錸。所述催化劑被支撐在α-氧化鋁載體上。所述催化劑體 積為0. 227ml。反應(yīng)物組合物含有乙烯 11摩爾％氧氣 39摩爾％氯乙烷以體積計(jì)百萬(wàn)分之2. 9份(ppm)氮?dú)?5摩爾％甲烷 其它工藝流體在所述工藝微通道中的流動(dòng)的GHSV為gOOOhr—1。在16巴的壓力(絕對(duì) 壓力)和210°C的溫度下同時(shí)得到180kgEQ/m3。at/hr的工作速率和89. 5%的對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度。實(shí)施例7
將0. 26g的實(shí)施例6中使用的催化劑和0. 19g的碳化硅裝載在所述工藝微通道中 以設(shè)置催化劑床和兩個(gè)惰性顆粒床。所述惰性顆粒床之一位于催化劑床的上游，另一個(gè)惰 性顆粒床位于所述催化劑床的下游。催化劑床的長(zhǎng)度為1. 85英寸(4. 7cm)。位于催化劑床 上游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度為0.6英寸(1.52km)。位于催化劑床下游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度 為0. 3英寸(0. 762cm)。所述工藝微通道的內(nèi)部高度為0. 025英寸(0. 635mm)。所述催化 劑的體積為0.227ml。反應(yīng)物組合物含有乙烯 25摩爾％氧氣 25摩爾％氯乙烷以體積計(jì)百萬(wàn)分之2. 9份(ppm)氮?dú)?5摩爾％甲燒 其它工藝流體在所述工藝微通道中的流動(dòng)的GHSV為gOOOhr—1。在16巴的壓力(絕對(duì) 壓力)和210°C的溫度下同時(shí)得到190kgEQ/m3。at/hr的工作速率和91. 0%的對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度。實(shí)施例8將0. 50g的實(shí)施例5使用的催化劑和0. 16g的塊滑石裝載在所述工藝微通道中以 設(shè)置催化劑床和兩個(gè)惰性顆粒床。所述惰性顆粒床之一位于催化劑床的上游，另一個(gè)惰性 顆粒床位于所述催化劑床的下游。催化劑床的長(zhǎng)度為2. 2英寸(5.6cm)。位于催化劑床上 游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度為0.25英寸(0.635cm)。位于催化劑床下游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度 為0. 3英寸(0. 762cm)。所述工藝微通道的內(nèi)部高度為0. 0375英寸(0. 95mm)。所述催化 劑體積為0. 406ml。反應(yīng)物組合物含有乙烯 19摩爾％氧氣 10摩爾％氯乙烷以體積計(jì)百萬(wàn)分之2. 7份(ppm)氮?dú)?5摩爾％甲烷 其它工藝流體在所述工藝微通道中的流動(dòng)的GHSV為225001^^在16巴的壓力(絕 對(duì)壓力)和235°C的溫度下同時(shí)得到750kgEQ/m3。at/hr的工作速率和89. 1 %的對(duì)環(huán)氧乙烷的 選擇度。實(shí)施例9將0. 45g的實(shí)施例5使用的催化劑和0. 15g的塊滑石裝載在所述工藝微通道中以 設(shè)置催化劑床和兩個(gè)惰性顆粒床。所述惰性顆粒床之一位于催化劑床的上游，另一個(gè)惰性 顆粒床位于所述催化劑床的下游。催化劑床的長(zhǎng)度為2. 2英寸(5.6cm)。位于催化劑床上 游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度為0.25英寸(0.635cm)。位于催化劑床下游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度 為0. 3英寸(0. 762cm)。所述工藝微通道的內(nèi)部高度為0. 0375英寸(0. 95mm)。所述催化 劑體積為0. 406ml。反應(yīng)物組合物含有乙烯 33. 9摩爾％氧氣 6. 7摩爾％氯乙烷 以體積計(jì)百萬(wàn)分之2. 7份(ppm)
