CN106659990B - 用于离子液体催化烷基化的喷嘴设计 - Google Patents

用于离子液体催化烷基化的喷嘴设计 Download PDF

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Abstract

用于离子液体催化烃转化的系统包括反应容器、与所述反应容器流体连通的混合装置以及与所述反应容器和混合装置流体连通的至少一个循环回路。混合装置可包括上部文丘里管、至少一个进料注入部件和下部文丘里管。所述系统可用于离子液体催化烷基化的反应。还公开了离子液体催化烃转化的方法。

Description

用于离子液体催化烷基化的喷嘴设计
技术领域
本发明涉及用于离子液体催化烷基化的装置、系统和方法。
背景
对有效混合两种或多种不混溶液体的供装置和系统有需求，所述不混溶液体比如用于离子液体催化烃转化方法的离子液体催化剂和烃进料，离子液体催化烃转化方法包括离子液体催化烷基化方法。
概述
在一个实施方案中，提供了用于离子液体催化烃转化的系统，所述系统包括具有顶部的反应容器和设置在反应容器顶部的混合装置。所述混合装置包括上部文丘里管(upper venturi)，在所述上部文丘里管的远端(the upper venturi distal end)具有轴向出口，所述上部文丘里管远端设置在反应容器内。混合装置还包括设置在反应容器内的至少一个进料注入阵列(feed injection array)，其中每个进料注入阵列包括多个进料注入喷嘴(feed injection nozzles)。每个进料注入阵列与所述上部文丘里管同轴。混合装置还进一步包括下部文丘里管(the lower venturi)，在所述下部文丘里管的近端(thelower venturi proximal end)具有轴向入口，其中所述下部文丘里管近端设置在反应容器内，并且所述下部文丘里管与所述上部文丘里管同轴。混合装置配置成用于将第一液体的中心射流从所述上部文丘里管出口向下喷射到所述下部文丘里管中，并且每个进料注入阵列配置成用于将第二液体的多个侧向射流向所述上部文丘里管的轴线喷射。
在另一个实施方案中，提供了用于离子液体催化烃转化的系统，所述系统包括具有顶部的反应容器、设置在所述反应容器顶部的混合装置和与所述反应容器流体连通的循环回路。混合装置包括上部文丘里管，在所述上部文丘里管的远端具有轴向出口。所述上部文丘里管的远端设置在反应容器内。混合装置配置成用于将第一液体的中心射流从所述上部文丘里管出口向下喷射。混合装置还包括设置在所述反应容器内的至少一个进料注入阵列。每个进料注入阵列包括多个进料注入喷嘴。每个进料注入阵列配置成用于将第二液体的多个侧向射流向所述上部文丘里管的轴线喷射。混合装置还进一步包括下部文丘里管，在所述下部文丘里管的近端具有轴向入口，所述下部文丘里管与所述上部文丘里管同轴。所述下部文丘里管入口与所述上部文丘里管出口径向向外隔开，以在所述下部文丘里管和所述上部文丘里管之间提供文丘里管间通道。所述循环回路包括与所述反应容器流体连通的换热器，其中所述换热器配置成用于冷却所述反应容器的反应流出物。所述循环回路与所述混合装置流体连通，用于将冷却的反应器流出物输送到所述混合装置，其中第一液体包括所述冷却的反应器流出物。
在另一个实施方案中，提供了用于离子液体催化烃转化的系统，所述系统包括具有顶部和容器出口的反应容器；与所述所述反应容器流体连通的混合装置，其中所述混合装置设置在所述反应容器的顶部；和与所述容器出口流体连通的循环回路。该系统配置成通过所述容器出口从所述反应容器中抽出反应器流出物进入到循环回路中。所述循环回路包括配置成用于冷却所抽出的反应器流出物的换热器。所述循环回路被配置用于将至少一部分抽出的反应器流出物再循环到混合装置以向所述反应容器提供外部再循环流，其中外部再循环流包括抽出的反应器流出物。混合装置包括上部文丘里管，在所述上部文丘里管的近端处具有轴向上部文丘里管入口和在上部文丘里管的远端处具有轴向上部文丘里管出口。所述上部文丘里管与所述循环回路流体连通，用于在所述上部文丘里管入口处接收所述外部再循环流。所述上部文丘里管配置成用于从上部文丘里管出口轴向向下地喷射所述外部再循环流的中心射流，其中所述上部文丘里管出口设置在所述反应容器内。所述混合装置还包括至少一个进料注入阵列。每个进料注入阵列包括多个进料注入喷嘴，其中每个进料注入喷嘴的轴线与所述上部文丘里管的轴线相交。每个进料注入阵列配置成用于同时向外部再循环流的中心射流喷射多个烃进料的侧向射流。所述混合装置还进一步包括与所述进料注入阵列和所述上部文丘里管同轴设置的下部文丘里管，所述下部文丘里管在其近端具有轴向下部文丘里管入口。所述下部文丘里管入口与上部文丘里管出口径向向外隔开，以在所述上部文丘里管远端和所述下部文丘里管近端之间提供文丘里管间通道。
在又一个进一步实施方案中，提供了用于离子液体催化烃转化的系统，其包括具有顶部的反应器容器和设置在所述反应器容器顶部的混合装置。混合装置包括上部文丘里管，在所述上部文丘里管的远端具有轴向出口，所述上部文丘里管的远端设置在反应器容器内；设置在所述反应器容器内的进料注入环，所述进料注入环具有至少一个进料注入端口；和下部文丘里管，在所述下部文丘里管的近端具有轴向入口，所述下部文丘里管近端设置在所述反应器容器内。所述下部文丘里管与所述上部文丘里管同轴。混合装置配置成用于将第一液体的中心射流从所述上部文丘里管出口向下喷射到所述下部文丘里管中。进料注入环配置成用于将第二液体从每个进料注入端口向所述上部文丘里管的轴线喷射。
在另一个进一步实施方案中，提供了用于离子液体催化烃转化的方法，所述方法包括从反应器容器中抽出反应器流出物，所述反应器流出物包含来自烃进料的未反应的烃；向所述反应器流出物中加入离子液体催化剂以提供外部再循环流；将所述外部再循环流引入混合装置，所述混合装置与所述反应器容器流体连通，其中所述混合装置包括上部文丘里管和下部文丘里管，在所述上部文丘里管的远端具有轴向出口，在所述下部文丘里管的近端具有轴向入口；将所述外部再循环流的中心射流从所述所述上部文丘里管出口向下喷射到所述所述下部文丘里管中；并且在中心射流的喷射地同时，向中心射流喷射烃进料，使得烃进料与中心射流碰撞，其中所述上部文丘里管的远端和所述下部文丘里管的近端设置在所述反应器容器内，所述下部文丘里管与所述上部文丘里管同轴。
