Способ получения жидкого продукта из легкого газа (варианты) и система переработки легкого газа

Есть еще 22 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ получения жидкого продукта, содержащего по меньшей мере одно соединение из группы, включающей в себя углеводороды С2+, оксигенаты и их комбинации, из легкого газа, содержащего диоксид углерода, и по меньшей мере одно соединение, выбранное из метана, этана, пропана, бутана и пентана, включающий

обработку легкого газа и жидкой среды в устройстве высокой скорости сдвига с образованием дисперсии, содержащей пузырьки легкого газа со средним диаметром менее чем 5 мкм, при этом по меньшей мере один из компонентов жидкой среды и легкого газа является источником водорода, а дисперсия содержит катализатор, содержащий рутений; и

осуществление реакции по меньшей мере части дисперсии с образованием продукта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный средний диаметр пузырьков составляет примерно 0,1-1,5 мкм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанное устройство высокой скорости сдвига работает при скорости сдвига более чем 20000 с-1.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанное устройство высокой скорости сдвига снабжено статором и дополняющим его ротором.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что указанное устройство высокой скорости сдвига работает с окружной скоростью ротора более 5,0 м/с.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что указанное устройство высокой скорости сдвига вырабатывает локальное давление по меньшей мере 1034,2 МПа на конце лопатки ротора.

7. Способ по п.4, отличающийся тем, что энергозатраты указанного устройства высокой скорости сдвига составляют более 1000 Вт/м3.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что введение дисперсии осуществляют в реактор с неподвижным слоем катализатора.

9. Способ получения жидкого продукта, содержащего по меньшей мере одно соединение из жидких оксигенатов, углеводородов С2+ и их комбинаций, включающий

воздействие на текучую смесь, содержащую легкий газ, включающий диоксид углерода и метан, и жидкую среду, скоростью сдвига более 20000 с-1 с образованием дисперсии легкого газа в непрерывной жидкой фазе, причем при получении дисперсии используют по меньшей мере один катализатор, содержащий рутений, а дисперсию формируют, по меньшей мере частично, посредством по меньшей мере одного устройства высокой скорости сдвига, выполненного с возможностью получения дисперсии пузырьков легкого газа в жидкой среде;

подачу дисперсии по меньшей мере из одного устройства высокой скорости сдвига в реактор;

осуществление реакции по меньшей мере части дисперсии с образованием продукта.

10. Способ по п.9, который дополнительно включает

разделение продукта на поток газа и поток жидких продуктов, содержащий жидкий продукт; и

рециркуляцию по меньшей мере части потока газа в указанное по меньшей мере одно устройство высокой скорости сдвига.

11. Способ по п.9, в котором дисперсия содержит пузырьки легкого газа со средним диаметром примерно 0,1-1,5 мкм.

12. Система переработки легкого газа в жидкий продукт, где указанный легкий газ содержит диоксид углерода и по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы, включающей в себя метан, этан, пропан и бутан, а указанный продукт содержит по меньшей мере одно соединение из группы, включающей в себя оксигенаты, углеводороды С2+ и их комбинации, включающая

по меньшей мере одно перемешивающее устройство высокой скорости сдвига, содержащее по меньшей мере один генератор, снабженный ротором и статором, разделенными сдвиговым зазором, представляющим собой минимальное расстояние между ротором и статором, и выполненное с возможностью вырабатывания окружной скорости лопатки ротора более 22,9 м/с; и

насос, выполненный с возможностью подачи смеси легкого газа, жидкой среды в перемешивающее устройство высокой скорости сдвига.

13. Система по п.12, которая дополнительно содержит реактор, расположенный по меньшей мере между одним перемешивающим устройством высокой скорости сдвига и насосом и снабженный отверстием выхода продукта и впускным отверстием, выполненным с возможностью приема дисперсии из выходного отверстия по меньшей мере одного устройства высокой скорости сдвига.

14. Система по п.12, в которой указанное по меньшей мере одно устройство высокой скорости сдвига содержит по меньшей мере два генератора высокой скорости сдвига.

15. Система по п.14, в которой скорость сдвига, создаваемая одним генератором, превышает скорость сдвига, создаваемую другим генератором.

16. Система по п.12, в которой указанное по меньшей мере одно перемешивающее устройство высокой скорости сдвига выполнено с возможностью образования дисперсии пузырьков легкого газа в жидкой фазе, содержащей жидкую среду, со средним диаметром пузырьков дисперсии менее 400 нм.

17. Система по п.16, которая содержит по меньшей мере два перемешивающих устройства высокой скорости сдвига.

