发明创造名称：列管式微通道烷基化反应器及其使用方法
外观设计名称：
决定号：200619
决定日：2020-01-13
委内编号：1F261877
优先权日：
申请（专利）号：201610452691.8
申请日：2016-06-22
复审请求人：辽宁石油化工大学 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：张磊
合议组组长：孙思
参审员：金婷
国际分类号：B01J19/24,B01J4/00,C10G50/00
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：在判断一项权利要求所要求保护的技术方案是否具备创造性时，应将其与最接近的现有技术比较以确定区别特征和实际解决的技术问题，然后考察现有技术整体上是否给出了将上述区别特征应用到该最接近的现有技术中以解决其存在的技术问题的启示，如果现有技术整体上并不存在该启示，且要求保护的技术方案能够获得有益的技术效果，则该技术方案具有创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201610452691.8，名称为“列管式微通道烷基化反应器及其使用方法”的发明专利申请（下称本申请）。本申请的申请人为辽宁石油化工大学、中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院；申请日为2016年6月22日，公开日为2016年9月21日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2018年6月13日作出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：权利要求1不具备专利法第22条第3款规定的创造性，驳回决定中所引用的对比文件为：
对比文件1：CN 203295447U，公告日：2013年11月20日；
驳回决定所依据的文本为：申请人于申请日2016年6月22日提交的说明书第0001-0052段、说明书附图图1-3、说明书摘要、摘要附图，2018年2月12日提交的权利要求第1-3项。驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种列管式微通道烷基化反应器的使用方法，其特征在于，以异丁烷和烯烃为原料，以液体酸为催化剂，采用列管式微通道烷基化反应器进行烷基化反应得到烷基化油；通过反应原料中添加冷却介质进行气化制冷，并辅之以冷却介质腔体中的冷却介质进行气化取热，使烷基化反应在低温下进行；所述烷基化反应过程中，列管式微通道烷基化反应器底部压力为0～0.03MPa；反应器压降为0.2～0.6 MPa；烷基化反应温度为-4 ℃；所述烷基化反应过程中，异丁烷和烯烃的摩尔比为8:1；酸烃体积比为1：1；反应物料在列管式微通道烷基化反应器内的平均停留时间为5min；丁烯转化率100mol%；酸耗30 kg酸/t烷基化油；马达法烷基化油辛烷值95.6；
所述列管式微通道烷基化反应器包括底部封头Ⅰ、管式微通道反应区Ⅱ及顶部封头Ⅲ；所述底部封头Ⅰ及顶部封头Ⅲ分别固定在管式微通道反应区Ⅱ的两端；在所述顶部封头Ⅲ上设有酸入口（4）及烃入口（6）；在所述顶部封头Ⅲ内腔设有烃分布器（7）及酸分布器（5）；所述酸入口（4）及烃入口（6）依次分别与酸分布器（5）及烃分布器（7）相通；所述管式微通道反应区Ⅱ的中部区域纵向并列设有微通道管束（1）；所述微通道管束（1）内设有微通道构件（2）；所述管式微通道反应区Ⅱ内，于微通道管束（1）外部设有冷却介质腔体；在所述冷却介质腔体外壁分别设有冷却介质入口（3）及冷却介质出口（8）；在所述底部封头Ⅰ上分别设有气相出口（9）、第一液相出口（11）、第二液相出口（13）及排放出口（14）；所述微通道管束（1）的微通道管直径为10～30 