用于离子液体催化的烃转化的系统和方法的进一步实施方案在下文中描述并显示在附图中。如本文所使用的，术语“包括(comprising)”和“包括(comprises)”意指包括在这些术语之后定义的已命名的元件或步骤，但不一定排除其他未命名的元件或步骤。
附图简要说明
图1A-1D各自示意性地表示根据本发明实施方案的用于离子液体催化烃转化的系统；
图2示意性地表示根据本发明实施方案从侧面看的用于离子液体催化烃转化系统的具有进料注入阵列的混合装置；
图3A用透视图示意性地表示根据本发明的实施方案的用于混合装置的上部文丘里管；
图3B用剖视图示意性地表示根据本发明的实施方案的混合装置；
图3C用剖视图示意性地表示根据本发明的另一实施方案的上部文丘里管；
图4A用透视图示意性地表示根据本发明的实施方案用于混合装置的下部文丘里管；
图4B用剖视图示意性地表示根据本发明的实施方案用于混合装置的下部文丘里管与上部文丘里管出口关系；
图4C用剖视图示意性地表示根据本发明的另一个实施方案的下部文丘里管；
图5A表示根据本发明的实施方案，上部文丘里管的轴线与进料喷射阵列的多个进料注入喷嘴中每一个的轴线的交叉，图5B表示沿着图5A的线5B-5B所看到的，上部文丘里管的轴线与每个进料注入喷嘴的轴线的交叉；
图6A表示根据本发明的实施方案，用剖视图表示文丘里管间通道与混合装置中上部文丘里管和下部文丘里管的关系，图6B表示沿着图6A的线6B-6B所看到的，文丘里管间通道与上部文丘里管出口和下部文丘里管入口的关系；
图7A用剖视图示意性地表示根据本发明的实施方案的混合装置，图7B表示沿着图7A的线7B-7B所看到的混合装置的进料注入阵列；
图8A用剖视图示意性地表示根据本发明的实施方案的混合装置的一部分，图8B表示沿着图8A的线8B-8B所看到的混合装置的进料注入阵列；
图9A示意性地表示根据本发明的实施方案的混合装置的一部分，图9B表示沿着图9A的线9B-9B所看到的混合装置的进料注入阵列；
图10用剖视图示意性地表示根据本发明的实施方案的用于混合装置的下部文丘里管具有进料注入阵列，所述进料注入阵列具有与下部文丘里管的收缩点相同高度或大致相同高度；
图11A用透视图表示进料注入喷嘴的终端部分，图11B示出了沿着图11A的线11B-11B所看到的进料注入喷嘴的喷嘴出口，根据本发明的实施方案；
图12A示意性地表示从侧面看根据本发明的实施方案的用于离子液体催化烃转化系统的具有进料注入环的混合装置；
图12B示意性地表示具有进料注入环的混合装置的一部分，图12C表示沿图12B的线12C-12C所看到的进料注入环，图12D-12G各自显示沿着图12C的线12D-G-12D-G的截面所看到的进料注入环，根据本发明的各个实施方案；以及
图13示意性地表示根据本发明的另一个实施方案的用于离子液体催化烃转化的系统和方法。
发明详述
离子液体催化剂可用于一系列烃转化反应，包括用于制备烷基化物的烷基化反应，例如包含汽油调和组分等。根据本发明的用于离子液体催化烃转化的系统可包括反应容器，每个反应容器至少一个混合装置和每个反应容器至少一个循环回路。每个循环回路可以与所述反应容器和所述至少一个混合装置流体连通。每个混合装置可包括上部文丘里管、至少一个进料注入部件和下部文丘里管。在一个实施方案中，至少一个进料注入部件可包括包含多个进料注入喷嘴的进料注入阵列。在另一个实施方案中，至少一个进料注入部件可包括进料注入环。
本文公开的混合装置提供了离子液体催化剂和烃反应物的快速和彻底混合，以便在离子液体/烃混合物中产生离子液体催化剂相的大的表面积，从而能够在工业规模上进行高效的离子液体催化烃转化过程。
用于离子液体催化烷基化的系统
尽管本文主要参照离子液体催化的烷基化反应描述了系统，但是这样的系统也可以适用于其它离子液体催化烃转化的其它更普通的反应以及方法。
在一个实施方案中，用于离子液体催化烃转化的系统可包括反应容器和设置在所述反应容器的顶部的混合装置。反应容器的顶部(the top of the reactor vessel)在本文中也可以称为反应容器顶部(the reactor vessel top)。混合装置可垂直地设置在反应容器顶部，并且混合装置可以从反应容器顶部向远侧延伸到反应容器中。混合装置还可以向近侧延伸至反应容器顶部上方。
在一个实施方案中，每个混合装置可能包括上部文丘里管、多个进料注入喷嘴和下部文丘里管。在一个实施方案中，下部文丘里管可以设置在下方，即，通常比上部文丘里管更低的高度。在一个实施方案中，上部文丘里管的近端可以设置在反应容器顶部上方，使得上部文丘里管的近端位于反应容器外部，而上部文丘里管的远端和整个下部文丘里管可以设置在反应容器顶部下方和反应容器内。
上部文丘里管在其近端可以具有轴向入口并在其远端可以具有轴向出口。上部文丘里管的出口(the outlet of the upper venturi)在本文中可以称为上部文丘里管出口(the upper venturi outlet)。上部文丘里管远端可设置在反应容器内。在一个实施方案中，上部文丘里管可以具有收缩点，所述收缩点在上部文丘里管出口上方和上部文丘里管入口下方的高度处。混合装置可配置成用于将第一液体的中心射流从上部文丘里管出口向下喷射到下部文丘里管中。在一个实施方案中，中心射流可以从上部文丘里管出口以高速向下喷射到下部文丘里管中，以由于文丘里效应在下部文丘里管中形成局部压力较低区域。该压力较低区域可以将来自进料注入喷嘴附近的液体吸入下部文丘里管中，使得下部文丘里管中的液体流之间的快速混合和传质。第一液体的中心射流可以与上部文丘里管同轴。
在一个实施方案中，混合装置可能配置成用于在延长的时间段内(例如，在用于维修或维护反应器或系统的停车操作之间)连续或不间断地喷射来自上部文丘里管的中心射流。在一个实施方案中，第一液体(例如中心射流)可包括反应容器的外部再循环流。在一个实施方案中，外部再循环流可包含来自反应容器的反应器流出物与新鲜离子液体催化剂的组合，其中反应器流出物可包含来自烃进料的未反应的烃。在一个实施方案中，中心射流可能基本上或完全由液体组成，例如，第一液体可以至少基本上不含气体和气相材料。