氮?dú)?4. 4摩爾％二氧化碳4. 9摩爾％甲燒 其它工藝流體在所述工藝微通道中的流動(dòng)的GHSV為225001^^在16巴的壓力(絕 對(duì)壓力)和225的溫度下同時(shí)得到M^gEQ/m3。at/hr的工作速率和90. 5%的對(duì)環(huán)氧乙烷的 選擇度。實(shí)施例10將0. 36g的實(shí)施例1使用的催化劑和0. 16g的塊滑石裝載在所述工藝微通道中以 設(shè)置催化劑床和兩個(gè)惰性顆粒床。所述惰性顆粒床之一位于催化劑床的上游，另一個(gè)惰性 顆粒床位于所述催化劑床的下游。催化劑床的長(zhǎng)度為2. 2英寸(5.6cm)。位于催化劑床上 游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度為0.25英寸(0.635cm)。位于催化劑床下游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度 為0. 3英寸(0. 762cm)。所述工藝微通道的內(nèi)部高度為0. 0375英寸(0. 95mm)。所述催化 劑體積為0. 406ml。反應(yīng)物組合物含有乙烯 18. 5摩爾％氧氣 9. 2摩爾％氯乙烷以體積計(jì)百萬(wàn)分之2. 2份(ppm)氮?dú)?4. 5摩爾％甲烷 其它工藝流體在所述工藝微通道中的流動(dòng)的GHSV為leOOOhr—1。在16巴的壓力(絕 對(duì)壓力)和225°C的溫度下同時(shí)得到M5kgEQ/m3。at/hr的工作速率和92. 5%的對(duì)環(huán)氧乙烷的 選擇度。實(shí)施例11將0. 36g的實(shí)施例1使用的催化劑和0. 16g的塊滑石裝載在所述工藝微通道中以 設(shè)置催化劑床和兩個(gè)惰性顆粒床。所述惰性顆粒床之一位于催化劑床的上游，另一個(gè)惰性 顆粒床位于所述催化劑床的下游。催化劑床的長(zhǎng)度為2. 2英寸(5.6cm)。位于催化劑床上 游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度為0.25英寸(0.635cm)。位于催化劑床下游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度 為0. 3英寸(0. 762cm)。所述工藝微通道的內(nèi)部高度為0. 0375英寸(0. 95mm)。所述催化 劑體積為0. 406ml。反應(yīng)物組合物含有乙烯 27. 9摩爾％氧氣 9.1摩爾％氯乙烷以體積計(jì)百萬(wàn)分之2. 2份(ppm)氮?dú)?4. 5摩爾％甲燒 其它工藝流體在所述工藝微通道中的流動(dòng)的GHSV為leOOOhr—1。在16的壓力(絕對(duì) 壓力)和225°C的溫度下同時(shí)得到^0kgEQ/m3。at/hr的工作速率和92. 4%的對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度。實(shí)施例12將0. 36g的實(shí)施例1使用的催化劑和0. 16g的塊滑石裝載在所述工藝微通道中以 設(shè)置催化劑床和兩個(gè)惰性顆粒床。所述惰性顆粒床之一位于催化劑床的上游，另一個(gè)惰性顆粒床位于所述催化劑床的下游。催化劑床的長(zhǎng)度為2. 2英寸(5.6cm)。位于催化劑床上 游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度為0.25英寸(0.635cm)。位于催化劑床下游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度 為0. 3英寸(0. 762cm)。所述工藝微通道的內(nèi)部高度為0. 0375英寸(0. 95mm)。所述催化 劑體積為0. 406ml。反應(yīng)物組合物含有乙烯 44. 7摩爾％氧氣 9. 1摩爾％氯乙烷以體積計(jì)百萬(wàn)分之2. 2份(ppm)氮?dú)?4. 3摩爾％甲烷 其它工藝流體在所述工藝微通道中的流動(dòng)的GHSV為leOOOhr—1。在16巴的壓力(絕 對(duì)壓力)和225°C的溫度下同時(shí)得到330kgEQ/m3。at/hr的工作速率和91. 4%的對(duì)環(huán)氧乙烷的 選擇度。實(shí)施例13將0. 36g的實(shí)施例1使用的催化劑和0. 16g的塊滑石裝載在所述工藝微通道中以 設(shè)置催化劑床和兩個(gè)惰性顆粒床。所述惰性顆粒床之一位于催化劑床的上游，另一個(gè)惰性 顆粒床位于所述催化劑床的下游。催化劑床的長(zhǎng)度為2. 2英寸(5.6cm)。位于催化劑床上 游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度為0.25英寸(0.635cm)。位于催化劑床下游的惰性顆粒床的長(zhǎng)度 為0. 3英寸(0. 762cm)。所述工藝微通道的內(nèi)部高度為0. 0375英寸(0. 95mm)。所述催化 劑體積為0. 