Рисунок 1

Текст

Смотреть все

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖИДКОГО ПРОДУКТА ИЗ ЛЕГКОГО ГАЗА (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ПЕРЕРАБОТКИ ЛЕГКОГО ГАЗА Способ производства продукта, содержащего по меньшей мере одно соединение, выбранное из углеводородов С 2+, оксигенатов и их комбинаций, из легкого газа, содержащего одно или несколько соединений из диоксида углерода, метана, этана, пропана, бутана, пентана и метанола, посредством образования дисперсии легкого газа в жидком материале, в котором образуется дисперсия по меньшей мере отчасти за счет больших усилий сдвига и в котором по меньшей мере один исходный жидкий материал или легкий газ являются источником водорода. Также представлена система для осуществления этого способа. Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к переработке легких газов, таких как диоксид углерода и/или метан, в углеводороды и/или жидкие оксигенаты. Более конкретно, изобретение относится к устройству и способам получения жидких оксигенатов и/или углеводородов из легкого газа, в частности из диоксида углерода и/или метана, путем введения реагентов во взаимодействие при высокой скорости сдвига. Сведения о предшествующем уровне техники Увеличение выбросов диоксида углерода, приводящее к глобальному потеплению, вызывает большое беспокойство у ученых и правительств в связи с его воздействием на окружающую среду. Все более растущее использование горючих полезных ископаемых в качестве источника энергии и тепла является основной причиной увеличения выбросов диоксида углерода. Процесс сжигания ископаемого топлива является экзотермичным, выделяющуюся энергию обычно используют для обогрева и/или переработки ее в другие формы энергии, например в механическую энергию. Кроме того, реакция окисления углеводородов часто используется во многих химических процессах, таких как окисление этилена, процесс Фишера-Тропша и т.д. Состав продуктов, образующихся в результате сжигания углеводородов, зависит от состава углеводородов, но в большинстве случаев основными продуктами являются диоксид углерода и вода. Выброс больших количеств диоксида углерода в атмосферу, как полагают, оказывает вредное воздействие на окружающую среду, поэтому в настоящее время пытаются уменьшить количество выбросов диоксида углерода с целью ослабления отрицательного воздействия. Целесообразным решением проблемы вредного воздействия выбросов диоксида углерода на окружающую среду является абсолютное снижение количества выбросов. В технических способах по улавливанию диоксида углерода может расходоваться большое количество энергии, во многих случаях источником этой энергии являются ископаемые топлива, что приводит к небольшому или нулевому снижению выбросов диоксида углерода или даже того хуже - к общему увеличению выработки диоксида углерода. Таким образом, большую пользу по снижению предполагаемого влияния диоксида углерода на глобальное потепление мог бы дать способ, в котором диоксид углерода можно перерабатывать с возможностью получения ценных продуктов, например исходного сырья для топлива или химической промышленности. Кроме того, полезной могла бы оказаться разработка способа переработки диоксида углерода в жидкое топливо, которое можно перевозить и/или использовать в качестве исходного сырья для процессов по переработки нефти или нефтехимических процессов. Метан является важным строительным блоком в органических реакциях, используемых в промышленности, а также важным источником топлива. Содержание метана в природном газе может варьироваться от 40 до 95 об.%. К другим компонентам природного газа относятся этан, пропан, бутаны, пентан(и более тяжелые углеводороды), сероводород, диоксид углерода, гелий и азот. Плотность природного газа в жидком состоянии составляет 415 кг/м 3, а его температура кипения - 162C. Поэтому он не особенно подходит для перевозки в жидком виде, за исключением перевозки на морском транспорте в очень больших резервуарах с низким соотношением поверхности к объему. Для использования природного газа в огромных масштабах требуется усложненная и протяженная трубопроводная сеть. Существенная доля существующих запасов природного газа находится в удаленных областях, доступ к которым затруднен. Для многих удаленных областей прокладка трубопровода с возможностью доставки газа до возможных пользователей не является экономически оправданной. В промышленности уже на протяжении длительного времени пытаются внедрить способы экономной доставки метана от удаленных областей за счет переработки его в жидкие продукты. Хорошо известен способ косвенной переработки метана в метанол посредством парового риформинга, который включает получение синтез-газа на первой стадии, который далее каталитически перерабатывается в метанол. Помимо технической сложности и высокой стоимости этого двухстадийного непрямого синтеза, метанол имеет ограниченный рынок, поэтому этот процесс представляется невыгодным способом доставки природного газа из удаленных мест. В патенте США 3894107 (Butter et al.) описан способ, в котором обеспечивают эффективные средства для каталитической переработки метанола в бензин. Хотя в настоящее время указанный способ используют в Новой Зеландии, рынок бензина намного превышает рынок метанола, поскольку этот способ является сложным и возможность его использования, по-видимому, ограничивается теми случаями,при которых высока стоимость доставки альтернативного источника бензина. Попытки неполного окисления метана до жидких соединений (таких как метанол или этанол) в газовой фазе были осуществлены с ограниченным успехом из-за сложности регулирования радикальных процессов, протекающих при таком окислении. Поскольку метанол более реакционноспособен по сравнению с метаном, при его сгорании неизбежно происходит образование таких побочных нежелательных продуктов, как CO и CO2. При этом имеются сообщения о разнообразных катализаторах с возможностью неполного окисления метана в метанол, в основном на основе оксидов металлов, для данной реакции требуются высокие температуры, и, кроме того, выходы метанола в расчете на метан, как правило, составляют менее 10%. В патентах США 6380444 (Bjerrum),5233113 (Periana) и 4543434 (Chang) сообщается о косвенных способах переработки метана в метанол. В общей реакционной системе, применяемой для осуществления этих способов, используют небольшое количество радикального инициатора (кислотного),который отщепляет атом водорода от метана, генерируя метильный радикал и небольшое количество кислоты. В некоторых патентах показано, что метан перерабатывается в метилгидросульфат за одну стадию при использовании катализатора на основе благородных металлов VIII группы (например, платины или палладия) и сильной неорганической кислоты, например серной кислоты. В других патентах описаны способы переработки метана в метанол без использования катализатора (например, Европейский патент 1558353). Подобным же образом, для переработки метана в метанол и другие жидкости используют хлор и другие галогенсодержащие кислоты. В этих процессах возникают проблемы, связанные с коррозией при повышенных температурах, с относительно невысокими выходами метанола и образованием побочных нежелательных продуктов. В патенте США 7282603 (Richards) раскрыт безводный способ переработки метана в метансульфоновую кислоту, метанол и другие соединения, а также представлен обзор по некоторым последним способам переработки метана в метанол. В своем способе Richards избегает использования воды или ее образования и использует радикальный инициатор, например газообразный галоген или кислоту Маршалла, для генерации метильных радикалов. В существующих способах и производственных устройствах получения жидких продуктов из метана, как правило, имеются различные ограничения, например ограничения на массовый расход и выход продукта и требования по размеру завода и расходу энергии. Соответственно, с учетом существующего уровня техники имеется необходимость в эффективных и экономных способах и системах для переработки диоксида углерода и/или низкомолекулярных алканов,в частности метана, в ценные продукты, посредством которых можно снизить выброс диоксида углерода в окружающую среду, и/или необходимость в такой системе и способе, посредством которых поток легкого газа, содержащий диоксид углерода и/или метан, может быть переработан в жидкий продукт. Раскрываемые в данном документе система и способ переработки диоксида углерода в углеводороды и/или оксигенаты посредством использования реактора высокой скорости сдвига предназначены для решения проблемы парникового эффекта. В подобных системах и способах должны быть достигнуты повышенная селективность, более высокие выход жидких оксигенатов и степень переработки метана и/или диоксида углерода, при этом рабочие условия, такие как температура, давления и/или продолжительность реакции,должны быть подходящими с экономической точки зрения. Сущность изобретения Используемый в этом документе термин "дисперсия" относится к сжиженной смеси, которая содержит два различимых вещества (или "фазы"), которые неохотно смешиваются или растворяются друг в друге. Используемый в этом документе термин "дисперсия" включает "непрерывную" фазу (или "матрицу"), которая удерживает внутри себя дискретные капли, пузырьки и/или частицы другой фазы или вещества. Термин "дисперсия", таким образом, может относиться к пенам, которые содержат пузырьки газа, суспендированные в жидкой непрерывной фазе, эмульсиям, в которой капли первой жидкости диспергированы по непрерывной фазе, содержащей вторую жидкость, не смешиваемую с первой жидкостью, и непрерывные жидкие фазы, по которым распределены твердые частицы. Используемый в этом документе термин "дисперсия" охватывает непрерывные жидкие фазы, по которым распределены пузырьки газа, непрерывные жидкие фазы, по которым распределены твердые частицы (например, твердый катализатор), непрерывные фазы первой жидкости, по которым распределены капли второй жидкости, по существу, нерастворимой в непрерывной фазе, и жидкие фазы, по которым распределены любые виды твердых частиц или комбинации этих частиц, несмешивающихся с жидкими каплями, и пузырьки газа. Следовательно, дисперсия может существовать в одних случаях в виде гомогенной смеси (например,фаза жидкость-жидкость), а в других - в виде гетерогенной смеси (например, газ-жидкость, твердое вещество-жидкость или газ-твердое вещество-жидкость), в зависимости от природы смешиваемых материалов. Термин "оксигенат" используется в данном документе для обозначения веществ, в состав которых введен атом кислорода. Например, данный термин относится к любому кислородсодержащему углеводороду, например высокооктановому бензину или дизельному топливу, пригодному для использования в двигателях внутреннего сгорания, а также к окисленным топливам, используемым иногда в качестве присадок к бензину с целью снижения количества оксида углерода, образующегося при сгорании топлива. Термин "оксигенат" включает альдегиды, такие как формальдегид, метилформиат, муравьиную кислоту, а также оксигенаты на основе спиртов, включая такие спирты, как метанол, этанол, изопропанол,н-пропанол, н-бутанол, 2-этилгексанол, фурфуриловый спирт, бензоловый спирт, изобутанол и третбутанол для бензина (GTBA). Термины "простейший алкан" и "низкомолекулярный алкан" используются в данном документе для обозначения алканом с небольшим числом атомов углерода, включая метан, пропан и бутан, которые при комнатной температуре и атмосферном давлении находятся в газообразном состоянии. Используемый в данном документе термин "легкий газ" относится к газу, содержащему диоксид углерода или простейшие алканы с 1-5 атомами углерода или их комбинацию. Раскрываются системы высокой скорости сдвига и способы повышения степени переработки легкого газа в углеводороды и/или органические оксигенаты (кислородсодержащие производные). Такие системы и способы можно использовать для получения углеводородов или смесей углеводородов, пригодных для традиционных двигателей внутреннего сгорания, и углеводородов, пригодных для дальнейшей промышленной обработки или иного коммерческого применения. В раскрываемом способе могут также создаваться промежуточные продукты, такие как метанол или диметиловый эфир. В целом способ включает осуществление переработки газа, выбранного из диоксида углерода, метана, этана, пропана, бутана,пентана и их комбинаций, в углеводороды, содержащие более 2 атомов углерода, предпочтительно в С 5-С 10-углеводороды, и/или оксигенаты, такие как метанол. В других случаях способ включает использование технологии высокой скорости сдвига для прямой переработки метана (основного компонента доступного природного газа) в жидкие углеводороды, первичные органические оксигенаты и другие жидкости. Органический оксигенатный продукт может включать, главным образом, спирты. В вариантах осуществления органический оксигенатный продукт содержит метанол. В вариантах осуществления метанол и диоксид углерода перерабатывают в органический оксигенатный продукт, содержащий этанол. В настоящем описании представлена система и способ получения углеводородов и/или оксигенатов из легкого газа, содержащего диоксид углерода и/или по меньшей мере один С 1-С 5-алкан, с использованием по меньшей мере одного реактора высокой скорости сдвига, в котором исходный реагент диссоциирует на свободные радикалы за счет тесного контакта реагентов и активации химических реакций между реагентами, находящимися в разных фазах. Образующиеся в результате радикалы водорода и/или кислорода реагируют с диоксидом углерода и/или алканом, создавая продукт, содержащий углеводороды и/или оксигенаты. Устройство высокой скорости сдвига способствует протеканию реакции(й), которые плохо протекают при использовании обычных реакторов и рабочих условий (т.