混合装置的多个进料注入喷嘴可被配置或组装成至少一个进料注入阵列，使得每个进料注入阵列包括多个进料注入喷嘴。每个进料注入阵列可以设置在反应容器内。每个进料注入阵列可配置成用于将第二液体的多个侧向射流向上部文丘里管的轴线喷射。在一个实施方案中，每个进料喷射喷嘴可以被配置为朝中心射流喷射侧向射流中的一个。在一个实施方案中，每个进料喷射喷嘴可以被配置为以高速度喷射侧向射流中的一个，使得每个侧向射流以足够的动量冲击中心射流，以在用于将第一和第二液流最优混合的混合装置内产生高度湍流。在一个实施方案中，每个混合装置可配置成用于在延长的时间段内(例如，在用于维修或维护反应器或系统的停车操作之间)连续或不间断地喷射测向射流。在一个实施方案中，第二液体可能包含烃进料，并且该系统可被配置用于离子液体催化烷基化。
在一个实施方案中，混合装置可以被配置使得多个进料注入喷嘴中每一个的轴线与上部文丘里管的轴线成0°至90°范围内的角度。在一个子实施方案中，多个进料注入喷嘴中每一个的轴线与上部文丘里管的轴线以角度θ(参见例如图5A)相交，其中θ大于(>)0°且不大于(≤)90°。在另一个子实施方案中，多个进料注入喷嘴中每一个的轴线与上部文丘里管的轴线以20°至90°、或25°至90°、或30°至90°相交。
在进一步子实施方案中，多个进料注入喷嘴中每一个的轴线与上部文丘里管的轴线以80°至90°的范围或85°至90°的范围，或基本上直角相交。在一个实施方案中，多个进料注入喷嘴中每一个的轴线与上部文丘里管的轴线可以在上部文丘里管出口下方(远端)的高度处相交。在一个实施方案中，给定进料注入阵列的多个进料注入喷嘴中每一个的轴线与上部文丘里管的轴线在共同交叉点处相交。
下部文丘里管可以在下部文丘里管的近端具有轴向入口，其中下部文丘里管的近端设置在反应器容器内。下部文丘里管的入口(the inlet of the lower venturi)在本文中可以称为下部文丘里管入口(the lower venturi inlet)。下部文丘里管可向多个进料注入喷嘴远侧延伸。在一个实施方案中，每个进料注入阵列和下部文丘里管可以与上部丘里管同轴设置。
在一个实施方案中，给定进料注入阵列的多个进料注入喷嘴可以对称地布置在其中。在一个实施方案中，进料注入喷嘴可以对称地布置在每个进料注入阵列中，并且进料注入喷嘴可以在进料注入阵列中均匀间隔或不均匀间隔。在一个实施方案中，来自上部文丘里管出口的中心射流的第一液体线性速度与来自进料注入喷嘴的侧向射流的第二液体线性速度的比率可以在0.1-10、0.2-5、或0.8-1.2的范围内。在一个子实施方案中，系统可以被配置成使得来自上部文丘里管出口的中心射流的第一液体线速度至少基本上等于来自进料注入喷嘴的每个侧向射流的第二液体线速度。
在一个实施方案中，每个进料注入阵列可以包括六(6)至50个进料注入喷嘴、或者包括八(8)至40个进料注入喷嘴或10至30个进料注入喷嘴。在一个实施方案中，给定进料注入阵列的多个进料注入喷嘴可以环状布置，例如，以每个进料注入阵列的进料注入喷嘴以环的形式布置。在一个实施方案中，每个侧向射流可以与其相应的进料注入喷嘴的轴线同轴。在一个实施方案中，每个侧向射流的轴线与中心射流的轴线可以在上部文丘里管出口下方的高度处相交。在一个实施方案中，给定进料注入阵列的所有侧向射流的轴线与中心射流的轴线可以在共同交叉点处相交。
在一个实施方案中，进料注入阵列可与下部文丘里管入口设置在相同的高度或大约相同的高度。在一个子实施方案中，上部文丘里管出口可与下部文丘里管入口处于相同的高度或大致相同的高度。设置在上部文丘里管出口或下部文丘里管入口处或附近的进料注入阵列可以允许下部文丘里管内的第一液体和第二液体之间的快速或即时混合。术语“高度”是指元件、结构、特征或部件被设置的高度，例如相对于另一元件、结构、特征或部件的高度。
在另一个实施方案中，下部文丘里管具有收缩点，并且进料注入阵列可与下部文丘里管收缩点设置在相同的高度或大约相同的高度。下部文丘里管收缩点可以在下部文丘里管入口下方和下部文丘里管出口上方的高度处。在一个子实施方案中，进料注入阵列的进料注入喷嘴可以设置在下部文丘里管内。
在一个实施方案中，给定混合装置的至少一个进料注入阵列可包括单个进料注入阵列，其中单个进料注入阵列可设置在混合装置的第一高度或混合装置的第二高度处。第一高度可与下部文丘里管入口处于相同的高度或大约相同的高度，第二高度可与下部文丘里管收缩点处于相同的高度或大约相同的高度。
在另一个实施方案中，给定混合装置的至少一个进料注入阵列可包括设置在混合装置的第一高度处的第一进料注入阵列和设置在混合装置的第二高度处的第二进料注入阵列，其中第一高度可与下部文丘里管入口处于相同的高度或大约相同的高度，第二高度可与下部文丘里管收缩点处于相同的高度或大约相同的高度。在第一高度和第二高度两处或两处附近的液体物流可以是高度湍流。
在描述进料注入阵列相对于下部文丘里管的高度的上下文中，表述“相同高度或大约相同高度”是指进料注入阵列可设置的高度在如本文所定义的下部文丘里管给定参考点的上方或下方的最大距离的范围内。对于设置在与下部文丘里管入口处于相同高度或大致相同高度的第一高度处的进料注入阵列，下部文丘里管的近端可用作参考点，并且进料注入阵列可设置的高度在距下部文丘里管的近端的上方或下方的距离不大于(≤)0.5EA1的范围内，其中距离EA1等于上部文丘里管出口的直径DUO的20％(EA1＝0.2DUO)。(参见例如图4B)。对于设置在与下部文丘里管收缩点处于相同高度或大约相同高度的第二高度处的进料注入阵列，下部文丘里管收缩点可以用作参考点，进料注入阵列可设置的高度在距下部文丘里管收缩点上方或下方的距离不大于(≤)0.5EA2的范围，其中距离EA2等于下部文丘里管收缩点的内径DLC的20％(EA2＝0.2DLC)。(参见例如图4B)。本领域普通技术人员将认识到，距离EA1和EA2在这里仅用于相对测量，因此具有任意单位。进料注入阵列相对于下部文丘里管的其它高度也是可能的。在一个实施方案中，进料注入阵列高度的选择可使：1)增加或最大化抽入到混合装置的内部再循环流的体积，通过由于文丘里效应在下部文丘里管中行成低压区域，和/或2)增加或最大化下部文丘里管内的液体流的湍流和混合强度。