406ml。反應(yīng)物組合物含有乙烯 62. 8摩爾％氧氣 9.2摩爾％氯乙烷以體積計(jì)百萬(wàn)分之2. 2份(ppm)氮?dú)?4.8摩爾％甲烷 其它工藝流體在所述工藝微通道中的流動(dòng)的GHSV為leOOOhr—1。在16巴的壓力(絕 對(duì)壓力)和225°C的溫度下同時(shí)得到:350kgEQ/m3。at/hr的工作速率和91. 2%的對(duì)環(huán)氧乙烷的 選擇度。實(shí)施例14使用來(lái)自實(shí)施例5的催化劑進(jìn)行兩次不同的運(yùn)行。兩次運(yùn)行均包括用具有高濃度 的稀釋劑和(X)2的原料流開始的啟動(dòng)工序。所述稀釋劑和(X)2的濃度逐漸降低到希望的值。 一次運(yùn)行在所述啟動(dòng)工序中持續(xù)使用高溫，而另一次反之。各次運(yùn)行的性能對(duì)比顯示，與不 保持高溫的運(yùn)行相比，持續(xù)高溫的運(yùn)行具有提高的催化劑活性。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括使乙烯和氧氣或氧源在催化劑的存在下在工藝微通道中發(fā)生反應(yīng)以形成包含環(huán)氧乙 烷的產(chǎn)物，其中所述反應(yīng)在生產(chǎn)運(yùn)行過程中發(fā)生，所述生產(chǎn)運(yùn)行連續(xù)進(jìn)行直到每立方米催化劑產(chǎn)出至 少0. 5千噸環(huán)氧乙烷；并且所述催化劑在所述生產(chǎn)運(yùn)行結(jié)束時(shí)被替換和/或再生；或者所述反應(yīng)以每小時(shí)每立方米催化劑產(chǎn)出至少350千克環(huán)氧乙烷的速率進(jìn)行；或者所述反應(yīng)以每小時(shí)每立方米催化劑產(chǎn)出至少250千克環(huán)氧乙烷的速率進(jìn)行，對(duì)環(huán)氧乙 烷的選擇度至少為80%，所述催化劑位于所述工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，所述反應(yīng)區(qū)域 中的平均溫度保持在220°C以下；或者所述反應(yīng)以每小時(shí)每立方米催化劑產(chǎn)出至少250千克環(huán)氧乙烷的速率進(jìn)行，對(duì)環(huán)氧乙 烷的選擇度至少為80%，所述催化劑位于所述工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，所述反應(yīng)區(qū)域 中的平均溫度保持在265°C以上；或者所述催化劑位于所述工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，所述環(huán)氧乙烷在生產(chǎn)運(yùn)行過程中產(chǎn) 生，在所述生產(chǎn)運(yùn)行開始時(shí)所述反應(yīng)區(qū)域中的平均溫度至少為150°C ；在所述生產(chǎn)運(yùn)行過程 中所述反應(yīng)區(qū)域中的溫度以足夠的速率升高以將平均生產(chǎn)速率保持在至少250千克環(huán)氧 乙烷每立方米催化劑每小時(shí)；并且所述催化劑在所述生產(chǎn)運(yùn)行結(jié)束時(shí)被替換和/或再生。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度為80-95%，或 85-95 %，或88-92 % ；或者其特征在于所述環(huán)氧乙烷以至少400千克環(huán)氧乙烷每立方米催 化劑每小時(shí)的速率產(chǎn)生。
3.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述乙烯和氧氣或氧源在所述催 化劑的存在下發(fā)生反應(yīng)，直到每立方米催化劑產(chǎn)出至少1千噸環(huán)氧乙烷，或直到每立方米 催化劑產(chǎn)出至少2千噸環(huán)氧乙烷，或直到每立方米催化劑產(chǎn)出至少3千噸環(huán)氧乙烷，或直到 每立方米催化劑產(chǎn)出至少4千噸環(huán)氧乙烷。