mm；所述微通道构件（2）由具有纤维致密孔隙状结构的材料组成；孔道直径为60～500μm；所述冷却介质入口（3）的端部伸入管式微通道反应区Ⅱ内，且距离管式微通道反应区Ⅱ的底部5～50 mm；所述冷却介质出口（8）的端部伸入管式微通道反应区Ⅱ内，且距离管式微通道反应区Ⅱ的顶部5～50 mm；所述管式微通道反应区Ⅱ的高度为100～2000mm；高径比为0.1～20；所述酸分布器（5）及烃分布器（7）喷淋点密度均为30～200点/m2，开孔直径均为3～20mm，穿孔速度均为0.3～3m/s；所述气相出口（9）的高度为0.5～1.0H；所述第一液相出口（11）的高度为0.25～0.75H；所述第二液相出口（13）的高度为0～0.5H；所述排放出口（14）位于底部封头Ⅰ的底端；其中，H为底部封头Ⅰ的高度。
2. 一种列管式微通道烷基化反应器的使用方法，其特征在于，以异丁烷和烯烃为原料，以液体酸为催化剂，采用列管式微通道烷基化反应器进行烷基化反应得到烷基化油；通过反应原料中添加冷却介质进行气化制冷，并辅之以冷却介质腔体中的冷却介质进行气化取热，使烷基化反应在低温下进行；所述烷基化反应过程中，列管式微通道烷基化反应器底部压力为0～0.03MPa；反应器压降为0.2～0.6 MPa；烷基化反应温度为-2℃ ；所述烷基化反应过程中，异丁烷和烯烃的摩尔比为8:1；酸烃体积比为1.5:1；反应物料在列管式微通道烷基化反应器内的平均停留时间为10min；丁烯转化率100mol%；酸耗31 kg酸/t烷基化油；马达法烷基化油辛烷值95.3；
所述列管式微通道烷基化反应器包括底部封头Ⅰ、管式微通道反应区Ⅱ及顶部封头Ⅲ；所述底部封头Ⅰ及顶部封头Ⅲ分别固定在管式微通道反应区Ⅱ的两端；在所述顶部封头Ⅲ上设有酸入口（4）及烃入口（6）；在所述顶部封头Ⅲ内腔设有烃分布器（7）及酸分布器（5）；所述酸入口（4）及烃入口（6）依次分别与酸分布器（5）及烃分布器（7）相通；所述管式微通道反应区Ⅱ的中部区域纵向并列设有微通道管束（1）；所述微通道管束（1）内设有微通道构件（2）；所述管式微通道反应区Ⅱ内，于微通道管束（1）外部设有冷却介质腔体；在所述冷却介质腔体外壁分别设有冷却介质入口（3）及冷却介质出口（8）；在所述底部封头Ⅰ上分别设有气相出口（9）、第一液相出口（11）、第二液相出口（13）及排放出口（14）；所述微通道管束（1）的微通道管直径为10～30 mm；所述微通道构件（2）由具有纤维致密孔隙状结构的材料组成；孔道直径为60～500μm；所述冷却介质入口（3）的端部伸入管式微通道反应区Ⅱ内，且距离管式微通道反应区Ⅱ的底部5～50 mm；所述冷却介质出口（8）的端部伸入管式微通道反应区Ⅱ内，且距离管式微通道反应区Ⅱ的顶部5～50 mm；所述管式微通道反应区Ⅱ的高度为100～2000mm；高径比为0.1～20；所述酸分布器（5）及烃分布器（7）喷淋点密度均为30～200点/m2，开孔直径均为3～20mm，穿孔速度均为0.3～3m/s；所述气相出口（9）的高度为0.5～1.0H；所述第一液相出口（11）的高度为0.25～0.75H；所述第二液相出口（13）的高度为0～0.5H；所述排放出口（14）位于底部封头Ⅰ的底端；其中，H为底部封头Ⅰ的高度。
3. 一种列管式微通道烷基化反应器的使用方法，其特征在于，以异丁烷和烯烃为原料，以液体酸为催化剂，采用列管式微通道烷基化反应器进行烷基化反应得到烷基化油；通过反应原料中添加冷却介质进行气化制冷，并辅之以冷却介质腔体中的冷却介质进行气化取热，使烷基化反应在低温下进行；所述烷基化反应过程中，列管式微通道烷基化反应器底部压力为0～0.03MPa；反应器压降为0.2～0.6 MPa；烷基化反应温度为0℃ ；所述烷基化反应过程中，异丁烷和烯烃的摩尔比为8:1；酸烃体积比为2:1；反应物料在列管式微通道烷基化反应器内的平均停留时间为15min；丁烯转化率100mol%；酸耗32 kg酸/t烷基化油；马达法烷基化油辛烷值95.1；