е. G с учетом общих условий больше нуля). В одном варианте осуществления процесс включает подачу воды и диоксида углерода в реактор высокой скорости сдвига. Внутри реакторной системы высокой скорости сдвига вода и диоксид углерода могут диссоциировать на компоненты. После чего образующиеся компоненты соединяются, давая продукт, содержащий углеводороды с более высоким количеством атомов углерода (например, содержит более 2 атомов углерода, предпочтительно 5-10 атомов углерода) и/или оксигенаты. В процессе используют по меньшей мере одно внешнее устройство высокой скорости сдвига, обеспечивающее производство оксигенатов и/или углеводородов без необходимости в реакторах с большим объемом. В вариантах осуществления воду добавляют для отгонки низкокипящих органических веществ,присутствующих в реакторе 10, водяным паром. Другим аспектом данного описания является способ производства углеводородов и/или оксигенатов из диоксида углерода и/или метана и источника водорода, например из простейших углеводородов или какого-либо иного источника водорода. Воду можно также необязательно или дополнительно добавлять в качестве источника свободных водородных или гидроксильных радикалов. В вариантах осуществления способа источник водорода выбирают из воды, низших алканов и их комбинаций. Реакцию можно ускорить добавлением каталитических соединений, являющихся катализаторами дегидрирования. В вариантах осуществления источником водорода может являться газ, например газообразный водород или водород, выделяющийся в УВСС 40 за счет диссоциации простейших газообразных алканов, а жидкостью на линии 21 может являться любой носитель, например полиэтиленгликоль. В соответствии с отдельными вариантами осуществления представлен способ получения продукта,содержащего по меньшей мере одно соединение, выбранное из С 2+ углеводородов, оксигенатов и их комбинаций, из легкого газа, содержащего одно или несколько соединений, выбранное из диоксида углерода, метана, этана, пропана, бутана, пентана и метанола, при этом способ включает в себя образование дисперсии легкого газа в жидкой загрузке, эта дисперсия образуется по крайней мере отчасти за счет больших усилий сдвига, и в этом способе по меньшей мере один исходный жидкий материал или легкий газ является источником водорода. При образовании дисперсии могут возникать пузырьки легкого газа со средним диаметром 0,1-1,5 мкм. В вариантах осуществления средний диаметр пузырьков газа составляет менее 0,4 мкм. В некоторых вариантах осуществления усилия сдвига создаются по меньшей мере одним устройством высокой скорости сдвига. По меньшей мере одно устройство высокой скорости сдвига может содержать по меньшей мере один генератор, который, в свою очередь, содержит статор и дополняющий его ротор. Ротор и статор могут быть разделены минимальным зазором, размер которого составляет от 0,02 до 3 мм. В вариантах осуществления при образовании дисперсии окружная скорость ротора превышает 5,0 м/с (1000 фут/мин). В вариантах осуществления при образовании дисперсии окружная скорость ротора превышает 20 м/с (4000 фут/мин). В вариантах осуществления по меньшей мере одно устройство высокой скорости сдвига содержит по меньшей мере два генератора. При образовании дисперсии может проводиться обработка смеси легкого газа и жидкой загрузки со скоростью сдвига более 20000 с-1. Устройство высокой скорости сдвига может создавать локальное давление по меньшей мере на уровне 1034,2 МПа (150000 фунт/кв.дюйм) на конце лопатки ротора в процессе образования дисперсии. Энерго-3 021175 затраты устройства высокой скорости сдвига при образовании дисперсии могут превышать 1000 Вт/м 3. Кроме того, дисперсия, образующаяся в некоторых вариантах осуществления способа получения продукта, содержащего по меньшей мере одно соединение, выбранное из углеводородов С 2+, оксигенатов и их комбинаций, из легкого газа, содержит катализатор. Катализатор может содержать рутений, а также гептагидрат трихлорида рутения. Способ, кроме того, включает в себя введение дисперсии в реактор с неподвижным слоем катализатора. Неподвижный слой катализатора может содержать карбонил рутения. Также в данном документе раскрывается способ получения продукта, содержащего по меньшей мере одно соединение, выбранное из жидких оксигенатов, углеводородов С 2+ и их комбинаций. Этот способ включает в себя обработку жидкой загрузки, в состав которой входит легкий газ, содержащий диоксид углерода или метан, или оба эти соединения, и жидкая среда, со скоростью сдвига более 20000 с-1,что приводит к образованию дисперсии легкого газа в непрерывной жидкой фазе, при этом дисперсия образуется по крайней мере отчасти за счет как минимум одного устройства высокой скорости сдвига и по меньшей мере одно устройство высокой скорости сдвига выполнено с возможностью получения дисперсии пузырьков легкого газа в жидкой среде. Также способ включает введение дисперсии в реактор, из которого выводится продукт, содержащий по меньшей мере одно соединение, выбранное из жидких оксигенатов, углеводородов С 2+ и их комбинаций. Способ может, кроме того, включать в себя отделение продукта из реактора от газового потока и потока жидких продуктов и рециркуляцию по меньшей мере части газового потока во внешнее устройство высокой скорости сдвига. В вариантах осуществления средний диаметр пузырьков дисперсии составляет 0,1-1,5 мкм. В вариантах осуществления средний диаметр пузырьков дисперсии составляет менее 1 мкм. Дисперсия может быть устойчива в течение по меньшей мере 15 мин при атмосферном давлении. В вариантах осуществления устройство высокой скорости сдвига содержит по меньшей мере два генератора. Дисперсия может, кроме того, содержать по меньшей мере один катализатор. Также в данном документе раскрывается система с возможностью переработки газа, содержащего диоксид углерода, метан, этан, пропан, бутан или комбинацию этих соединений, в продукт, содержащий по меньшей мере одно соединение, выбранное из жидких оксигенатов, углеводородов С 2+ и их комбинаций, при этом система включает в себя по меньшей мере одно перемешивающее устройство высокой скорости сдвига, которое имеет по меньшей мере один генератор с ротором и статором, разделенными сдвиговым зазором, где сдвиговый зазор - это минимальное расстояние между ротором и статором, при этом перемешивающее устройство высокой скорости сдвига способно создавать окружную скорость на конце лопатки ротора более 22,9 м/с (4500 фут/мин); также система включает насос с возможностью подачи смеси легкого газа и жидкой среды в перемешивающее устройство высокой скорости сдвига. Система может, кроме того, содержать реактор, расположенный по меньшей мере между одним устройством высокой скорости сдвига и насосом, при этом реактор имеет отверстие с возможностью выхода продукта и входное отверстие с возможностью приема дисперсии из выходящего отверстия по меньшей мере одного устройства высокой скорости сдвига. По меньшей мере одно устройство высокой скорости сдвига может содержать по меньшей мере два генератора. Скорость сдвига, создаваемая одним генератором,может превышать скорость сдвига, создаваемую другим генератором. По меньшей мере одно перемешивающее устройство высокой скорости сдвига может быть выполнено с возможностью выработки дисперсии пузырьков легкого газа в жидкой фазе, содержащей жидкую среду, при этом средний диаметр пузырьков дисперсии составляет менее 400 нм. По меньшей мере одно перемешивающее устройство высокой скорости сдвига способно вырабатывать минимальную окружную скорость на конце лопатки по меньшей мере одного ротора в 40,1 м/с (7900 фут/мин). Система может содержать по меньшей мере два перемешивающих устройства высокой скорости сдвига. Некоторые варианты осуществления системы потенциально позволяют получать органический жидкий продукт из газа, содержащего диоксид углерода, метан, этан, пропан, бутан, пентан, метанол или их комбинацию, без необходимости в использовании реакторов большого объема за счет использования внешнего реактора высокой скорости сдвига, находящегося под давлением. В отдельных вариантах осуществления вышеописанного способа или системы необязательно предусмотрены более оптимальные условия по времени, температуре и давлению в сравнении с тем, что может быть достигнуто в иных способах, и в этих вариантах осуществления необязательно увеличена скорость процесса, протекающего в нескольких фазах. Отдельные варианты осуществления вышеописанных способов или систем необязательно обеспечивают снижение общей стоимости за счет эксплуатации при пониженной температуре и/или давлении, что повышает выход продукта на единицу расходуемого катализатора, снижает продолжительность реакции и/или сокращает капитальные и/или эксплуатационные расходы. Эти и другие варианты осуществления и возможные преимущества станут очевидны при рассмотрении следующего подробного описания и чертежей. Перечень фигур, чертежей и иных материалов Для более подробного описания предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения дается ссылка на прилагаемые чертежи, в которых показано: Фиг. 1 - схема многофазной реакционной системы согласно варианту осуществления настоящего изобретения, который включает в себя диспергирование при высокой скорости сдвига; фиг. 2 - продольный разрез многоступенчатого устройства высокой скорости сдвига, используемого в варианте осуществления системы. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Общие сведения. Скорость химических реакций, включающих жидкость, газы и твердые вещества, зависит от продолжительности контакта реагентов, температуры и давления. В тех случаях, когда желательно, чтобы реагировали два или более исходных вещества, находящихся в различных фазах (например, твердое вещество и жидкость; жидкость и газ; твердое вещество, газ и жидкость), одним из ограничивающих факторов, регулирующих скорость реакции, является продолжительность контакта реагентов. В случае гетерогенно катализируемых реакций имеется дополнительный фактор, ограничивающий скорость, заключающийся в удалении прореагировавших продуктов с поверхности катализатора, которые не позволяют катализатору катализировать реакцию оставшихся реагентов. Продолжительность контакта реагентов и/или катализатора часто регулируют перемешиванием, которое обеспечивает контакт с двумя или более реагентами, участвующими в химической реакции. Реакторное устройство, которое содержит внешнее устройство или смеситель высокой скорости сдвига, описанный в этом документе, позволяет снизить ограничения на массоперенос и тем самым позволяет реакции подойти к кинетическим ограничениям более близко. При ускорении реакции возможно снижение продолжительности обработки, что тем самым повышает достигаемую пропускную способность. Также в результате использования системы или способа при высокой скорости сдвига может быть повышен выход продукта. В качестве альтернативы в том случае когда выход продукта в существующем способе находится на приемлемом уровне, при уменьшении требуемой продолжительности обработки за счет установки высокой скорости сдвига возможно использование более низких температур и/или давлений, чем в традиционных способах. В настоящем изобретении используется инновационный способ получения органического продукта,содержащего углеводороды и/или жидкие оксигенаты, из легкого газа, такого как диоксид углерода и/или простейшие алканы. В этом способе легкий газ тщательно перемешивают с жидкой средой. По меньшей мере один из компонентов, выбранный из легкого газа и жидкой среды, служит в качестве источника водорода. Источником водорода может являться, например, вода и/или углеводороды. Реакторное устройство высокой скорости сдвига и, необязательно, катализатор могут способствовать диссоциации реагентов на свободные радикалы, которые далее могут преобразовываться в продукт, содержащий углеводороды и оксигенаты. В системе используется способ, основанный на большом усилии сдвига и позволяющий перерабатывать диоксид углерода (основной компонент парникового газа) и/или простейшие алканы в продукты, содержащие жидкие углеводороды, органические оксигенаты и их комбинации. В раскрытых в данном документе способе и системе получения углеводородов и/или жидких оксигенатов посредством переработки диоксида углерода и/или легкого газа в нескольких фазах с использованием катализатора дегидрирования применяется внешнее механическое устройство высокой скорости сдвига, обеспечивающее быстрый контакт и перемешивание химических компонентов внутри регулируемой среды упомянутого устройства. Использование по меньшей мере одного устройства высокой скорости сдвига снижает ограничения реакции(й) на массоперенос, повышая, таким образом, скорость массопереноса, и, тем самым, позволяет реакции подойти к кинетическим ограничениям более близко, а также дает локализованные неидеальные условия, обеспечивающие протекание таких реакций, которых по-другому нельзя ожидать, исходя из предварительных оценок свободной энергии Гиббса, что обсуждается далее. Система получения жидких продуктов из легкого газа. Система высокой скорости сдвига, выполненная с возможностью получения углеводородов и/или жидких оксигенатов из легкого газа, описывается далее в отношении фиг. 1, на которой представлена технологическая схема примерной системы 100 высокой скорости сдвига с возможностью получения органических оксигенатов или углеводородов переработкой легкого газа. К основным компонентам примерной системы относятся внешнее перемешивающее устройство 40 высокой скорости сдвига (УВСС),реактор 10 и насос 5. Как показано на фиг. 1, устройство 40 высокой скорости сдвига располагается снаружи от реактора 10. Кроме того, каждый из этих компонентов описывается далее более подробно. Линия 21 подсоединена к насосу 5 с возможностью ввода жидкой среды. Линия 13 соединяет насос 5 с УВСС 40, а линия 18 соединяет УВСС 40 с реактором 10. К линии 13 может быть подсоединена одна или несколько линий, выполненных с возможностью ввода газа-реагента (например, диоксида углерода и/или метана). Так, в варианте осуществления, представленном на фиг. 1, к линии 13 подсоединены линии 22 и 23. В качестве альтернативы линии 22 и/или 23 могут быть подсоединены к входному отверстию УВСС 40. Линия 17 может быть подсоединена к реактору 10 с возможностью отвода непрореагировавшего ре-5 021175 акционного газа и/или газообразных продуктов реакции. Отводящая линия 16 продукта подсоединена к реактору 10 с возможностью отвода жидких продуктов из реактора 10. В вариантах осуществления линия 16 продуктов может быть подсоединена к линии 21 или 13 с возможностью обеспечения многопроходного режима работы, при желании. В некоторых вариантах способа между реактором 10, внешним устройством 40 высокой скорости сдвига и насосом 5 могут быть установлены дополнительные компоненты,что станет очевидно при прочтении описания способа высокой скорости сдвига при производстве органического продукта, описанного далее. Кроме того, система 100 высокой скорости