在一个实施方案中，混合装置的每个进料注入喷嘴可以向上部文丘里管轴线喷射侧向射流中的一个。在一个实施方案中，每个进料注入喷嘴可终止于喷嘴出口(参见例如图11A-11B)。在其中进料注入阵列可与下部文丘里管近端设置在相同的高度或大约相同的高度的实施方案中，每个进料注入喷嘴可与上部文丘里出口周边终止于相同或大约相同的径向位置。在描述每个喷嘴远端相对于上部文丘里管出口的周边的径向位置的上下文中，表述“相同的径向位置或大约相同的径向位置”是指从上部文丘里管出口的周边径向向内或径向向外，每个进料注入喷嘴的远端可以设置在径向距离不大于(≤)0.2DUO处，其中DUO是上部文丘里管出口的直径。进料注入喷嘴相对于上部文丘里管出口周边的其它径向位置也是可能的。在一个实施方案中，可以选择进料注入喷嘴的径向位置以减小或最小化来自进料注入喷嘴的液体流和来自上部文丘里管出口的物流之间的混合时间。
在其中进料注射阵列可与下部文丘里管收缩点设置在相同的高度或大约相同的高度的实施方案中，每个进料注射喷嘴的终端可以设置在距下部文丘里管轴线AL径向向外的从0.2DLC到0.5DLC的范围内、或在距下部文丘里管轴线AL径向向外的从0.4DLC到0.5DLC的范围内；其中DLC是下部文丘里管收缩点的内径。
在一个实施方案中，下部文丘里管可以在下部文丘里管的近端处具有轴向入口，使得下部文丘里管入口与下部文丘里管近端处于相同的高度。在本文中，术语“轴向入口”是指下部文丘里管入口与下部文丘里管的轴线重合或占据相同的空间。类似地，在一个实施方案中，上部文丘里管可以在上部文丘里管的远端处具有轴向出口，使得上部文丘里管出口与上部文丘里管的远端处于相同的高度。在本文中，术语“轴向出口”意味着上部文丘里管出口与上部文丘里管的轴线重合或占据相同的空间。
在一个实施方案中，下部文丘里管的近端可与上部文丘里管的远端设置在相同的高度或大约相同的高度。在描述下部文丘里管的近端相对于上部文丘里管的远端的高度的上下文中，表述“相同高度或大约相同高度”是指下部文丘里管的近端可设置在距上部文丘里管的远端之上或之下不大于(≤)0.5EL高度的范围内，其中距离EL等于下部文丘里管入口的直径DLI的20％(EL＝0.2DLI)(参见例如图3B)。本领域普通技术人员将认识到，距离EL在这里仅用于相对测量，并且因此具有任意单位。下部文丘里管的近端相对于上部文丘里管的远端的其它高度也是可能的。
在一个实施方案中，下部文丘里管的近端可以与上部文丘里管的远端径向向外间隔开，以提供文丘里管间通道；或者换句话说：下部文丘里管入口可以与上部文丘里管出口径向向外间隔开以提供文丘里管间通道。在一个实施方案中，文丘里管间通道可被配置成允许液体被抽吸，例如通过文丘里效应，通过其进入下部文丘里管。在一个实施方案中，上部文丘里管出口和下部文丘里管入口中的每一个可以是圆形的，并且文丘里管间通道可以包括环形或基本上环状的通道。
在一个实施方案中，系统还可以包括与所述反应容器和所述混合装置流体连通的循环回路。所述循环回路可具有连接到反应容器的容器出口的第一回路终端，用于将反应器流出物从反应容器中抽出到循环回路中。循环回路还可以具有连接到混合装置的第二回路终端，用于将第一液体通过混合装置引入反应容器中。在一个实施方案中，循环回路可以包括回路出口、离子液体催化剂入口、循环泵、换热器和至少一个循环回路管道(参见例如图1D)。
在一个实施方案中，环路出口可以被配置用于从循环回路中移除一部分抽出的反应器流出物。在一个实施方案中，离子液体催化剂入口可以配置用于在循环回路中将新鲜离子液体催化剂加入到抽出的反应器流出物中，以提供第一液体，即第一液体可以包括抽出的反应器流出物与新鲜离子液体催化剂的组合。在一个实施方案中，第一液体可以通过循环回路和混合装置输送到反应容器的顶部，以提供外部再循环流。
在一个实施方案中，换热器可以被配置用于在循环回路内冷却第一液体。在一个实施方案中，至少一个循环回路管道可以连接到容器出口、循环泵、换热器和混合装置中的每一个并与其流体连通。在一个实施方案中，循环泵可配置成用于将第一液体泵送通过循环回路，例如，到换热器和混合装置。
在一个实施方案中，系统中每个反应容器可以包括多个循环回路，其中每个循环回路可以与反应容器和至少一个混合装置流体连通。在一个实施方案中，系统还可包括与换热器和混合装置流体连通的静态混合器。在一个实施方案中，静态混合器可以设置在换热器的下游和混合装置的上游。
在用于离子液体催化烃转化系统的另一个实施方案中，系统可以包括具有顶部的反应容器、至少一个混合装置和至少一个循环回路。每个混合装置可以设置在反应容器的顶部。每个循环回路可以与反应容器流体连通。每个混合装置可以包括上部文丘里管、至少一个进料注入阵列和下部文丘里管。上部文丘里管在上部文丘里管的远端具有轴向出口，上部文丘里管可垂直的设置在反应容器的顶部，使得上部文丘里管的出口在反应容器内。
该系统可配置成用于将第一液体的中心射流从上部文丘里管出口向下投射。下部文丘里管可以在下部文丘里管的近端处具有轴向入口，并且第一液体的中心射流可以沿轴向从上部文丘里管出口向下投射到下部文丘里管入口中。每个进料注入阵列可以包括多个进料注入喷嘴。每个进料注入阵列可以设置在反应器容器内。每个进料注入阵列可以配置成用于将第二液体的多个侧向射流向上部文丘里管轴线喷射，其中第一液体的中心射流可以与上部文丘里管同轴。
下部文丘里管可以与上部文丘里管同轴地设置。下部文丘里管入口可以与上部文丘里管出口径向向外间隔开，以在下部文丘里管和上部文丘里管之间提供或限定文丘里管间通道。在一个实施方案中，下部文丘里管的近端可与上部文丘里管的远端设置在相同的高度或大约相同的高度。在另一实施方案中，下部文丘里管的近端可设置在上部文丘里管的远端下方的高度处。在进一步的实施方案中，下部文丘里管的近端可以设置在上部文丘里管的远端上方的高度处，并且在一个子实施方案中，下部文丘里管的近端可以设置在上部文丘里管收缩点和上部文丘里管的远端之间的高度处。