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述乙烯和氧氣或氧源在所述催 化劑的存在下發(fā)生反應(yīng)以在生產(chǎn)運(yùn)行過程中形成環(huán)氧乙烷，環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)速率在所述生 產(chǎn)運(yùn)行開始時(shí)至少為250千克環(huán)氧乙烷每立方米催化劑每小時(shí)，所述生產(chǎn)運(yùn)行持續(xù)進(jìn)行直 到所述對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度下降到84%以下的水平，或82 %以下，或80%以下；和/或 所述環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)速率下降到245千克環(huán)氧乙烷每立方米催化劑以下的水平，或下降到 240千克環(huán)氧乙烷每立方米催化劑以下，或下降到235千克環(huán)氧乙烷每立方米催化劑以下， 或下降到230千克環(huán)氧乙烷每立方米催化劑以下，或下降到225千克環(huán)氧乙烷每立方米催 化劑以下，或下降到220千克環(huán)氧乙烷每立方米催化劑以下。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述催化劑位于所述工藝微通 道中的反應(yīng)區(qū)域中，所述反應(yīng)區(qū)域中的平均溫度在所述生產(chǎn)運(yùn)行開始時(shí)為150°C -265或 150°C _250°C，或 150°C _240°C，或 150°C _230°C，或 150°C _220°C，或 150°C -210°C，或 150°C _200°C，或 150°C _190°C。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，至少部分所述環(huán)氧乙烷轉(zhuǎn)化成乙 二醇。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述乙烯和/或氧氣或氧源與至 少一種有機(jī)鹵化物相結(jié)合。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，基于全部原料，進(jìn)入所述工藝微通 道的工藝流體包括以體積計(jì)10% -75%的乙烯、以體積計(jì)至少5%的氧氣或氧源以及以體 積計(jì)最多百萬(wàn)分之100份的鹵代烷。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，在所述工藝微通道中的接觸時(shí)間 為50-900毫秒；或其特征在于，所述催化劑位于所述工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，所述反 應(yīng)區(qū)域中的平均溫度為150°C -265°C ；或其特征在于所述工藝微通道中的壓力為5-30巴； 或其特征在于所述工藝微通道中的空速為lOOO-SOOOOhr—1。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述催化劑包括Ag、Mo、Re、W、V、 Nb、Sb、Sn、Pt、Pd、Cs、&、Cr、Mg、Mn、Ni、Co、Ce中的一種或多種，上述物質(zhì)中的一種或多種 的氧化物，或上述物質(zhì)中兩種或多種的混合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述催化劑進(jìn)一步包含堿金屬或堿土 金屬、過渡金屬、稀土金屬、鑭系元素之中的金屬、氧化物或混合的金屬氧化物，或上述物質(zhì) 中兩種或多種的混合物；或其特征在于，所述催化劑進(jìn)一步包含硫或其氧化物；或其特征 在于，所述催化劑進(jìn)一步包含鋰或其氧化物；或其特征在于，所述催化劑進(jìn)一步包括載體， 所述載體包括金屬氧化物、二氧化硅、介孔材料、耐火材料或上述物質(zhì)中兩種或多種的組I=I O
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述催化劑包含銀以及具有助催 化作用的量的鋰、銫或錸。
13.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述催化劑工作速率至少為250 千克環(huán)氧乙烷每立方米催化劑每小時(shí)，并且所述對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度至少為88%，所述催 化劑生產(chǎn)能力至少為1千噸環(huán)氧乙烷每立方米催化劑；或所述對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度至少為 87%，所述催化劑的生產(chǎn)能力至少為2千噸環(huán)氧乙烷每立方米催化劑；或所述對(duì)環(huán)氧乙烷 的選擇度至少為85%，所述催化劑的生產(chǎn)能力至少為3千噸環(huán)氧乙烷每立方米催化劑；或 所述對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度至少為83%，所述催化劑的生產(chǎn)能力至少為4千噸環(huán)氧乙烷每立 方米催化劑。