所述列管式微通道烷基化反应器包括底部封头Ⅰ、管式微通道反应区Ⅱ及顶部封头Ⅲ；所述底部封头Ⅰ及顶部封头Ⅲ分别固定在管式微通道反应区Ⅱ的两端；在所述顶部封头Ⅲ上设有酸入口（4）及烃入口（6）；在所述顶部封头Ⅲ内腔设有烃分布器（7）及酸分布器（5）；所述酸入口（4）及烃入口（6）依次分别与酸分布器（5）及烃分布器（7）相通；所述管式微通道反应区Ⅱ的中部区域纵向并列设有微通道管束（1）；所述微通道管束（1）内设有微通道构件（2）；所述管式微通道反应区Ⅱ内，于微通道管束（1）外部设有冷却介质腔体；在所述冷却介质腔体外壁分别设有冷却介质入口（3）及冷却介质出口（8）；在所述底部封头Ⅰ上分别设有气相出口（9）、第一液相出口（11）、第二液相出口（13）及排放出口（14）；所述微通道管束（1）的微通道管直径为10～30 mm；所述微通道构件（2）由具有纤维致密孔隙状结构的材料组成；孔道直径为60～500μm；所述冷却介质入口（3）的端部伸入管式微通道反应区Ⅱ内，且距离管式微通道反应区Ⅱ的底部5～50 mm；所述冷却介质出口（8）的端部伸入管式微通道反应区Ⅱ内，且距离管式微通道反应区Ⅱ的顶部5～50 mm；所述管式微通道反应区Ⅱ的高度为100～2000mm；高径比为0.1～20；所述酸分布器（5）及烃分布器（7）喷淋点密度均为30～200点/m2，开孔直径均为3～20mm，穿孔速度均为0.3～3m/s；所述气相出口（9）的高度为0.5～1.0H；所述第一液相出口（11）的高度为0.25～0.75H；所述第二液相出口（13）的高度为0～0.5H；所述排放出口（14）位于底部封头Ⅰ的底端；其中，H为底部封头Ⅰ的高度。”
驳回决定中指出：权利要求1请求保护一种列管式微通道烷基化反应器的使用方法。对比文件1公开了一种生成高辛烷值烷基化油的烷基化反应器，权利要求1与对比文件1的区别在于：（1）反应器顶部还包括与酸入口连接的酸分布器以及在所述底部封头Ⅰ上分别设有气相出口、第一液相出口、第二液相出口及具体结构的相应参数；（2）反应的原料的选择、反应条件以及原料中加入冷却介质。基于上述区别特征，权利要求1请求保护的技术方案实际解决的技术问题是：选择具体原料在基体结构的列管式反应器中进行烷基化反应。对于区别（1），对比文件1公开了一种烷基化列管反应器，且在顶部设置了进料分布器，尽管其没有在侧面设置第二个分布器，但是本领域技术人员熟知，基于不同反应的需要，可以在顶部侧壁设置第二个或第三个进料分布器，其属于本领域的常规技术手段；另外，基于不同的反应需要在反应器上设置气相出口、液相出口是本领域的常规技术手段，其并未产生预料不到的技术效果。对于区别（2），对比文件1公开了烷基化反应的原料为异烷烃和低碳烯烃，而选择异丁烷属于本领域的常规技术选择；同时对比文件1还公开了该反应器低温控制效果，使反应器维持在最佳反应温度范围，即对比文件1中的反应器仅仅通过控制冷却介质，即可控制烷基化反应温度，而不需要额外加入冷却介质，其相对于权利要求1已然在工艺上有所进步，退一步的讲，在实际烷基化反应过程中，如果冷却介质以反应器的结构达不到冷却要求，本领域技术人员同样容易想到在反应原料中通入冷却介质进行辅助制冷，其相对于对比文件1并未产生任何预料不到的技术效果。另外，权利要求中的反应工况、条件都属于常规范围之内，反应过程中反应器底部以及反应器的压降、温度、物质原料之间的配比以及在反应器中的停留时间都是基于实际反应需要反应而进行的常规选择。因此，权利要求1相对于对比文件1不具备创造性。此外，驳回决定的其他说明部分指出：基于相同的理由，权利要求2、3也不具备创造性。