每个循环回路可包括与反应器容器流体连通的换热器，用于冷却来自反应器容器的反应器流出物以提供冷却的反应器流出物。循环回路可以与混合装置流体连通，用于将冷却的反应器流出物输送到混合装置。在一个实施方案中，从上部文丘里管出口喷射的第一液体(例如中心射流)可包括冷却的反应器流出物与新鲜离子液体催化剂的组合。第一液体的中心射流可以通过混合装置喷射到反应器容器中。
根据用于离子液体催化烃转化的系统的另一个实施方案，该系统可以包括具有顶部和容器出口的反应容器、与反应容器流体连通的至少一个混合装置以及与反应容器出口和混合装置流体连通的循环回路。每个混合装置可以设置在反应容器的顶部。
循环回路可以与容器出口流体连通。该系统可以配置成用于将反应器流出物通过容器出口从反应容器抽出到循环回路中。循环回路可以包括配置成用于冷却所抽出的反应器流出物的换热器。循环回路可配置成用于将至少一部分抽出的反应器流出物再循环到混合装置以向反应容器提供外部再循环流，其中外部再循环流可包括抽出的反应器流出物。反应容器也可以具有内部再循环流。
表述“内部再循环流”在本文中可以用于指在反应容器内的流过混合装置并围绕混合装置的液体流。在一个实施方案中，内部再循环流可以向下流过文丘里管间通道进入下部文丘里管，向下流过下部文丘里管的内部，并从下部文丘里管出口流出。内部再循环流的流量可以定量表示为每单位时间流过文丘里管间通道的液体的体积。外部再循环流的流量可以定量表示为每单位时间从上部文丘里管出口流出的液体的体积。内部再循环流的流量与外部再循环流的流量的比通常可在0.1至10、或0.2至5、或0.25至4的范围内。
在一个实施方案中，除了混合装置和任何反应器监测仪器等之外，反应容器可以完全充满液体(例如，包含离子液体催化剂、反应物和烷基化物产物)。反应容器的内部再循环流可以用于，尤其是，稀释混合装置中的烃进料和降低局部烯烃浓度，以便提供优良的产物，例如烷基化物。在一个实施方案中，反应容器内的内部再循环流的流动可以仅由包括外部再循环流的液体流驱动通过混合装置。
每个混合装置可以包括具有轴向上部文丘里管入口和轴向上部文丘里管出口的上部文丘里管、至少一个进料注入阵列以及与每个进料注入阵列和上部文丘里管同轴设置的下部文丘里管。上部文丘里管可以与循环回路流体连通，用于接收外部再循环流，例如在上部文丘里管入口处。上部文丘里管可配置成用于从上部文丘里管出口轴向向下喷射外部再循环流(第一液体)的中心射流，其中上部文丘里管出口设置在反应容器内。
每个进料注入阵列可以包括多个进料注入喷嘴。在一个实施方案中，每个进料注入喷嘴的轴线与上部文丘里管的轴线相交(参见例如图5A)。每个进料注入阵列可以被配置为用于向外部再循环流的中心射流同时喷射多个侧向的烃进料(第二液体)射流。也就是说，系统可以被配置为从进料注入阵列喷射多个侧向射流的同时，喷射来自上部文丘里管出口的中心射流。在一个实施方案中，系统可以被配置成使得烃进料的侧向射流与外部再循环流的中心射流碰撞。换句话说，该系统可以被配置成使得中心射流与每个侧向射流碰撞。该系统可以进一步配置为用于喷射中心射流和多个侧向射流两者，以延长时间，例如，在系统运行的整个时间期间连续地喷射。
下部文丘里管可以包括具有轴向下部文丘里管入口的下部文丘里管近端。在一个实施方案中，下部文丘里管入口可与上部文丘里管出口设置在相同的高度或大约相同的高度。在一个实施方案中，下部文丘里管入口可与上部文丘里管出口径向向外间隔开，以在上部文丘里管的远端和下部文丘里管的近端之间提供或限定文丘里管间通道。在一个实施方案中，下部文丘里管入口和上部文丘里管出口中的每一个可以是至少基本圆形的，并且文丘里管间通道可以是至少基本上环状的。在一个实施方案中，文丘里管间通道可配置成用于循环通过反应容器的内部再循环流(参见例如图6A-6B)。
根据用于离子液体催化烃转化的系统的另一个实施方案，该系统可以包括反应容器和混合装置。混合装置可以例如垂直地设置在反应容器顶部，混合装置可以从反应容器顶部向远侧延伸到反应容器中，并且混合装置也可以向近侧延伸至高于反应容器顶部。
在一个实施方案中，每个混合装置可以包括上部文丘里管、进料注入环和下部文丘里管。在一个实施方案中，下部文丘里管可以设置在下方，即，通常在比上部文丘里管低的高度处。在一个实施方案中，上部文丘里管的远端、进料注入环和整个下部文丘里管可设置在反应容器顶部下方和反应容器内。
上部文丘里管可以具有在上部文丘里管的近端处的轴向入口和在上部文丘里管远的端处的轴向出口。上部文丘里管的远端可设置在反应容器内。上部文丘里管、下部文丘里管和反应容器可一般地并列和配置，如上文参照用于离子液体催化烃转化的系统的其它实施方案和/或如下文参照图12A所述的那样。混合装置可配置成用于将来自上部文丘里管出口的第一液体的中心射流向下喷射到下部文丘里管中。第一液体的中心射流可以与上部文丘里管同轴。
在一个实施方案中，基本上如上文参考其他实施方案所描述的，混合装置可以被配置成用于在连续或不间断的基础上喷射来自上部文丘里管的中心射流。第一液体(例如中心射流)可以包括反应容器的外部再循环流。在一个实施方案中，外部再循环流可包括抽出的反应器流出物与新鲜离子液体催化剂的组合。
下部文丘里管可以在下部文丘里管的近端处具有轴向入口，其中下部文丘里管的近端设置在反应容器内。下部文丘里管的入口在本文中可以称为下部文丘里管入口。下部文丘里管可以与上部文丘里管同轴地设置。在一个实施方案中，进料注入环可以与上部文丘里管同轴地设置，并且与下部文丘里管入口处于相同的高度或大致相同的高度，例如在上部文丘里管出口处或附近。在描述进料注入环相对于下部文丘里管高度的上下文中，表述“相同高度或大约相同高度”具有如本文关于进料注入阵列相对于下部文丘里管高度的相同定义(参见例如图12A和图4B)。
进料注入环可以具有至少一个进料注入端口。进料注入环可配置成用于将第二液体从每个进料注入端口向上部文丘里管的轴线喷射。在一个实施方案中，第二液体可以从每个进料注入端口作为第二液体的射流喷射。在一个实施方案中，系统可以被配置为使第二液体的至少一个射流与来自上部文丘里管出口的第一液体的中心射流碰撞。每个混合装置可以被配置用于在连续或不间断的基础上喷射第二液体，基本上如上文关于用于离子液体催化烃转化的系统的其它实施方案所述。在一个实施方案中，第二液体可包含烃进料，并且该系统可以配置用于离子液体催化的烷基化。