14.一種方法，包括使乙烯和氧氣或氧源在催化劑的存在下在工藝微通道中發(fā)生反 應(yīng)以形成包含環(huán)氧乙烷的產(chǎn)物，所述催化劑位于所述工藝微通道中的反應(yīng)區(qū)域中，其中所 述產(chǎn)物以至少250kg/m3。at/hr的速率形成，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度至少為84%，并且所述反應(yīng) 區(qū)域中的平均溫度在220°C以下；或者所述產(chǎn)物以至少350kg/m3。at/hr的速率形成，對(duì)環(huán)氧 乙烷的選擇度至少為80%，并且所述反應(yīng)區(qū)域中的平均溫度在220°C以下；或者所述產(chǎn)物 以至少350kg/m3。at/hr的速率形成，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度至少為84%，并且所述反應(yīng)區(qū)域中 的平均溫度在220°C以下；或者所述產(chǎn)物以至少250kg/m3。at/hr的速率形成，對(duì)環(huán)氧乙烷的 選擇度至少為84%，并且所述反應(yīng)區(qū)域中的平均溫度在265°C以上；或者所述產(chǎn)物以至少 350kg/m3cat/hr的速率形成，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度至少為80%，并且所述反應(yīng)區(qū)域中的平均 溫度在265°C以上；或者所述產(chǎn)物以至少350kg/m3。at/hr的速率形成，對(duì)環(huán)氧乙烷的選擇度 至少為84%，并且所述反應(yīng)區(qū)域中的平均溫度在265°C以上。
15.用于一種方法的啟動(dòng)工序，所述方法包括使乙烯和氧氣或氧源在催化劑的存在下 在工藝微通道中發(fā)生反應(yīng)以形成包含環(huán)氧乙烷的產(chǎn)物，所述啟動(dòng)工序包括將所述催化劑置于所述工藝微通道中；將惰性氣體通入所述工藝微通道中，使其在約200-約240°C的溫度下與所述催化劑接 觸約0. 5-24小時(shí)，所述工藝微通道內(nèi)的壓力為約0. 8-約5個(gè)大氣壓； 將所述工藝微通道內(nèi)的壓力提高到約5-約30個(gè)大氣壓的壓力； 在所述工藝微通道中通入包含乙烯、有機(jī)商化物、任選的二氧化碳和惰性氣體的稀釋 的反應(yīng)物流，并使其與所述催化劑接觸約0. 5-約48小時(shí)，所述稀釋的反應(yīng)物流中的惰性氣 體的濃度以體積計(jì)為約50% -約90% ；將氧氣或氧源加入所述稀釋的反應(yīng)物流中以形成部分充氧的反應(yīng)物流并將所述部分 充氧的反應(yīng)物流通入所述工藝微通道中使其與所述催化劑接觸約0. 5-約48小時(shí)，在所述 部分充氧的反應(yīng)物流中的氧氣或氧源的濃度以體積計(jì)為約-約15% ； 將所述部分充氧的反應(yīng)物流中的惰性氣體替換成甲烷；將所述部分充氧的反應(yīng)物流中的氧氣或氧源的濃度提高到以體積計(jì)約2% -約50%的 濃度以形成反應(yīng)物流；將所述反應(yīng)物流中的有機(jī)鹵化物的濃度提高到以體積計(jì)約百萬(wàn)分之0. 1份-約百萬(wàn)分 之5份的濃度；將所述工藝微通道中的溫度升高到約160-270°C的溫度；和 將所述反應(yīng)物流中的甲烷濃度減小到以體積計(jì)約5% -約80%的濃度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括使乙烯和氧氣或氧源在工藝微通道中在催化劑的存在下發(fā)生反應(yīng)以形成包含環(huán)氧乙烷的產(chǎn)物的方法。
文檔編號(hào)C07C29/10GK102099345SQ200980127637
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2009年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月14日
發(fā)明者勞拉·J·席爾瓦, 弗蘭克·羅索夫斯基, 托爾斯滕·毛雷爾, 拉德萬(wàn)·阿卜杜拉, 特里·馬扎內(nèi)茨, 蘇米特拉·德希穆克 申請(qǐng)人:萬(wàn)羅賽斯公司