сдвига может включать, например, холодильник 30, компрессор 50, подающий насос 4, насос 6 высокого давления или комбинацию этих устройств. Как показано на фиг. 1, система 100 высокой скорости сдвига может, кроме того, содержать один или несколько дополнительных насосов, например подающий насос 4, подкачивающий насос 6 или, при необходимости, другие типы насосов. Теплообменники могут располагаться на всем протяжении системы 100. В вариантах осуществления регулятор температуры находится внутри реактора 10 или на линии внутри системы 100. Например, в варианте осуществления, показанном на фиг. 1, теплообменник Н 1 связан с реактором 10, теплообменник Н 2 расположен на линии 21, а теплообменник Н 3 - на линии 13. Теплообменник может располагаться на линии 16 реактора 10 и может выполнять роль регулятора температуры продуктов реакции, выходящих из реактора 10. Перемешивающее устройство высокой скорости сдвига. Внешнее перемешивающее устройство 40 высокой скорости сдвига (УВСС), которое иногда называют также устройством высокой скорости сдвига или перемешивающим устройством высокой скорости сдвига, выполнено с возможностью приема входящего потока, содержащего жидкую среду и диспергируемый легкий газ, через линию 13. В качестве альтернативы УВСС 40 может быть выполнено с возможностью приема потоков жидких и газообразных реагентов через отдельные впускные линии (не показаны). Хотя на фиг. 1 показано только одно устройство высокой скорости сдвига, следует понимать,что в некоторых вариантах осуществления системы могут иметься два или более устройства высокой скорости сдвига, расположенных либо последовательно, либо параллельно. УВСС 40 - это механическое устройство, в котором используется один или несколько генераторов, содержащих набор ротор-статор,между которыми имеется зазор. Зазор между ротором и статором в каждой генераторной установке может быть постоянным или может регулироваться. УВСС 40 выполнено таким образом, что может создавать пузырьки суб- или микрометронного размера в смеси реагентов, протекающих через устройство высокой скорости сдвига. Устройство высокой скорости сдвига имеет оболочку или корпус, что позволяет регулировать давление и температуру сырьевого потока. Устройства высокой скорости сдвига обычно подразделяют на три общих класса на основе их способности перемешивать жидкости. Перемешивание - это процесс сокращения размера частиц или неоднородных веществ внутри жидкости. Одной из мер степени или тщательности перемешивания является плотность энергии на единицу объема, которую создает перемешивающее устройство для разрыва частиц текучей среды. Классы отличаются по плотностям передаваемой энергии. К трем классам промышленных мешалок с плотностью энергии, достаточной для образования равномерного образования смесей или эмульсий с размером частиц в диапазоне от 1 субмикрометра до 50 мкм, относятся клапанные системы гомогенизации, коллоидные мельницы и быстроходные мешалки. В первом классе высокоэнергетических устройств, называемых клапанными системами гомогенизации, обрабатываемая жидкость нагнетается под очень высоким давлением через клапан с узким зазором в оборудование с пониженным давлением. Перепады давления вдоль клапана и возникающие в результате турбулентность и кавитация разрушают любые частицы в жидкости. Эти клапанные системы наиболее широко применяются при гомогенизации молока и могут давать частицы со средним размером в диапазоне от 1 субмикрометра до 1 мкм. На противоположном конце спектра плотности энергии находится третий класс устройств, называемых низкоэнергетическими устройствами. У этих систем обычно имеются лопастные мешалки и жидкостные роторы, вращающиеся с высокой скоростью в реакторе обрабатываемой текучей среды, которой во многих наиболее применяемых приложениях является пищевой продукт. Эти низкоэнергетические системы обычно используют в тех случаях, когда в обрабатываемой жидкости допустимый средний размер частиц превышает 20 мкм. Между низкоэнергетическими устройствами и клапанными системами гомогенизации, в показателях плотности энергии перемешивания, передаваемой жидкости находятся коллоидные мельницы и другие высокоскоростные роторно-статорные устройства, которые классифицируются как устройства с промежуточной энергией. Типичная конфигурация коллоидной мельницы включает в себя конический или дисковый ротор, который отделен от дополнительного статора с жидкостным охлаждением посредством точно регулируемого зазора между ротором и статором, величина которого обычно составляет 0,025410,16 мм (0,001-0,40 дюймов). Роторы обычно приводятся в движение электрическим мотором через непосредственный привод или ленточный механизм. По мере вращения ротора с высокой скоростью он накачивает жидкость между внешней поверхностью ротора и внутренней поверхностью статора, при этом усилия сдвига, генерируемые в зазоре, способствуют обработке текучей среды. Во многих коллоидных мельницах с надлежащей настройкой в обрабатываемой текучей среде средний размер частиц дости-6 021175 гает 0,1-25 мкм. Такие возможности делают коллоидные мельницы пригодными для различных приложений, включая обработку коллоида и водомасляной эмульсии, например обработку, которая требуется для составления косметических средств, кремниевой/серебряной амальгамы и для перемешивания кровельной мастики. Окружная скорость - это расстояние по окружности, проходимое лопаткой ротора за единицу времени. Таким образом, окружная скорость является функцией диаметра ротора и частоты вращения. Окружная скорость (измеряемая, например, в м/мин) может быть рассчитана путем умножения окружных расстояний, описываемых роторной лопаткой, 2R, где R - это радиус ротора (измеряемый, например, в метрах), на частоту вращения (измеряемую, например, количеством оборотов в минуту, об/мин). Окружная скорость коллодиной мельницы может составлять более 22,9 м/с (4500 фут/мин), а также может превышать 40 м/с (7900 фут/мин). Термин "высокая скорость сдвига" относится к механическим роторностаторным устройствам (например, к коллоидным мельницам или роторно-статорным диспергаторам),которые способны создавать окружную скорость более 5,1 м/с (1000 фут/мин) и для которых требуется внешняя силовая установка с механическим приводом, подающая энергию в поток реагирующих веществ. Например, в УВСС 40 достигаемая окружная скорость может составлять более 22,9 м/с(4500 фут/мин), а также может превышать 40 м/с (7900 фут/мин). В некоторых вариантах осуществления УВСС 40 способна вырабатывать по меньшей мере 300 л/ч при окружной скорости, составляющей по меньшей мере 22,9 м/с (4500 фут/мин). Потребляемая мощность может составлять около 1,5 кВт. УВСС 40 сочетает в себе высокую окружную скорость с очень малым сдвиговым зазором, оказывая значительное усилие сдвига на обрабатываемый материал. Величина сдвига будет зависеть от вязкости жидкости. Соответственно, во время работы устройства высокой скорости сдвига у конца лопатки ротора создается локальный участок повышенного давления и температуры. В некоторых случаях локально повышенное давление составляет около 1034,2 МПа (150000 фунт/кв.дюйм). В некоторых случаях локально повышенная температура составляет около 500C. В некоторых случаях такие локальные повышения давления и температуры могут продолжаться в течение нано- или пикосекунд. Приблизительную величину энергии, подводимой к жидкости(кВт/л/мин), можно оценить измерением мощности двигателя (кВт) и количества выходящей текучей среды (л/мин). Как упоминалось выше, окружная скорость - это скорость (в футах/мин или м/с), связанная с концом одного или нескольких вращающихся элементов, т.е. создающих механическое усилие, которое прикладывается к реагентам. В вариантах осуществления энергозатраты УВСС 40 составляют более 1000 Вт/м 3. В вариантах осуществления энергозатраты УВСС 40 составляют от 3000 до 7500 Вт/м 3. Скорость сдвига - это окружная скорость, деленная на ширину сдвигового зазора (минимального промежутка между ротором и статором). Скорость сдвига, генерируемая в УВСС 40, может составлять более 20000 с-1. В некоторых вариантах осуществления скорость сдвига составляет по меньшей мере 40000 с-1. В некоторых вариантах осуществления скорость сдвига составляет по меньшей мере 100000 с-1. В некоторых вариантах осуществления скорость сдвига составляет по меньшей мере 500000 с-1. В некоторых вариантах осуществления скорость сдвига составляет по меньшей мере 1000000 с-1. В некоторых вариантах осуществления скорость сдвига составляет по меньшей мере 1600000 с-1. В вариантах осуществления скорость сдвига, генерируемая УВСС 40, составляет 20000-100000 с-1. Например, в одном приложении окружная скорость ротора составляет около 40 м/с (7900 фут/мин), а ширина сдвигового зазора- 0,0254 мм (0,001 дюйм), что дает скорость сдвига в 1600000 с-1. В другом приложении окружная скорость ротора составляет около 22,9 м/с (4500 фут/мин), а ширина сдвигового зазора - 0,0254 мм(0,001 дюйм), что дает скорость сдвига в 901600 с-1. УВСС 40 способно диспергировать или переносить легкий газ в основную жидкую фазу (непрерывную фазу), с которой при обычных условиях он не смешивается, при таких условиях, при которых по меньшей мере часть газа перерабатывается в органический продукт, содержащий углеводороды С 2+, оксигенаты или их комбинации. Жидкая среда может содержать по меньшей мере один источник водорода (например, простейший жидкий углеводородов или воду). В вариантах осуществления жидкая среда, кроме того, содержит катализатор. В некоторых вариантах осуществления УВСС 40 включает коллоидную мельницу. Подходящие коллоидные мельницы производятся, например, фирмами IKA Works, Inc. Wilmington, NC и APV North America, Inc.Wilmington, MA. В некоторых случаях УВСС 40 включает в себя Dispax Reactor of IKA Works, Inc. Устройство высокой скорости сдвига содержит по меньшей мере один вращающийся элемент, который создает механическое усилие, прикладываемое к реагентам. Устройство высокой скорости сдвига содержит по меньшей мере один статор и по меньшей мере один ротор, разделенные зазором. Например,роторы могут иметь форму конуса или диска и могут быть отделены от дополняющего его статора. В вариантах осуществления как ротор, так и статор имеют множество лопаток, расположенных на одной окружности. В некоторых вариантах осуществления возможна регулировка статора(ов) с возможностью установки необходимого сдвигового зазора между ротором и статором каждого генератора (роторностаторное устройство). Пазы между лопатками ротора и/или статора могут менять направление на меняющихся ступенях с возможностью повышения турбулентности. Каждый генератор может приводиться в движение любой подходящей системой привода с возможностью обеспечения необходимого вращения. В некоторых вариантах осуществления минимальный зазор (ширина сдвигового зазора) между статором и ротором может изменяться от 0,0254 мм (0,001 дюйм) до 3,175 мм (0,125 дюйм). В отдельных вариантах осуществления минимальный зазор (ширина сдвигового зазора) между статором и ротором составляет около 1,52 мм (0,060 дюйм). В отдельных конструкциях минимальный зазор(ширина сдвигового зазора) между статором и ротором составляет по меньшей мере 1,78 мм (0,07 дюйм). Скорость сдвига, выдаваемая устройством высокой скорости сдвига, может варьироваться в зависимости от положения по направлению потока. В некоторых вариантах осуществления ротор устанавливают так,чтобы он вращался со скоростью, соизмеримой с диаметром ротора и желаемой окружной скоростью. В некоторых вариантах осуществления устройство высокой скорости сдвига имеет фиксированный зазор(ширину сдвигового зазора) между статором и ротором. В качестве альтернативы устройство высокой скорости сдвига имеет регулируемый зазор (ширину сдвигового зазора). В некоторых вариантах осуществления УВСС 40 содержит одноступенчатую камеру диспергирования (т.е. одиночный набор ротор-статор, одиночный генератор). В некоторых вариантах осуществления устройство высокой скорости сдвига 40 представляет собой многоступенчатый диспергатор, встроенный в линию, и имеет несколько генераторов. В отдельных вариантах осуществления УВСС 40 содержит по меньшей мере два генератора. В других вариантах осуществления устройство высокой скорости сдвига 40 содержит по меньшей мере три генератора высокой скорости сдвига. В некоторых вариантах осуществления устройство высокой скорости сдвига 40 представляет собой многоступенчатый смеситель, посредством которого скорость сдвига (которая, как было упомянуто выше, изменяется пропорционально окружной скорости и обратно пропорционально ширине зазора между ротором и статором) варьируется в зависимости от продольного расположения по направлению потока, что описывается далее. В некоторых вариантах осуществления каждая ступень внешнего устройства высокой скорости сдвига имеет взаимозаменяемые перемешивающие приспособления, придающие устройству эксплуатационную гибкость. Например, DR 2000/4 Dispax Reactor of IKA Works, Inc. Wilmington, NC и APV North America,Inc. Wilmington, MA содержит трехступенчатый модуль диспергирования. Этот модуль может содержать вплоть до трех наборов (генераторов) ротор-статор с возможностью выбора мелкого, среднего, крупного и супермелкого размера для каждой ступени. Это позволяет создавать дисперсии с узким распределением пузырьков по желаемым размерам (например, пузырьков легкого газа). В некоторых вариантах осуществления каждая из ступеней подключена к генератору супермелких частиц. В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере в одном из генераторных устройств минимальный зазор между ротором и статором (ширина сдвигового зазора) составляет более 5,0 мм (0,20 дюймов). В альтернативных вариантах осуществления по меньшей мере в одном из генераторных устройств минимальный зазор между ротором и статором составляет более 1,78 мм (0,07 дюймов). Теперь что касается фиг. 2, на ней представлен продольный разрез подходящего устройства 200 высокой скорости сдвига. Устройство высокой скорости сдвига 200 фиг. 2 - это диспергирующее устройство, содержащее три ступени или комбинации ротора и статора. Устройство высокой скорости сдвига 200- это диспергирующее устройство, содержащее три ступени или набора ротор-статор, 220, 230 и 240. Наборы ротор-статор могут, в частности, называться генераторами 220, 230, 240 или ступенями. Три роторно-статорные установки или генератора 220, 230 и 240 