在一个实施方案中，进料注入环可具有单个进料注入端口。在一个子实施方案中，进料注入环的单个进料注入端口可以是在进料注入环的内侧部分中成环形狭缝的形式(参见例如图12C-12D)。在另一个实施方案中，进料注入环可以具有两(2)至50个进料注入端口，或者四(4)至40个进料注入端口，或者六(6)至30个进料注入端口。
在一个实施方案中，多个进料注入端口可以对称地布置在进料注入环的内侧部分。在一个实施方式中，进料注入端口可以在进料注入环上均匀间隔或不均匀间隔。进料注入端口可以具有各种形状或配置，包括基本上圆形、椭圆形和正方形。在另一个实施方式中，进料注入端口可以是细长的弓形狭缝的形式。在进一步实施方式中，一个或多个进料注入端口可以各自为环形狭缝的形式。在另一个实施方式中，给定的进料注入环可以具有不同形状的进料注入端口的组合。一般来说，给定进料注入环的进料注入端口的尺寸(面积)、布置和/或数量可以根据各种工艺参数适当地选择，包括通过混合装置的外部和内部再循环流的流量。在一个实施方式中，系统可以被配置为使得来自上部文丘里管出口的中心射流的第一液体线速度至少基本上等于从进料注入环喷射的第二液体的每个射流的第二液体线速度。
在一个实施方式中，进料注入环的每个进料注入端口可以与上部文丘里管出口的周边设置在相同的径向位置或大约相同的径向位置。在描述每个进料注入端口相对于上部文丘里管出口的周边的径向位置的上下文中，表述“相同的径向位置或大约相同的径向位置”是指每个进料注入端口可设置在从上部文丘里管出口的周边径向向内或径向向外的距离不大于(≤)0.2DUO，其中DUO是上部文丘里管出口的直径。进料注入端口相对于上部文丘里管出口的周边的其它径向位置也是可能的。
在一个实施方案中，下部文丘里管入口可以与上部文丘里管出口设置在相同的高度或大约相同的高度。在描述下部文丘里管的近端相对于上部文丘里管的远端的高度的上下文中，表述“相同高度或大约相同高度”具有与本文关于混合装置的其它实施方案所限定的相同含义(参见例如图3B)。下部文丘里管入口相对于上部文丘里管出口的其它高度也是可能的。
在一个实施方案中，下部文丘里管入口可以与上部文丘里管出口径向向外间隔开，以提供文丘里管间通道。在一个实施方案中，文丘里管间通道可以如本文上述所描述地配置。在一个实施方案中，上部文丘里管出口和下部文丘里管入口中的每一个可以是圆形的，并且文丘里管间通道可以包括环状或基本上环状的通道。
在一个实施方案中，系统还可进一步包括与反应容器和混合装置流体连通的循环回路。循环回路可具有连接到反应容器的容器出口的第一回路，用于将反应器流出物从反应容器中抽出到循环回路中，以及连接到混合装置的第二回路。循环回路可以包括被配置为用于向抽出的反应器流出物中加入新鲜离子液体催化剂的离子液体催化剂入口，和被配置为用于冷却第一液体的换热器(参见例如图1D)。
根据又一个实施方案，可以使用本文公开的系统实施离子液体催化的烃转化(例如异构链烷烃/烯烃烷基化)的方法。所述的系统可以包括具有容器出口的反应容器、与反应容器流体连通的至少一个混合装置，以及与容器出口和混合装置流体连通的循环回路。混合装置可以包括在上部文丘里管的远端具有轴向出口的上部文丘里管和在下部文丘里管的近端具有轴向入口的下部文丘里管。上部文丘里管的远端和下部文丘里管的近端可设置在反应容器内，下部文丘里管可与上部文丘里管同轴设置。混合装置可进一步包括设置在反应容器内的至少一种进料注入部件。在一个实施方案中，每个混合装置可垂直设置在反应容器的顶部。所述系统还可以包括如本文所描述和附图中所示的附加元件、部件和特征。
用于离子液体催化烃转化的方法可以包括：通过循环回路从反应容器中抽出反应器流出物，将新鲜离子液体催化剂加入到抽出的反应器流出物中以提供外部再循环流，并将外部再循环流引入混合装置中。可从循环回路中移除一部分抽出的反应器流出物用于分馏以提供烷基化产物。在一个实施方案中，反应器流出物或外部再循环流可以在将外部再循环流引入混合装置之前先在循环回路中冷却。
在一个实施方案中，用于离子液体催化烃转化的方法还可以包括：将外部再循环流的中心射流从上部文丘里管出口向下喷射到下部文丘里管入口中；并且与中心射流的喷射同时，向中心射流额外地喷射烃进料，使得烃进料与中心射流碰撞。在一个实施方案中，中心射流可以与上部文丘里管的轴线同轴。
中心射流可以包括离子液体/包含离子液体催化剂的小至微小液滴的烃乳液，例如离子液体催化剂液滴的直径在1至1000微米、或5至250微米、或10至150微米。在一个实施方案中，烃进料可以与中心射流碰撞，使得烃进料与离子液体催化剂以大的表面积接触。烃进料与离子液体催化剂可以在烷基化条件下进行按这种方式接触，以提供烷基化产物。
用于离子液体催化的烃转化的方法还可以进一步包括使反应容器的内部再循环流循环通过混合装置的下部文丘里管。因此，外部和内部再循环流两者都可以流过下部文丘里管。在一个实施方案中，本发明的方法中内部再循环流的流量(每单位时间的体积)与外部再循环流的流量的比通常可以在0.1至10、或0.2至5、或0.25至4的范围内。在一个实施方案中，下部文丘里管入口可以与上部文丘里管的出口径向向外间隔开以提供文丘里管间通道，并且内部再循环流可通过文丘里管间通道循环通过下部文丘里管。
在一个实施方案中，混合装置的至少一个进料注入部件可包括具有至少一个进料注入端口的进料注入环。在用于离子液体催化烃转化的方法的一个实施方案中，烃进料可通过进料注入环的至少一个进料注入端口向中心射流喷射。
在另一个实施方案中，混合装置的至少一个进料注入部件可以包括设置在反应容器内的进料注入阵列，并且进料注入阵列可以包括多个进料注入喷嘴。在用于离子液体催化烃转化的方法的一个实施方案中，烃进料可通过进料注入喷嘴(例如作为多个侧向射流)向中心射流喷射。