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2018年9月28日向国家知识产权局提出了复审请求，未对申请文件作出修改。在意见陈述中复审请求人认为：本申请的烷基化反应在-3~3oC的低温下进行，可有效提高产品质量；本申请添加冷却介质进行气化制冷，并辅之以冷却介质腔体中的冷却介质取热，降低了能耗，保证了反应器内温度的均匀分布；本申请顶部封头内的分布器设置和进料物流数量与对比文件1不同；对比文件1中的液体酸和C4进料在进入反应器之前混合，会发生预反应，不能实现均匀混合；本申请在反应器底部设置多个气液排出口，液体出口有过滤、破沫和气液分离的功能构件，而对比文件1底部只有一个物料出口，不能实现分离；对比文件1未公开本申请的烷基化反应的具体参数和原料种类，如反应器压力、压降、反应温度和原料的添加比例等；对比文件1的列管式微通道烷基化反应器的具体结构和参数与本申请不同；本申请采用列管式烷基化反应器可实现高效传质传热，能耗低、酸耗低、烷基化油辛烷值高、低杂质的技术效果。
经形式审查合格，国家知识产权局依法受理了该复审请求，并于2018年10月12日发出复审请求受理通知书，同时将其转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门在前置审查意见书中认为：对比文件1的反应器仅通过冷却介质控制烷基化反应的温度，而不需要额外加入冷却介质，即使冷却介质达不到冷却要求，本领域技术人员容易想到在反应原料中通入冷却介质进行辅助制冷，其并未产生预料不到的技术效果；本领域技术人员在对比文件1公开了反应器顶部设置进料分布器和底部设置出料口的基础上，容易设置进料口的分布器数量和位置以及设置多个气相、液相出口；对比文件1公开了微通道中设置用于混合流体的内构件，其与权利要求1中的内构件作用相同，尽管其没有公开具体方式，但是在对比文件1公开了本申请发明构思的前提下，本领域技术人员同样可以基于实际工况需要，采用常规技术手段即可获知权利要求1中的设置手段及技术参数；本申请中具体反应参数是基于反应需要而采取的常规选择，本领域技术人员可以预期相应的技术效果。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以做出审查决定。
二、决定的理由
1、关于审查文本
复审请求人在复审阶段未对申请文件作出修改，本复审请求审查决定所依据的文本与驳回决定所依据的文本相同，即：复审请求人于申请日2016年6月22日提交的说明书第0001-0052段、说明书附图图1-3、说明书摘要、摘要附图，2018年2月12日提交的权利要求第1-3项。
2、关于专利法第22条第3款
专利法第22条第3款规定，创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步。
在判断一项权利要求所要求保护的技术方案是否具备创造性时，应将其与最接近的现有技术比较以确定区别特征和实际解决的技术问题，然后考察现有技术整体上是否给出了将上述区别特征应用到该最接近的现有技术中以解决其存在的技术问题的启示，如果现有技术整体上并不存在该启示，且要求保护的技术方案能够获得有益的技术效果，则该技术方案具有创造性。
具体到本案，权利要求1请求保护一种列管式微通道烷基化反应器的使用方法。对比文件1公开了一种生成高辛烷值烷基化油的烷基化反应器，并具体公开了（参见说明书第7-12段及附图1-2）：一种烷基化反应器，所述反应器罐体中间部分是列管式结构，由管程和壳程组成。管程为反应区域，壳程为换热区域，反应器罐体一端是预分布区域，反应器罐体另一端是反应物流出区域。罐体两端和中间部分由两个多孔挡板隔开，多孔挡板的孔与反应区域的管程一一对应，且大小相同。多孔挡板将罐体两端与中间部分的管程连通，与壳程隔开，从而将预分布区域、反应区域以及反应流出物区域三者依次连通，并将上述三个区域与换热区域隔开。反应区域的管程是内部带有静态混合元件的列管。常见的用于中等粘度流体、液-液混合的静态混合元件在这里都可以使用。