расположены в ряд последовательно вдоль приводного вала 250. Первый генератор 220 включает в себя ротор 222 и статор 227. Второй генератор 230 включает в себя ротор 223 и статор 228. Третий генератор 240 включает в себя ротор 224 и статор 229. В каждом генераторе ротор приводится во вращение приводом 250 и вращается вокруг оси 260, как показано стрелкой 265. Направление вращения может быть противоположным тому, что показано стрелкой 265(например, по часовой или против часовой стрелки вокруг оси вращения 260). Статоры 227, 228 и 229 неподвижно прикреплены к стенке 255 устройства 200 высокой скорости сдвига. Как упоминалось выше, каждый генератор имеет некую ширину сдвигового зазора, которая представляет собой минимальное расстояние между ротором и статором. В варианте осуществления фиг. 2 первый генератор 220 содержит первый сдвиговый зазор 225, второй генератор 230 содержит второй сдвиговый зазор 235, а третий генератор 240 содержит третий сдвиговый зазор 245. В вариантах осуществления ширина сдвиговых зазоров 225, 235, 245 может изменяться от 0,025 до 10,0 мм. В качестве альтернативы в способе используется устройство высокой скорости сдвига, в котором ширина зазоров 225,235, 245 изменяется от 0,5 до 2,5 мм. В отдельных случаях ширина сдвигового зазора поддерживается около значения в 1,5 мм. В качестве альтернативы ширина сдвиговых зазоров 225, 235, 245 в генераторах 220, 230, 240 имеет различные значения. В отдельных случаях ширина сдвигового зазора 225 первого генератора 220 превышает ширину сдвигового зазора 235 второго генератора 230, которая, в свою очередь, превышает ширину сдвигового зазора 245 третьего генератора 240. Как упоминалось выше, генераторы каждой ступени являются взаимозаменяемыми, что придает устройству эксплуатационную гибкость. Устройство высокой скорости сдвига 220 может быть выполнено так, чтобы скорость сдвига повышалась постепенно вдоль направления потока 260. Генераторы 220, 230 и 240 могут вырабатывать крупные, средние, мелкие и супермелкие частицы. Роторы 222, 223 и 224 и статоры 227, 228 и 229 могут иметь лопаточную конструкцию. Каждый генера-8 021175 тор может содержать два или более двух наборов роторно-статорных лопаток. В вариантах осуществления роторы 222, 223 и 224 содержат более 10 роторных лопаток, расположенных на одной окружности каждого ротора. В вариантах осуществления статоры 227, 228 и 229 содержат более 10 статорных лопаток, расположенных на одной окружности каждого статора. В вариантах осуществления внутренний диаметр ротора составляет около 12 см. В вариантах осуществления диаметр ротора составляет около 6 см. В вариантах осуществления внешний диаметр статора составляет около 15 см. В вариантах осуществления диаметр статора составляет около 6,4 см. В некоторых вариантах осуществления диаметр ротора равен 60 мм, а диаметр статора - 64 мм, что дает промежуток шириной 4 мм. В некоторых вариантах осуществления каждая из трех ступеней подключена к высокодисперсному генератору, имеющему сдвиговый зазор шириной от 0,025 до 4 мм. В случае приложений, в которых твердые частицы пропускают через устройство 40 высокой скорости сдвига, возможен подбор надлежащей ширины сдвигового зазора(минимального промежутка между ротором и статором) с возможностью надлежащего снижения размера частиц и увеличения площади их поверхности. В вариантах осуществления увеличение площади поверхности твердого катализатора путем сдвигового деформирования или диспергирования частиц может оказаться полезным. Устройство 200 высокой скорости сдвига выполнено с возможностью приема сырьевого потока, поступающего из линии 13, на входе 205. Сырьевой поток содержит газ в качестве диспергируемой фазы и жидкую среду в качестве непрерывной фазы. Сырьевой поток может, кроме того, содержать измельченный компонент твердого катализатора. Сырьевой поток, поступающий во входное отверстие 205, периодически прокачивается через генераторы 220, 230, а затем через генератор 240 с возможностью получения дисперсии. Дисперсия выходит из устройства 200 с высокой скоростью сдвига через выпускное отверстие 210 (и линию 18 фиг. 1). Роторы 222, 223, 224 каждого генератора вращаются с высокой скоростью относительно фиксированных статоров 227, 228, 229, обеспечивая высокую скорость сдвига. Роторы за счет вращения прокачивают жидкость, например сырьевой поток, поступающий во входное отверстие 205, снаружи через сдвиговые зазоры (и через пространства между лопатками ротора и между лопатками статора, при наличии таковых), создавая локализованное большое усилие сдвига. Большие усилия сдвига, оказываемые на жидкость при протекании ее через сдвиговые зазоры 225, 235 и 245 (и зазоры между лопатками ротора и статора, при их наличии), способствуют обработке жидкости и образованию дисперсии. Дисперсия продукта выходит из устройства 200 высокой скорости сдвига через выпускное отверстие 210 (и линию 18 фиг. 1). Средний размер пузырьков газа в образующейся дисперсии составляет менее 5 мкм. В вариантах осуществления УВСС 40 вырабатывает дисперсию со средним размером пузырьков менее 1,5 мкм. В вариантах осуществления УВСС 40 вырабатывает дисперсию со средним размером пузырьков менее 1 мкм, предпочтительно пузырьки имеют субмикронный размер. В отдельных случаях средний размер пузырьков составляет от 0,1 до 1,0 мкм. В вариантах осуществления УВСС 40 вырабатывает дисперсию со средним размером пузырьков менее 400 нм. В вариантах осуществления УВСС 40 вырабатывает дисперсию со средним размером пузырьков менее 100 нм. Устройство 200 высокой скорости сдвига вырабатывает дисперсию, содержащую пузырьки газа, которые при атмосферном давлении способны сохраняться в диспергированном виде в течение по меньшей мере 15 мин. Не стремясь ограничиться теорией, из химии эмульсий известно, что субмикронные частицы или пузырьки, диспергированые в жидкости, претерпевают движение в основном за счет эффектов броуновского движения. Пузырьки в дисперсии продукта, создаваемой устройством 200 высокой скорости сдвига, могут обладать большей подвижностью через пограничные слои частиц твердого катализатора (при наличии таковых), дополнительно облегчая и ускоряя тем самым переработку за счет улучшенного массопереноса реагентов в гетерогенный сырьевой поток. В отдельных случаях устройство высокой скорости сдвига 200 включает реактор Dispax Reactor фирмы IKA Works, Inc. Wilmington, NC и реактор фирмы APV North America, Inc. Wilmington, MA. Доступно несколько моделей с различными входными/выходными соединениями, мощностью, окружной скоростью и скоростью потока. Выбор устройства высокой скорости сдвига будет зависеть от требований по пропускной способности и желаемого размера частиц и/или пузырьков в дисперсии на линии 18 (фиг. 1), выходящей из выпускного отверстия 210 устройства 200 высокой скорости сдвига. Например, модель DR 2000/4 фирмы IKA включает в себя ременный привод, 4 М генератор, уплотняющее кольцо из ПТФЭ, санитарный зажим для впускного фланца размером 25,4 мм (1 дюйм), санитарный зажим для выпускного фланца размером 19 мм(3/4 дюйма), имеет мощность 2 л.с. (1,5 кВт), частоту вращения выходного вала 7900 об/мин, пропускную способность (для воды) 300-700 л/ч (в зависимости от генератора), окружную скорость 9,4-41 м/с(1850-8070 фут/мин). Реактор. После диспергирования дисперсия выходит из устройства 40 высокой скорости сдвига через линию 18 с возможностью отвода дисперсии и поступает в реактор 10. Реактором 10 является любой тип сосуда, в котором можно проводить гетерогенную реакцию для осуществления вышеописанной(ых) переработки(ок). Например, можно использовать корпусной реактор с непрерывным или полунепрерывным перемешиванием либо один или несколько реакторов периодического действия, которые распола-9 021175 гаются последовательно или параллельно. В некоторых вариантах осуществления реактором 10 является башенный реактор. В некоторых приложениях реактором 10 может являться трубчатый реактор, а в других приложениях - трубчатый или многотрубчатый реактор. Предполагается, что реактор может иметь любое количество подводящих линий, при этом одна из таких линий показана на фиг. 1 (линия 3). Подводящая линия может быть подсоединена к реактору 10 с возможностью приема раствора или суспензии катализатора во время эксплуатации системы вместе с гетерогенными катализатором. В вариантах осуществления воду вводят в реактор 10 с возможностью отгонки низкокипящих органических веществ, содержащихся внутри реактора 10, водяным паром. Таким способом часть органического продукта может отгоняться вместе с водяным паром и выходить из реактора 10, поступая скорее на линию 17, чем на линию 16. Реактор 10 может иметь выходящую линию 17 для отходящего газа и отводящую линию 16 для потока продукта. В вариантах осуществления реактор 10 имеет множество линий 16 для отвода продуктов реактора. Переработка диоксида углерода и/или простейших углеводородов в органические оксигенаты или углеводороды протекает при подходящем временном, температурном режиме и режиме давления. В данном смысле гидрогенирование может протекать в любой точке на технологической схеме фиг. 1 при подходящем температурном режиме и режиме давления. Реакция, протекающая в системе 100 высокой скорости сдвига, может представлять собой гомогенную каталитическую реакцию, в которой катализатор находится в той же самой фазе, что и другой компонент сырьевого потока, или гетерогенную каталитическую реакцию с участием твердого катализатора. При использовании циркулирующего катализатора реакция с большей вероятностью протекает в точках, расположенных снаружи от реактора 10, показанного на фиг. 1. Однако, для увеличения продолжительности переработки, улучшения перемешивания и нагрева (и/или охлаждения), а также для разделения и извлечения летучих продуктов реакции и рециркулирования непрореагировавших газов часто необходимо использовать дискретный реактор 10. Так, в некоторых вариантах осуществления система 100 высокой скорости сдвига, кроме того, содержит реактор 10, расположенный по меньшей мере после одного устройства высокой скорости сдвига, при этом входное отверстие реактора трубчато соединено с отверстием устройства высокой скорости сдвига, выполненным с возможностью выхода дисперсии. При использовании реактора 10 с неподвижным слоем катализатора, реактор 10 может быть первоначальным местом, в котором протекает реакция. Отводящая линия 16 реактора 10 может соединяться трубами с линией 21, например через линию 20, с возможностью рециркуляции части содержимого линии 16, включая жидкий продукт, в УВСС 40. В качестве альтернативы в некоторых вариантах осуществления реактор 10 может соединяться с линией 21 через отдельную отводящую линию. Система 100 высокой скорости сдвига, показанная на фиг. 1, выполнена с возможностью рециркулирования части содержимого линии 16. Такая конструкция, к примеру, обеспечивает возможность эксплуатации системы в многопроходном режиме, реактор 10 может включать один или несколько следующих компонентов: систему перемешивания, устройства терморегулирования, устройства с возможностью измерения давления, температуры, одну или несколько точек инжекции и регулятор уровня (не показан), известных в области конструирования реакционных реакторов. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, реактор 10 может, кроме того, содержать систему 31 перемешивания, нагревательные и/или охлаждающие устройства Н 1, устройства с возможностью измерения давления, температуры или комбинации этих устройств. Система перемешивания может, к примеру, включать мешалку с приводом от двигателя. Аппарат Н 1 терморегулирования может включать, в частности, нагревательный кожух или охлаждающие змеевики. В качестве альтернативы поскольку в некоторых вариантах осуществления значительная часть реакции переработки может протекать внутри УВСС 40, то в некоторых случаях реактор 10 может служить, главным образом, в качестве реактора с возможностью хранения. В некоторых приложениях реактор 10 может быть исключен (хотя, как правило, это не рекомендуется), например, при использовании нескольких последовательно расположенных устройств/реакторов высокой скорости сдвига, что описывается далее. Устройства теплорегулирования. Вдобавок к вышеупомянутым нагревательным/охлаждающим устройствам реактора 10 в вариантах осуществления, проиллюстрированных на фиг. 1, предполагаются и другие внешние или внутренние устройства теплопередачи с возможностью нагрева или охлаждения сырьевого потока. Так, терморегулирование в реакторе 10 может обеспечиваться внутренними устройствами теплопередачи, известными специалисту в данной области техники. Также предполагается использование внешних нагревательных и/или охлаждающих устройств теплопередачи. Некоторые подходящие расположения для одного или нескольких подобных устройств теплопередачи находятся между насосом 5 и УВСС 40, между УВСС 40 и реактором 10, между реактором 10 и насосом 5 в том случае, когда система 100 работает в многопроходном режиме. Некоторыми неограничительными примерами таких устройств теплопередачи являются кольцевые, трубчатые, пластинчатые и змеевиковые теплообменники,известные в данной области техники. В варианте осуществления системы 100 высокой скорости сдвига, показанной на фиг. 1, с возможность регулирования температуры на всем протяжении системы используют три устройства теплопередачи. Устройство теплопередачи Н 1 используют для регулирования температуры продукта в реакторе 10. Устройство теплопередачи Н 2 располагается на линии 21 с возможностью регулирования температуры на соответствующей линии. Устройство теплопередачи Н 3 выполнено с возможностью регулирования температуры на линии 13, а, следовательно, и с возможностью регулирования температуры сырьевого потока, поступающего в УВСС 40. Конструкция и способ применения нагревательных или охлаждающих устройств выполнены с возможностью проведения необходимой реакции, возможно их видоизменение по способам, известным специалистам в данной области техники. Насос(ы)/охлаждаемая ловушка. Насос 5 выполнен с возможностью непрерывной или полунепрерывной работы и может представлять собой любое подходящее насосное устройство, которое способно вырабатывать давление более 202,65 кПа (2 атм) или более 303,975 кПа (3 атм), что позволяет регулировать поток через УВСС 40 и систему 100. Например, одним из подходящих насосов является шестеренчатый насос Roper 1 типа,Roper