在一个实施方案中，混合装置的进料注入阵列可与下部文丘里管入口设置在相同的高度或大约相同的高度，并且进料注入喷嘴可以终止于从上部文丘里管出口的周边径向向内的位置，使得中心射流可以与每个进料注入喷嘴的至少一个终端部分碰撞(参见例如图8A-8B)。在另一个实施方案中，进料注入阵列可以设置在下部文丘里管入口下方的高度处，并且进料注入喷嘴可以径向向内延伸到下部文丘里管中，使得外部再循环流和内部再循环流中的至少一个可以与每个进料注入喷嘴终端的至少一个部分碰撞(参见例如图10)。
在一个实施方案中，烃进料可以例如通过设置在下部文丘里管内的多个进料注入喷嘴直接引入到下部文丘里管中。在一个子实施方案中，多个进料注入喷嘴可设置在下部文丘里管内与下部文丘里管收缩点处在相同的高度或大致相同的高度。
在一个实施方案中，烃进料可以包含至少一种C2-C10烯烃和至少一种C4-C10异构链烷烃。在一个实施方案中，离子液体催化剂可以包含氯铝酸盐离子液体。在一个实施方案中，烷基化条件可以包括在-40℃至150℃范围内的温度和在大气压至8000kPa范围内的压力。在一个实施方案中，反应容器中的总离子液体催化剂体积可以维持在0.5至50vol％、或1至10vol％、或2至6vol％的范围内。烃进料、离子液体催化剂和用于离子液体催化的烷基化的条件在下文中描述。
在一个实施方案中，用于离子液体催化烃转化的方法还可以进一步包括将来自循环回路的反应器流出物的一部分进料到离子液体/烃分离器；通过离子液体/烃分离器，将反应器流出物的一部分分离成离子液体催化剂相和烃相；并通过分馏单元从烃相中分离烷基化产物。
参考附图，图1A-1D各自示意性地表示用于离子液体催化的烃转化方法的系统。参考图1A-1C，用于离子液体催化烃转化的系统100可以包括反应容器200、至少一个混合装置300/300'和至少一个循环回路400。混合装置300/300'为离子液体催化剂和烃反应物提供了快速和彻底的混合。作为示例，混合装置300/300'可以在离子液体/烃混合物中产生离子液体催化剂相的大表面积，从而提供了离子液体催化烃转化方法的高效性能。
反应容器200具有反应容器顶部(或上盖)202，并且混合装置300/300'可以设置在反应容器顶部202处。混合装置300/300'的上部(近端)部分可向近延伸至高于反应容器顶部202。混合装置300/300'的下部(远端)部分可以设置在反应容器200内。反应容器200可至少基本上充满液体，并且反应容器200内的混合装置300/300'的部分可以浸没在反应容器200的液体内容物中。
在一个实施方案中，反应容器200可垂直对齐，其高度大于其宽度，混合装置300/300'可以设置在反应容器顶部202。在一个子实施方案中，混合装置300/300'垂直地设置于反应容器顶部202，使得每个混合装置300/300'的轴线可以至少基本上平行于反应容器200的轴线。在另一个子实施方案(未示出)中，混合装置300/300'相对于反应容器200的轴线可以各种角度设置。
在一个实施方案中，反应容器200可以基本上是圆柱形的。在一个实施方案中，系统100可包括每个反应容器200的多个混合装置300/300'。仅作为示例，进一步参考图1B，两个混合装置300a/300'a和300b/300'b显示位于反应容器顶部202，应当理解，可以类似地使用其它数量的混合装置。在一个实施方案中，系统100可以包括多个混合装置300/300'，其中每个混合装置可以设置在相对于反应容器顶部202基本上相同的高度。
循环回路400可以与反应容器200流体连通，用于将液体(例如反应器流出物)从反应容器200抽出到循环回路400中。混合装置300/300'可以与反应容器200流体连通。循环回路400可以进一步与混合装置300/300'流体连通，用于通过混合装置300/300'将所抽出的液体再循环到反应容器200。在一个实施方案中，系统100可以包括多个循环回路400，其中每个循环回路400可以与反应容器200和至少一个混合装置300/300'流体连通。在具有多个循环回路400的系统的实施方案中，每个循环回路400可以具有专用的循环泵和换热器。在图1C的实施方案中，显示了两个循环回路400,400'，应当理解，可以使用其它数量的循环回路。在一个实施方案中，多个循环回路中的每一个可以具有一个或多个专用混合装置300/300'。
图1D示意性地表示系统100包括具有容器出口204的反应容器200、设置在反应容器顶部202的混合装置300/300'和循环回路400。在一个实施方案中，容器出口204可以位于相对来自混合装置300/300'的反应容器200的远端，例如容器出口204可以在反应容器200的底部(或下盖)203。烃进料301可以经由混合装置300/300'引入反应容器200。在一个实施方案中，烃进料可包括用于离子液体催化烷基化的烯烃进料流、异构链烷烃进料流或其组合，例如如下文所述。
循环回路400可以包括连接到容器出口204的第一回路终端400a和连接到混合装置300/300'的第二回路终端400b。循环回路400还可以包括回路出口402、离子液体催化剂入口404、循环泵406和换热器408。循环回路400还可以进一步包括至少一个循环回路管道410，例如用于将循环回路400的部件连接到容器出口204和混合装置300/300'上。
反应器流出物206可以经由容器出口204从反应容器200抽出到循环回路400中。反应器流出物206可以包括之前已经在反应容器200中与烃进料接触的离子液体催化剂。新鲜离子液体催化剂403可在循环回路400内通过离子液体催化剂入口404添加到反应器流出物206，以提供外部再循环流RE。抽出的反应器流出物206的一部分可通过回路出口402从循环回路400移出，例如用于将其分馏以提供烷基化产物。回路出口402和离子液体催化剂入口404可设置在除了如图1D所示的循环回路400内的各种位置。
进一步参考图1D，在一个实施方案中，系统100还可以包括与循环回路400流体连通的静态混合器412，用于在将外部再循环流引入混合装置300/300'之前预混合外部再循环流。在一个实施方案中，静态混合器412可以设置在例如紧靠混合装置300/300'的上游。虽然在图1D中仅显示了一个循环回路400，但是可以使用多个循环回路400(参见例如图1C)。在一个实施方案中，系统100可以配置为用于离子液体催化的烷基化反应和方法。用于离子液体催化的烷基化的进料、离子液体催化剂和反应条件在下文中描述。