静态混合元件充满管程的每一根列管，静态混合元件的长度与管程列管的长度一致。静态混合元件的长度由反应器的处理量、管程列管数量以及静态混合元件的类型等参数确定。壳程是反应器的换热区域，冷却介质从壳程的一端入口进入，从另一端出口排出。冷却介质的入口端和出口端分布在反应器的两侧。冷却介质入口端、出口端以及反应器轴心线在同一个平面上。壳程冷却介质与管程反应物流的流向为错流或者顺流。壳程和管程之间的物料不接触，不发生物质传递，仅发生热量传递与交换。反应器罐体的两端为半球体状，一端是预分布区域，另一端是反应流出物区域。在预分布区域，半球体内侧顶部有一个分布器，它将反应原料分布在预分布区域内。反应器罐体另一端的反应流出物区域是中空结构，反应流出物从反应区域流出，在反应流出物区域汇集，然后离开反应器。
权利要求1请求保护的技术方案与对比文件1的区别至少在于：反应器为微通道反应器，反应区中部区域纵向并列有微通道管束，微通道管束内有微通道构件，微通道管直径为10-30mm，微通道构件由具有纤维致密孔隙状结构的材料组成，孔道直径为60-500(m。
根据上述区别技术特征，可以确定权利要求1实际要解决的技术问题是如何精准控制反应温度和物料停留时间，提高反应物与催化剂的传质效率，降低反应温度，减少副反应和提高烷基化产品的质量和收率。
对于上述区别特征，合议组认为：对比文件1中公开的烷基化反应器是内部带有静态混合元件的列管，即反应器由管道组成，管道内设置有静态混合部件来实现液相的混合，其未公开本申请的微通道反应器，以及设置在其内的由纤维致密孔隙状材料组成的微通道构件；本申请限定的微通道反应器与常规的静态混合器相比，两者的反应器体积、具体结构、对物料的混合方式及混合效率等都存在较大差异，即对比文件1和现有技术没有给出使用本申请的微通道反应器替换对比文件1的静态混合器的明确指引。
同时，经合议组核实，目前没有证据表明采用具有限位致密孔隙状结构的微通道构件组成的微通道列管式烷基化反应器是所属技术领域的公知常识。
此外，根据本申请说明书公开的内容可知，本申请采用具有微通道管束的管式微通道反应器，其中微通道构件由具有纤维致密孔隙状结构的材料组成，实现了精准控制反应温度和物料停留时间，提高反应物与催化剂的传质效率，降低反应温度，提高烷基化产品的质量和收率，其产生了有益的技术效果。
因此，权利要求1相对于对比文件1是非显而易见的，权利要求1相对于对比文件1具有突出的实质性特点和显著的进步，具备专利法第22条第3款规定的创造性。
3、关于驳回决定及前置审查意见书中的意见
原审查部门在驳回决定和前置审查中均认为反应器为微通道反应器及其具体结构和参数都是本领域的常规选择，合议组认为，如上文中所述，首先，对比文件1中公开的是内部带有静态混合元件的列管式烷基化反应器，并不涉及微通道构件，虽然对比文件1中的静态混合元件与本申请的具有纤维致密孔隙状结构的内构件的微通道反应器的作用均是混合反应物料，但二者无论是在结构特征、混合方式及效率等方面均不同，对比文件1的其他部分和现有技术中没有给出使用具有上述结构的烷基化反应器的技术教导，也并没有相应的证据表明采用上述区别技术特征的手段的烷基化反应方法是本领域的公知常识，因此，关于反应器为微通道反应器及其具体结构和参数都是本领域常规选择的主张不成立。
基于上述事实和理由，合议组作出如下决定。
三、决定
撤销国家知识产权局于2018年6月13日对本申请作出的驳回决定。由国家知识产权局原审查部门在本复审请求审查决定所针对的审查文本的基础上对本申请继续进行审查。
如对本复审请求审查决定不服，根据专利法第41条第2款的规定，复审请求人可自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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