Pump Company (Commerce Georgia), насос для повышения давления Dayton, модель 2 Р 372 Е,Dayton Electric Co (Niles, IL). Все контакт-детали насоса могут быть изготовлены из нержавеющей стали,например из нержавеющей стали марки 316. В некоторых вариантах осуществления насос 5 способен выдавать давления, превышающие 2026,5 кПа (20 атм). В вариантах осуществления насос 5 вырабатывает скорость сырьевого потока среды 12, составляющую от 0,5 до 1 галлон/мин (от 2,27 до 4,55 л/мин). В вариантах осуществления насос 5 вырабатывает скорость сырьевого потока среды 12, составляющую около 1 галлона/мин (4,55 л/мин). Вдобавок к насосу 5 в систему, проиллюстрированную на фиг. 1, может быть включен один или несколько дополнительных насосов высокого давления (не показаны). Так,между УВСС 40 и реактором 10 может быть установлен подкачивающий насос, подобный насосу 5, для повышения напора потока, поступающего в реактор 10. В варианте осуществления фиг. 1 система 100 высокой скорости сдвига, кроме того, содержит насос 6 высокого давления для повышения напора в реактор 10. При установке насоса 6 в качестве подкачивающего насоса, насос 5 можно использовать в качестве дроссельного насоса/клапана, выполненного с возможностью снижения давления в установке высокой скорости сдвига и тем самым с возможностью снижения его изнашивания. В качестве еще одного примера между линией 17 и УВСС 40 может располагаться насос компрессорного типа, выполненный с возможностью рециркуляции газа из реактора 10 во входное отверстие устройства высокой скорости сдвига. В качестве другого примера дополнительный подающий насос, подобный насосу 5, может быть размещен с возможностью введения дополнительных реагентов или катализатора в реактор 10. Так, в варианте осуществления фиг. 1 используется вспомогательный подающий насос 4 с возможностью ввода дополнительного количества исходных материалов в реактор 10 через инжекционную линию 3. Катализатор и подпиточные жидкости возможно периодически или непрерывно добавлять по мере необходимости в систему 100 высокой скорости сдвига посредством подающего насоса 4 через точку ввода 3. Как показано на фиг. 1, система 100 высокой скорости сдвига может, кроме того, содержать охлаждаемую ловушку, например, внутри холодильника 30, располагаемую на рециркуляционной линии 17. Охлаждаемая ловушка выполнена с возможностью конденсации рециркуляционных газов 17 в приемнике с ледяным охлаждением, из которого газ на линии 25 передается по трубам в компрессор 50 с возможностью ввода в устройство 40 высокой скорости сдвига через линию 15. Холодильник 28 содержит отводящую линию 24 с возможностью конденсирования продукта (например, любых оксигенатов и/или углеводородов) и отводящую линию 25 для рециркуляции газового потока. В вариантах осуществления охлаждаемая ловушка холодильника 30 выполнена с возможностью захвата первичных спиртов из рециркуляционной линии 17 до попадания их в рециркуляционный насос или компрессор 50. Рециркуляционная линия 15 может быть соединена трубами с линией 13 с возможностью повторного введения легкого газа в УВСС 40, как показано на фиг. 1. Производство органического продукта переработкой легкого газа. Теперь обсудим работу системы 100 высокой скорости сдвига со ссылкой на фиг. 1. В варианте осуществления системы 100 высокой скорости сдвига, показанном на фиг. 1, имеется два или более потока диспергируемого газа. В некоторых вариантах осуществления система 100 высокой скорости сдвига содержит линии 22 и 23 для диспергируемого газа. При работе в режиме переработки легкого газа в органический продукт поток диспергируемого легкого газа вводится в систему 100 через линию 22 и/или линию 23 и объединяется с жидким потоком на линии 13. Диспергируемый газ на линии 22 и/или 23,сжатая рециркулирующая жидкая среда на линии 15 и жидкая среда на линии 21 вводятся по отдельности или в виде смешанного потока во внешнее устройство 40 высокой скорости сдвига. Как показано на фиг. 1, в вариантах осуществления поток диспергируемого газа на линии 22 и/или линии 23 вводится в жидкую среду (которая может содержать источник водорода либо источник водорода в сочетании с катализатором), а объединенный газожидкостной (поток газообразных, жидких и твердых веществ) вводится в УВСС 40. Диспергируемый газ, вводимый в УВСС 40, включает легкий газ. Легкий газ, диспергируемый в УВСС 40, может содержать метан, диоксид углерода или их комбинацию. Поскольку источники природного газа часто содержат другие газообразные компоненты, легкий газ, вводимый в линию 13 через линию 22 и/или линию 23, может, кроме того, содержать дополнительные газообразные компоненты в количестве до 10%. Дополнительными газообразными компонентами могут являться, например, метан,- 11021175 этан, пропан, бутан, пентан, метанол или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления легкий газ содержит этан, пропан, бутан или их комбинацию, а легкий газ на линии 23 содержит диоксид углерода. В особых вариантах осуществления легкий газ содержит метан. В вариантах осуществления диспергируемый легкий газ содержит диоксид углерода. В вариантах осуществления легкий газ содержит диоксид углерода и метан. В вариантах осуществления легкий газ содержит метан и диоксид углерода в соотношении 2:1. В вариантах осуществления легкий газ содержит диоксид углерода, водород и оксид углерода. В вариантах осуществления легкий газ непрерывно подается на линию 13. В вариантах осуществления скорость подачи диспергируемого легкого газа превышает 50 см 3/мин, либо скорость подачи диспергируемого легкого газа превышает 80 см 3/мин, либо скорость подачи диспергируемого легкого газа превышает 2300 см 3/мин. Жидкой средой может быть среда различных типов. Жидкая среда на линии 21 может содержать по меньшей мере один источник водорода. По меньшей мере один источник водорода может быть выбран из воды, углеводородов и их комбинаций. В вариантах осуществления жидкая среда выбрана из воды,низкомолекулярных жидких алканов, парафиновых масел или их комбинаций. Парафиновыми маслами могут являться либо гидроочищенное масло нефтяного происхождения,например масла Paralux, поставляемые компанией Chevron Products Company, или синтетические парафиновые масла. К подходящим синтетическим парафиновым маслам относятся, к примеру, базовое масло IV группы (по классификации АНИ - Американского нефтяного института) на основе поли-альфаполефинов, а также базовые масла III группы (по классификации АНИ), подвергнутые гидрокрекингу или гидроизомеризации. К базовым маслам IV группы относится, в частности, масло на основе низкомолекулярного компонента сополимера этилена и пропилена. Нефтехимическими компаниями разработаны процессы, включающие каталитическую переработку исходного сырья в минеральное смазочное маслоIII группы, проводимую под давлением в присутствии водорода. Кроме того, доступны синтетические базовые компоненты III группы из СЖТ (синтетического жидкого топлива). Жидкая среда может, кроме того, содержать бромид лития. Жидкую среду предпочтительно подбирают так, чтобы ее компоненты в условиях среды внутри устройства 40 с высокой скоростью сдвига не воспламенялись в значительной степени, а оставались в жидком состоянии. В некоторых вариантах осуществления жидкая среда содержит полиэтиленгликоль (ПЭГ). В вариантах осуществления жидкую среду и катализатор смешивают до ввода их в реактор 10. Так,например, парафиновое масло и катализатор (при его использовании) могут вначале загружать в реактор 10 до его герметизации. В вариантах осуществления катализатор добавляют в жидкую среду в реактор с мешалкой. В других вариантах осуществления жидкую среду и катализатор вводят по отдельности и смешивают внутри реактора 10 с помощью реакторной мешалки 31. При желании, в отдельных приложениях в реактор 10 можно добавлять дополнительные реагенты, например, посредством подающего насоса 4 через подводящую линию 3 реактора 10. Предполагается, что реактор 10 может иметь любое количество подводящих линий. Затем систему 100 высокой скорости сдвига уплотняют, а реактор 10 откачивают. В вариантах осуществления реактор 10 продувают кислородом. Вакуум в реакторе можно создавать, к примеру, через реакторную газовую линию 17. После откачки в систему 100 высокой скорости сдвига вводят диспергируемый легкий газ до тех пор, пока давление в реакторе 10 не достигает желаемого значения. В вариантах осуществления диспергируемый легкий газ вводят в устройство 40 высокой скорости сдвига до тех пор, пока давление в реакторе 10 не достигнет значения 206,8 кПа (30 фунт/кв.дюйм). После этого можно вводить в эксплуатацию устройство 40 высокой скорости сдвига, продолжать перемешивание в реакторе, например, с помощью перемешивающей системы 31 и начинать прокачивание жидкой среды реактора по системе 100 высокой скорости сдвига. На данном этапе система может представлять собой замкнутый контур без вентиляции. В вариантах осуществления диспергируемый легкий газ подают прямо в УВСС 40 вместо объединения его с жидкой средой на линии 13. Насос 5 выполнен с возможностью прокачивания жидкой среды через линию 21 и с возможностью создания напора, а также с возможностью загрузки УВСС 40, обеспечивая регулируемый поток через устройство 40 или систему 100 высокой скорости сдвига. В некоторых вариантах осуществления насос 5 повышает давление потока, поступающего в УВСС, до значения более 202,65 кПа (2 атм) либо более 303,975 кПа (3 атм). Таким образом, система 100 высокой скорости сдвига может сочетать в себе высокую скорость сдвига с высоким давлением, улучшая тесное перемешивание реагентов. После прокачки легкий газ и жидкую среду смешивают внутри УВСС 40, которое выполнено с возможностью создания тонкой дисперсии легкого газа в жидкой среде. В УВСС 40 легкий газ и жидкая среда диспергируются в высокой степени, так что образуются нанопузырьки, субмикронные пузырьки и/или микропузырьки легкого газа, превосходно растворяющиеся в растворе, что позволяет улучшить перемешивание реагентов. Для создания дисперсии легкого газа в жидкой среде можно использовать,например, диспергатор IKA, модель DR 2000/4 - трехступенчатое диспергирующее устройство высокой скорости сдвига, имеющее три ротора в комбинации с тремя статорами, расположенными последовательно. Роторно-статорные устройства могут быть выполнены, например, так, как показано на фиг. 2. Объединенные реагенты поступают в устройство высокой скорости сдвига через линию 13 и на первую ступень комбинации ротора и статора. Роторы и статоры первой ступени могут иметь роторные и статорные лопатки, расположенные на одной окружности, соответственно. Механическая взвесь, выходящая из первой ступени, поступает на вторую роторно-статорную ступень. Ротор и статор второй ступени могут также содержать роторные и статорные лопатки, расположенные на одной окружности, соответственно. Дисперсия с уменьшенным размером пузырей, выходящая из второй ступени, поступает на третью ступень роторно-статорной комбинации, которая включает ротор и статор с роторными и статорными лопатками соответственно. Дисперсия выходит из устройства высокой скорости сдвига через линию 18. В некоторых вариантах осуществления скорость сдвига повышается постепенно вдоль направления потока 260. Например, в некоторых вариантах осуществления скорость сдвига на первой роторно-статорной ступени превышает скорость сдвига на последующей(их) ступени(ях). В других вариантах осуществления скорость сдвига, по существу, постоянна вдоль направления потока, при этом скорость сдвига на каждой ступени является примерно одинаковой. Скорость вращения ротора(ов) в УВСС 40 можно настраивать до значения, сопоставимого с диаметром ротора и с необходимой окружной скоростью. Как описано выше, зазор между статором и ротором в устройстве высокой скорости сдвига (например, в коллоидной мельнице или диспергаторе с лопаточными венцами) может иметь постоянное или настраиваемое значение. В некоторых вариантах осуществления процесса сопротивление переноса реагентов снижается при эксплуатации устройства высокой скорости сдвига так, что скорость реакции повышается более чем на 5%. В некоторых вариантах осуществления процесса сопротивление переноса реагентов снижается при эксплуатации устройства высокой скорости сдвига так, что скорость реакции увеличивается более чем в 5 раз. В некоторых вариантах осуществления скорость реакции увеличивается по меньшей мере в 10 раз. В некоторых вариантах осуществления скорость реакции увеличивается в 10-100 раз. В некоторых вариантах осуществления УВСС 40 выпускает поток со скоростью, составляющей по меньшей мере 300 л/ч при окружной скорости, которая составляет по меньшей мере 4500 фут/мин (22,9 м/с) и может превышать 7900 фут/мин(40 м/с). Потребляемая мощность может составлять около 1,5 кВт. Хотя измерение мгновенных значений температуры и давления на конце лопатки УВСС или вращающегося элемента в УВСС 40 затруднено, по оценкам, локализованная температура, наблюдаемая в тесно смешиваемых реагентах, превышает 500 С при давлениях более 500 кг/см 2 в кавитационном режиме. Перемешивание при высокой скорости сдвига позволяет образование дисперсии пузырьков легкого газа микрометронного или субмикрометронного размера. В некоторых вариантах осуществления средний размер пузырьков в получаемой дисперсии составляет менее 1,5 мкм. Соответственно, дисперсия, выходящая из УВСС 40 через линию 18, содержит пузырьки газа микрометронного и/или субмикрометронного размера. В некоторых вариантах осуществления средний размер пузырьков составляет 0,4-1,5 мкм. В некоторых вариантах осуществления средний размер пузырьков в получаемой дисперсии составляет менее 1 мкм. В некоторых вариантах осуществления средний размер пузырьков составляет менее 400 нм и в некоторых случаях может составлять менее 100 нм. Во многих вариантах осуществления дисперсия способна сохраняться в диспергированном виде в течение по меньшей мере 15 мин при атмосферном давлении. После диспергирования полученная дисперсия газожидкостной смеси или дисперсия смеси газа,жидкости и твердого вещества выходит из УВСС 40 через линию 18 и подается в реактор 10, как показано на фиг. 1. Дисперсия на линии 18 может, необязательно, подвергаться дальнейшей обработке (нагреву или охлаждению), которая может понадобиться в отдельных приложениях, до поступления в реактор 10. В результате тесного перемешивания газообразных реагентов до поступления их в реактор 10 в УВСС 40 может протекать значительная часть химической реакции. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления реактор 10 возможно использовать, главным образом, с возможностью нагрева и отделения получаемых углеводородов от непрореагировавшего легкого газа и любых других образующихся газов. В качестве альтернативы или дополнения, реактор 10 может служить в качестве основного реакционного сосуда, в котором образуется большая часть органического продукта. В вариантах осуществления реактор 10 может представлять собой, к примеру, реактор с неподвижным слоем катализатора. Катализатор. При использовании катализатора с возможностью активации реакций переработки его можно вводить в реактор 10 в виде суспензии или потока катализатора, например, через линию 3. В качестве альтернативы или дополнения, катализатор можно добавлять в любом месте системы 100. Например, суспензию катализатора можно вводить в линию 21. В некоторых вариантах осуществления система 100 содержит замкнутый суспензионный контур, а линия 21 может содержать жидкую среду, жидкий продукт и/или катализатор, рециркулированный из линии 16. Таким образом, способ может, кроме того, включать использование катализатор гидрогенирования. Катализатор может быть выбран из MR-катализаторов, перечисленных в табл. 1, и обсуждается в примере 3 более подробно. В вариантах осуществления используется катализатор MR-34-18 или MR-34-18 VII. Катализатор может содержать по меньшей мере один из следующих металлов: железо, рутений, осмий, кобальт, родий, иридий, никель, лантан, палладий и платину или их комбинации. В особых вариантах осуществления катализатор содержит рутений. Катализатор может содержать карбонил рутения, в частности известный трирутений додекарбонил [Ru3(CO)12]. В вариантах осуществления используется один катализатор. В вариантах осуществления используется несколько катализаторов. Например, как обсуждается в примерах 2-4, согласно данному описанию можно использовать как трирутений додекакарбонил, так иMR-34-18 VII. В вариантах осуществления катализатор содержит палладий, нанесенный на диоксид кремния. В вариантах осуществления катализатор способствует дегидрированию воды и/или углеводородов,в частности простейших алканов, с образованием водорода и свободных гидроксильных радикалов (в случае использования воды). Радикалы водорода взаимодействуют с диоксидом углерода с образованием оксида углерода, который далее свободно реагирует со свободным водородом или другими углеродсодержащими радикалами. Система и способ, описанные в данном документе, сочетают в себе высокую скорость сдвига и,возможно, кавитацию, создавая условия, которые способствуют не только образованию свободных радикалов водорода, но и образованию свободных гидроксильных радикалов и даже, возможно, позволяют сразу отщеплять атом кислорода от диоксида углерода. В некоторых вариантах осуществления раскрытого способа легкий газ и вода контактируют с катализатором, способствующим диссоциации воды, и/или катализатором, способствующим диссоциации диоксида углерода и/или алканов. Такие катализаторы широко применяют в реакциях переработки водяного газа. Реакция конверсии водяного газа (КВГ) - это общеизвестная каталитическая реакция, которая используется, помимо других приложений, для генерации водорода по реакции CO с водяным паром (H2O) согласно следующему стехиометрическому уравнению: при этом в указанной реакции обычно используется катализатор. Типичные катализаторы, используемые в данной реакции, основаны на комбинациях оксида железа с хромом при высоких температурах (около 350C) или смесях медь- и цинксодержащих материалов при пониженных температурах (около 200C). К катализаторам дегидрирования также относятся разнообразные каталитические композиты, содержащие компонент платиновой группы и модифицирующий металлический компонент, выбранный из группы, состоящей из олово-, германий-, ренийсодержащих компонентов или их известных смесей. Например, в соответствующих патентах США 3632503, 3755481 и 3878131 раскрыты катализаторы, содержащие компонент платиновой группы, оловосодержащий компонент и германийсодержащий компонент, нанесенный на пористую подложку. Также хорошо известны ренийсодержащие соединения, обладающие дегидрирующими свойствами. В зависимости от условий реакции и селективности катализатора, с помощью раскрытых способа и системы из легкого газа и воды можно сразу получать простые спирты, такие как метанол. Кислород,выделяющийся в режиме высокой скорости сдвига, может реагировать с другими радикалами с образованием простых спиртов. Из метанола может образовываться диметиловый эфир. Диметиловый эфир можно затем использовать в качестве топлива, либо непосредственно, либо смешивая его с другими видами топлив. Суммарная химическая реакция и энергетический баланс процесса с участием легкого газа, содержащего диоксид углерода, представлен в виде уравнений (2)-(10). Теплоту реакций, представленных в виде уравнений (2)-(9), рассчитывают из соответствующих теплот образования. Теплота образования звена (-СН 2-) рассчитана как 1/8 часть от теплоты образования октана. Не стремясь ограничиться теорией, уравнение (8) отображает уравнение баланса всех реакций, которые, как полагают, протекают после стадии дезоксигенирования CO2, т.е. стадий 4-7, и общее количество энергии, выделяющейся при образовании углеводородов. В уравнении (9) показана теплота конденсации образующейся воды, которая в данном процессе может быть рециркулирована. В уравнении (10) показана суммарная химическая реакция для стадий 2-6 и рассчитанное общее количество потребленной энергии. Реактор 10 может работать либо в режиме непрерывного, либо полунепрерывного потока или он может работать в порционном режиме. Содержимое реактора 10 может поддерживаться при заданной температуре реакции с помощью нагревательных и/или охлаждающих устройств (например, нагревателя Н 1) и устройств с возможностью измерения температуры. За давлением в реакторе можно наблюдать с помощью подходящего устройства с возможностью измерения давления, а уровень реагентов в реакторе можно регулировать с помощью регулятора уровня (не показан) способами, известными специалистам в данной области техники. Содержимое может перемешиваться непрерывно или полунепрерывно, например, с помощью перемешивающей системы 31. В вариантах осуществления по меньшей мере часть сырьевого потока на линии 16, содержащей жидкую среду, жидкий продукт и, необязательно, катализатор, рециркулирует в УВСС 40, что позволяет эксплуатацию в многопроходном режиме. Линия 16 может быть соединена трубами с линией 21 через линию 20 с возможностью рециркуляции по меньшей мере части содержимого на линии 16 в УВСС 40. Как показано на фиг. 1, устройство теплопередачи Н 2 может быть выполнено с возможностью регулирования температуры на линии 21. Непрореагировавший легкий газ наряду с другими газами, имеющимися в реакторе 10, может выходить из него через газовую линию 17. Как показано на фиг. 1, в вариантах осуществления газ, выходящий из свободного пространства реактора 10, может проходить через холодильник 30. Выходу реактор- 16021175 ного газа из реактора 10 может способствовать, например, компрессор 50. Холодильник 30 может содержать охлаждающий змеевик или охлаждаемую ловушку. Неконденсируемые газы после холодильника 30 могут поступать через линию 25 в компрессор 50. Сжатый газ может рециркулировать, например, через линию 15. Через линию 15 материал, сжатый компрессором 50, может независимо поступать в УВСС 40 или на линию 12, 22 и/или 23. Конденсированный жидкий продукт 24, выходящий из холодильника 30,выходит из системы. Конденсированная жидкость на линии 24 содержит продукты реакции, которые далее могут быть использованы различными способами, известными в данной области техники, например они могут поступать на продажу или могут быть переработаны в другие различные химические продукты. Температура. В некоторых вариантах осуществления использование раскрытого способа, включающего перемешивание реагентов внешним устройством 40 высокой скорости сдвига, позволяет перерабатывать легкий газ в органический продукт, содержащий оксигенаты, углеводороды или их комбинацию. Предпочтительно температура внутри устройства 40 высокой скорости сдвига ниже температуры воспламенения жидкой среды. В вариантах осуществления температура реакции меньше 220C. В некоторых вариантах осуществления температура от 100 до 230C. В некоторых вариантах осуществления температура от 30 до 40C. В некоторых вариантах осуществления температура от 160 до 180C. В некоторых особых вариантах осуществления температура от 155 до 160C. В вариантах осуществления характеристики продукта изменяются вместе с изменением температуры внутри реактора 10, и с возможностью достижения желаемых характеристик продукта температуру реактора можно регулировать соответствующим образом. При повышенных температурах может образовываться большое количество низкомолекулярных соединений, тогда как при пониженных температурах образуется большое количество высокомолекулярных соединений. Давление. В некоторых вариантах осуществления давление в реакторе 10 составляет от 202,65 кПа (2 атм) до 5,6-6,1 кПа (55-60 атм). В некоторых вариантах осуществления давление составляет от 810,6 до 1,5 МПа(от 8 до 15 атм). В вариантах осуществления реактор 10 работает примерно при атмосферном давлении. В вариантах осуществления давление в реакторе 10 составляет менее 6895 кПа (1000 фунт/кв.дюйм). В качестве альтернативы в некоторых вариантах осуществления давление составляет менее 3445 кПа(500 фунт/кв.дюйм). В некоторых вариантах осуществления давление составляет менее 3100 кПа(450 фунт/кв.дюйм). В некоторых вариантах осуществления давление составляет менее 1030 кПа(150 фунт/кв.дюйм). В некоторых случаях необходимо дополнительно повышать степень переработки легкого газа. Наряду с тем что увеличение давления приводит к ускорению реакции, оно также ускоряет изнашивание материалов, из которых состоят реакторы, трубопроводы и механические детали, используемые в системе, а также любые вспомогательные устройства. Превосходная растворимость и/или дисперсия, генерируемая внешним перемешивающим устройством высокой скорости сдвига, позволяют снизить давление при сохранении или даже увеличении выхода продукта. Многопроходной режим работы. Как показано на фиг. 1, может понадобиться пропускать содержимое реактора 10 или его фракцию через УВСС 40 во второй раз. В данном случае линия 16 может быть подсоединена к линии 21, как указано на фиг. 1, с тем, чтобы по меньшей мере часть содержимого линии 16 рециркулировалась из реактора 10 и нагнеталась насосом 5 в линию 13, а оттуда в УВСС 40. Дополнительную порцию легкого газа можно вводить в линию 13 или ее можно добавлять непосредственно в устройство высокой скорости сдвига (не показано). В других вариантах осуществления продукт на линии 16 может подвергаться дальнейшей обработке (например, извлечению из него жидкого продукта) перед рециркуляцией жидкой среды на линии 16 в устройство 40 высокой скорости сдвига. В некоторых вариантах осуществления может понадобиться пропускать жидкую среду и диспергируемый газ, содержащий диоксид углерода и алкан,через устройство 40 высокой скорости сдвига и, необязательно, добавлять после этого катализатор в линию 13 во время второго прохода через УВСС 40. Составные перемешивающие устройства высокой скорости сдвига. В некоторых вариантах осуществления два или более устройства высокой скорости сдвига, подобных УВСС 40 или выполненных отличным образом, располагают в ряд и используют для дополнительного ускорения реакции. Их эксплуатация может проводиться либо в порционном, либо в непрерывном режиме. В некоторых случаях, когда предпочтителен однопроходной или "однократный" процесс, последовательное использование составных устройств высокой скорости сдвига может также оказаться полезным. Например, в вариантах осуществления выходящая дисперсия на линии 18 может подаваться во второе устройство высокой скорости сдвига. При последовательной работе нескольких устройств 40 высокой скорости сдвига дополнительную порцию легкого газа можно вводить в каждое устройство через входное отверстие сырьевого потока. Хотя этого, как правило, нежелательно, в вариантах осуществления, в которых составные устройства 40 высокой скорости сдвига работают последовательно, реактор 10 может быть исключен. В некоторых вариантах осуществления несколько устройств 40 высокой скорости сдвига работают параллельно, а выходящие из них дисперсии поступают в один или несколько реакторов 10. Дальнейшая обработка продукта. Газ выводят из реактора 10 через выходящую газовую линию 17. Газ на линии 17 может содержать непрореагировавший легкий газ, водород, а также кислородсодержащий и/или углеводородный продукт. Газ, извлеченный из отверстия 17 реактора для выхода газа, может подвергаться дальнейшей обработке,а его компоненты могут быть рециркулированы. Так, для конденсации и отвода любых кислородсодержащих и/или углеводородных продуктов из газовой линии 17, поступающих в нее из реактора 10, можно использовать охлаждаемую ловушку 30. Поток конденсата, выходящий из холодильника 30 через линию 24, может содержать первичные спирты. В вариантах осуществления поток жидкого конденсированного продукта на линии 24 содержит метанол. В вариантах осуществления поток жидкого конденсированного продукта на линии 24 содержит метанол в количестве более 50%. В вариантах осуществления поток жидкого конденсированного продукта на линии 24 содержит метанол в количестве более 65%. В вариантах осуществления поток жидкого конденсированного продукта на линии 24 содержит метанол в количестве около 68%. В вариантах осуществления метанол и диоксид углерода перерабатываются в органический кислородсодержащий продукт, включая этанол. В некоторых приложениях непрореагировавший легкий газ, отводимый из охлаждаемой ловушки 30 через линию 25, отводят и вводят (прямо или косвенно) обратно в устройство 40 высокой скорости сдвига. Часть продукта на линии 16 может выводиться из реактора 10. Органический продукт на линии 16 содержит жидкие оксигенаты, углеводороды или их комбинацию, помимо жидкой среды. Поток продукта наряду с жидкой средой может содержать первичные углеводороды, образующиеся во время реакции. Например, в вариантах осуществления продукт на линии 16 содержит углеводороды в полиэтиленгликоле. В приложениях, в которых в состав легкого газа входят этан, пропан, бутан и пентан, получающийся в результате продукт на линии 16 может содержать продукт с более высоким числом атомов углерода по сравнению с тем случаем, когда в состав легкого газа входят метан и диоксид углерода. В таких случаях продукт, выводимый через линию 16, содержит большее количество смешанных оксигенатов и альдегидов. Жидкий продукт, содержащий оксигенат и/или углеводород и отводимый из линии 16 для продукта и/или линии 24 с возможностью конденсата, может в последующем использоваться в качестве топлива или сырья для других химических процессов, известных специалистам в данной области техники. Например, метанол, получаемый по данному способу, может служить в качестве сырья для способа производства формальдегида. Повышение нефтеотдачи посредством жидкостей, получаемых из метана. Низкосортную (по классификации АНИ, т.е. вязкая) нефть часто сложно добывать из-за плохих реологических свойств. В настоящее время используются различные способы улучшения добычи низкосортной (по АНИ) нефти, включающие стадию введения CO2, водяного пара и воды. При бурении на нефть для поддержания пластового давления в скважине часто используют природный газ из скважины,что позволяет повысить нефтеотдачу. Однако нагнетание природного газа может в небольшой степени способствовать добыче низкосортной (по АНИ) нефти, которая сложно перемещается в пространстве скважины. Раскрытые систему и способ можно использовать при добыче сырой нефти из нефтяных скважин, и в особенности они пригодны для улучшения добычи скважиной нефти (например, тяжелой нефти). С помощью раскрытых системы и способов можно перерабатывать метан в жидкие продукты на буровой площадке, а также использовать его с возможностью улучшения нефтеотдачи. В варианте осуществления согласно данному описанию природный газ (содержащий метан), добываемый из устья скважины или из какого-либо иного места, перерабатывают с использованием раскрытых систем или способа в жидкие продукты, которые нагнетают в скважину с возможностью улучшения добычи более тяжелых залежей нефти. В вариантах осуществления органические оксигенаты и другие жидкие продукты, образующиеся из природного газа, в состав которого входит метан, и выходящие из системы 100 в линию 16 и/или 24, используют с возможностью повышения нефтеотдачи. Систему 100 можно монтировать на подвижных установках блочного типа. Такие блоки позволяют проводить переработку газа на отдаленных территориях и сжигать излишки газа. В тех случаях, когда необходимо извлечь большие залежи тяжелой нефти,можно использовать более крупные блоки. Переработка легкого газа. В вариантах осуществления более 80% легкого газа перерабатывается в продукт с помощью раскрытого способа, а остающееся количество непрореагировавшего легкого газа находится в свободном пространстве реактора и/или растворяется в жидком продукте. В некоторых вариантах осуществления более 90% легкого газа перерабатывается в органический продукт. В некоторых вариантах осуществления, по существу, весь легкий газ перерабатывается в продукт. В вариантах осуществления, по существу,- 18021175 весь легкий газ перерабатывается в продукт при эксплуатации системы с замкнутым контуром в многопроходном режиме. В некоторых вариантах осуществления переработка диоксида углерода превышает 60%. В вариантах осуществления легкий газ содержит диоксид углерода, а переработка диоксида углерода превышает 80%. В вариантах осуществления легкий газ содержит диоксид углерода, а переработка диоксида углерода превышает 90%. В вариантах осуществления используют систему с замкнутым контуром и, по существу, весь диоксид углерода, подаваемый в диспергируемом газе через линии 22 и/или 23, перерабатывают в продукт. В вариантах осуществления легкий газ содержит метан, переработка которого превышает 60%. В вариантах осуществления легкий газ содержит метан, переработка которого превышает 80%. В вариантах осуществления легкий газ содержит метан, переработка которого превышает 90%. В вариантах осуществления используют систему с замкнутым контуром и практически весь метан, подаваемый в систему 100 с высокой скоростью сдвига, перерабатывается в продукт. В отдельных вариантах осуществления выход органических оксигенатов превышает выход углеводородов. В вариантах осуществления выход органических оксигенатов превышает 50%. В некоторых вариантах осуществления выход оксигенатов превышает 70%. Особенности. Увеличение площади поверхности пузырьков легкого газа микрометронного и/или субмикрометронного размера в дисперсии на линии 18, образующейся внутри устройства 40 высокой скорости сдвига, приводит к ускорению переработки легких газов и/или образованию более сложных продуктов. Как упоминалось выше, дополнительным преимуществом является возможность эксплуатации реактора 10 при пониженных температурах и давлениях, что приводит к снижению эксплуатационных и капитальных расходов. К преимуществам настоящего изобретения относятся (но перечень этим не ограничивается) более быстрое время цикла, повышенная пропускная способность, сниженные эксплуатационные и/или капитальные расходы благодаря возможности выполнения меньших реакторов и/или эксплуатация реактора при пониженных температурах и давлениях, а также возможное снижение количества используемого катализатора. Применение усиленного перемешивания реагентов посредством УВСС 40 дает возможность существенно повысить переработку органического продукта из легкого газа. В некоторых вариантах осуществления усиленное перемешивание дает возможность повысить пропускную способность перерабатываемого потока. В некоторых вариантах осуществления перемешивающее устройство высокой скорости сдвига внедряют в установившийся способ, обеспечивая, тем самым, увеличение производительности(т.е. более высокую пропускную способность). В противоположность некоторым способам, в которых степень переработки пытаются повысить за счет повышения давления в реакторе, превосходное диспергирование и контактирование, обеспечиваемые внешним перемешивающим устройством высокой скорости сдвига, позволяют во многих случаях снизить общее давление при сохранении или даже увеличении выхода продукта. Не стремясь ограничиться частной теорией, предполагают, что уровень или тщательность перемешивания с высокой скоростью сдвига достаточны для повышения скорости массопереноса, а также создают локализованные неидеальные условия, обеспечивающие протекание таких реакций, которые подругому нельзя ожидать, исходя из предварительных оценок свободной энергии Гиббса. Локализованные неидеальные условия, которые, как полагают, возникают внутри устройства высокой скорости сдвига,приводят к повышенным температурам и давлениям, при этом полагают, что наиболее существенное увеличение происходит в значениях локализованного давления. Увеличение значений давления и температуры внутри устройства высокой скорости сдвига является мгновенным и локализованным, и эти параметры возвращаются в основное или среднее состояние системы после выхода потока из устройства высокой скорости сдвига. В некоторых случаях перемешивающее устройство высокой скорости сдвига вызывает кавитацию с интенсивностью, достаточной для диссоциации одного или нескольких реагентов на свободные радикалы, которые могут ускорять химическую реакцию или способствовать протеканию реакции при менее жестких условиях, которые могли бы потребоваться в иных способах. Кавитация может также повышать скорость процессов массопереноса за счет порождения локальной турбулентности и микроциркуляции жидкости (акустический поток). Обзор по применению явления кавитации в приложениях по химической или физической обработке дается в работе Gogate et al., "Cavitation: A technology onthe horizon", Current Science, 91 (No. 1):35-46 (2006). При таких неидеальных условиях возможна диссоциация диоксида углерода и/или алканов, а молекулы воды и/или простейших алканов перерабатываются в свободные радикалы. Свободные радикалы вступают в дальнейшую переработку с образованием углеводородов или оксигенатов. В HSD 40 происходит дегидрирование алканов и/или расщепление диоксида углерода, необязательно, под действием по меньшей мере одного катализатора с образованием реакционноспособных радикальных соединений. Раскрытые система и способ могут способствовать переработке легкого газа в ценный(е) продукт(ы) практически без выбросов, что достигается за счет неидеальных условий, возникающих при большом усилии сдвига. В некоторых вариантах осуществления описанные здесь система и способы позволяют создать сравнительно небольшой и/или менее капиталоемкий процесс по сравнению с предыдущими способами,в которых не использовалось внешнее устройство 40 высокой скорости сдвига. Возможными преимуществами отдельных вариантов осуществления раскрытых способов являются сниженные эксплуатационные расходы и увеличенная производительность существующего процесса. Примерные результаты, полученные за счет осуществления раскрытых системы и способов, представлены в следующих примерах. Примеры Пример 1. Способ приготовления катализатора. Катализатор MR-34-18, указанный в табл. 1, готовят в 500-мл стакане путем растворения 9 г вольфрамита аммония (чистота 99,9%, Sigma-Aldrich Co., St. Louis, МО) и 1 г нитрата лантана (Fisher Chemicals, Co., Fair Lawn, NJ) в 200 мл деионизированной воды при 70-80C. В отдельном стакане растворяют гексагидрат нитрата кобальта (II) (Sigma-Aldrich Co., чистота 99%) в воде при 70C. После этого смешивают указанные два раствора солей и добавляют к полученной смеси 30 г оксида марганца (IV) (Aldrich,чистота 99%) наряду с гидроксидом аммония (степень чистоты, соответствующая стандарту АХО,Sigma-Aldrich Co.) для достижения щелочного рН. Смесь нагревают до 80C и образующуюся пасту переносят на стеклянную пластинку и нагревают в течение 2-3 ч в печи при 120C, что приводит к образованию покрытия или тонкого слоя на оксиде марганца. Высушенный катализатор помещают в тигель для прокаливания. Во время прокаливания печь для прокаливания непрерывно продувают атмосферным воздухом. Вначале температуру печи устанавливают на уровне 300C, поддерживая ее в течение 30 мин, а затем резко повышают до 550C и поддерживают при этом значении в течение 2 ч. Затем температуру печи резко повышают до 860C и поддерживают при этом значении в течение 24 ч. После этого печь охлаждают до комнатной температуры и извлекают катализатор из печи. Катализатор измельчают в ступке и сжимают под прессом в 7 т, а затем просеивают через сетчатый фильтр 10 с размером пор около 2 мкм (0,0661 дюймов). Полученные гранулы затем отжигают в инертной атмосфере при 1000C в течение 8 ч. После охлаждения до комнатной температуры катализатор готов к использованию в реакторе. Дифракционный рентгеновский анализ катализатора MR-34-18 показывает, что в его состав входят следующие оксиды металлов:CoMn2O4 = CoO + MnO2. Также идентифицированы другие фазы, такие как MnWO4 и, возможно, Na2WO4. Для получения катализаторов, состав которых (т.е. соотношение атомов) представлен в табл. 1, используют другие исходные материалы. К ним относятся гептамолибдат аммония [(NH4)6Mo7O244H2O], который также называется тетрагидратом молибдата аммония. Примеры 2-4. Переработка метана. Эксперимент проводят на протяжении 36 дней с целью оценки выхода оксигенатов и жидких углеводородов при использовании раскрытых систем и способов. Протокол эксперимента представлен в конце данного документа. Температура реактора 10 за время проведения эксперимента варьировалась от 150(в начале эксперимента) до 80C (в последний день эксперимента). Количество потребленной энергии при частоте вращения 7500 об/мин и при температуре реактора 10 около 80-100C составляет 0,15 кВтч. При запуске охлаждаемой ловушки 30 количество потребленной энергии составляет 0,17 кВтч. При достижении температуры 146C количество потребленной энергии снижается до 0,14 кВтч. При максимальной частоте сдвига в 104 Гц (13500 об/мин) в устройстве 40 высокой скорости сдвига количество потребленной энергии на холодном ПЭГ составляет 0,27 кВтч. При температуре от 80 до 100C количество потребленной энергии составляет 0,24-0,25 кВтч. На протяжении экспериментов из примеров 2-5 давление в газовой смеси составляет 345 кПа (50 фунт/кв.дюйм), а объемное соотношение метана к диоксиду углерода в указанной смеси составляет 2:1, если не оговорено что-либо иное. Наилучшая переработка легкого газа наблюдается при температуре реактора 10 от 85 до 90C. Пример 2. Реакция смеси метан-диоксид углерода (2:1) с карбонилом рутения при высокой скорости сдвига. Внутрь системы 100 помещают охлаждаемую ловушку, показанную на фиг. 1. Растворяют 5 г карбонила трирутения в 1/2 л ПЭГ при 125C. Указанную смесь карбонила рутения и ПЭГ добавляют к 1 л ПЭГ. Через 3 ч после начала эксперимента ПЭГ раствор карбонила рутения вводят в реактор 10 в течение 1 ч. Извлекают жидкий продукт МВМ-33-В из жидкости 24, сконденсированной в охлаждаемой ловушке, и анализируют его на содержание гликолей. Результаты представлены в табл. 2. Пример 3. Реакция смеси метан-диоксид углерода (2:1) с карбонилом рутения при высокой скорости сдвига. Отбирают образец МВМ 34-2 из газа 25 охлаждаемой ловушки, образец 34-1 из жидкого продукта 16 реактора 10 и образец 34-ПЭГ из первичного полиэтиленгликоля. Образцы анализируют на содержание углеводородов и гликолей, полученные результаты представлены в табл. 3. Отбирают образцы MBM-34D и MBM-34F из жидкости 24, сконденсированной в охлаждаемой ловушке. Результаты этого анализа представлены в табл. 4. Таблица 4 Пример 4. Реакция смеси метан-диоксид углерода (2:1) и метана, взятого в отдельности, в парафиновом масле с использованием в качестве катализатора палладия на диоксиде кремния. Отбирают из охлаждаемой ловушки 24 образцы МВМ-35 В Вода и 35-TagA Вода. Результаты этого анализа представлены в табл. 5.

МПК / Метки

МПК: B01J 21/06, C07C 31/04, C07C 29/151, B01J 35/02, B01F 7/26

Метки: продукта, получения, способ, газа, жидкого, переработки, легкого, система, варианты

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/30-21175-sposob-polucheniya-zhidkogo-produkta-iz-legkogo-gaza-varianty-i-sistema-pererabotki-legkogo-gaza.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ получения жидкого продукта из легкого газа (варианты) и система переработки легкого газа</a>

Похожие патенты