图2示意性地表示了包括上部文丘里管310，至少一个进料注入阵列320和下部文丘里管330的混合装置300。在一个实施方案中，每个混合装置300可包括单个上部文丘里管310和单个下部文丘里管330。每个进料注入阵列320可以包括多个进料注入喷嘴322(参见例如图5A-11B)，使得每个混合装置300的每个上部文丘里管310/下部文丘里管330可包括多个进料注入喷嘴322。在一个实施方案中，上部文丘里管310可垂直地设置在反应容器顶部202。上部文丘里管310可固定到反应容器顶部202并与其密封接合。
在图2中，上部文丘里管310的轴线由标记为AU的线表示。下部文丘里管330可以与上部文丘里管310同轴。在一个实施方案中，下部文丘里管330可固定到上部文丘里管310上，例如使用合适的支撑结构(未示出)比如钢条等。用于将下部文丘里管330相对于上部文丘里管310固定或锚固的其它机构也是可能的。在一个实施方案中，下部文丘里管的近端330a可与上部文丘里管的远端310b设置在相同的高度或大约相同的高度，例如，如参考下面图3B中所描述的。在图2中，为了清楚说明，下部文丘里管的近端330a可示出在上部文丘里管的远端310b下方。
根据各种实施方案，混合装置300可以具有与下部文丘里管的近端330a相同高度或大约相同高度的第一进料注入阵列320，和/或混合装置300可以具有与下部文丘里管的收缩点336相同高度或大约相同的高度的第二进料注入阵列320'，例如，如上下文中关于图4B所描述的。混合装置300不限制进料注入阵列的特定数量、排布或位置。如图所示，下部文丘里管的收缩点336可以位于下部文丘里管入口332下方和下部文丘里管出口334上方的高度处。在一个实施方案中，下部文丘里管收缩点336可以处于下部文丘里管入口332下方的位置，高度在下部文丘里管330从10％至90％长度(LL)范围内。
在一个实施方案中，上部文丘里管的远端310b、进料注入阵列320/320'和下部文丘里管330可设置在反应容器200内。在一个实施方案中，进料注入阵列320/320'可与上部文丘里管310和下部文丘里管330同轴。进料注入阵列320/320'，例如可根据注入阵列320/320'相对于上部文丘里管310和下部文丘里管330的数目、排布以及高度，固定、附接或连接到上部文丘里管310和/或下部文丘里管330上。
图3A用透视图示意性地表示用于混合装置的上部文丘里管，图3B用剖视图示意性地表示混合装置。图3C示意性地表示根据其他实施方案的上部文丘里管的剖视图。上部文丘里管310在图3A中单独示出，并且为了图示的清楚起见，图3B中省略了进料注入阵列320。参考图3A-3B，上部文丘里管310可以具有在上部文丘里管的近端310a处的轴向入口312和在上部文丘里管的远端310b处的轴向出口314。上部文丘里管入口312和上部文丘里管出口314中的每一个可以是至少基本上圆形的。上部文丘里管310可以具有长度LU。上部文丘里入口312和上部文丘里出口314分别具有直径DUI和DU0。在一个实施方案中，上部文丘里管入口312的直径DUI可以大于上部文丘里管出口314的直径DUO(DUI>DUO)。
在一个实施方案中，图3B中的垂直条EL表示用于相对于上部文丘里管出口314定位下部文丘里管入口332的高度范围，其中对应于EL的距离垂直地居中在上部文丘里管出口314的高度。在一个实施方案中，上部文丘里出口314是轴向的，并且上部文丘里出口314的高度对应于上部文丘里管的远端310b的高度。类似地，在一个实施方案中，下部文丘里管入口332是轴向的，并且下部文丘里管入口332的高度对应于下部文丘里管的近端330a的高度。在图3B和4B中，为了清楚的表示起见，下部文丘里管的近端330a可以表示为略微低于上部文丘里管的远端310b。
进一步参考图3B，在一个实施方案中，下部文丘里管的近端330a可以设置在与上部文丘里管的远端310b相同的高度或大致相同的高度，使得下部文丘里管的近端330a设置在距上部文丘里管的远端310b之上或之下不大于(≤)0.5EL处，其中距离EL等于下部文丘里管入口的直径DLI的20％(EL＝0.2DLI)。在其他实施方案中，距离EL可以等于直径DLI的50％(EL＝0.5DLI)或直径DLI的100％(EL＝DLI)。下部文丘里管入口332相对于上部文丘里管出口314的其它高度也是可能的。
上部文丘里管310可以进一步包括收缩点316。上部文丘里收缩点316可以被限定为沿着上部文丘里管310，其内径DUC已经逐渐减小到最小的点或位置。如图所示，上部文丘里管收缩点316可以在上部文丘里管的远端310b上方的高度处。上部文丘里管310的内径的逐渐变细过程可以是线性的，或非线性的，或其组合。在文丘里管或文丘里管中的液体速度和压力变化之间的关系，例如根据文丘里效应，在本领域中是众所周知的。
在一个实施方案中，上部文丘里管310的一个或多个部分可以是至少基本上非锥形的；例如，上部文丘里管310的近侧部分和/或远侧部分可以是至少基本上圆柱形的(参见例如图3A)。在一个实施方案中，上部文丘里管出口314的直径DUO可以与上部文丘里管收缩点316的内直径DUC(DUO＝DUC)相同或基本相同。在另一实施方案中，上部文丘里管310可以在上部文丘里管收缩点316处的向远端扩张，使得上部文丘里管出口314的直径DUO可以大于上部文丘里管收缩点316的内径DUC(DUO>DUC)(参见例如图3C)。
图4A用透视图显示了混合装置的下部文丘里管，图4B用剖视图显示了用于混合装置的下部文丘里管与上部文丘里管出口的关系。图4C显示了根据其他实施方案的下部文丘里管的剖视图。参考图4A-4C，下部文丘里管330可包括在下部文丘里管的近端330a处的轴向入口332和在下部文丘里管的远端330b处的轴向出口334。下部文丘里管入口332和下文丘里出口334中的每一个可以是至少基本上圆形的。下部文丘里管330还可以包括收缩点336。下部文丘里收缩点336可以被限定为沿着下部文丘里管330，其内径DLC最小的位置。下部文丘里管330的内径的逐渐变细过程可以是线性的，或非线性的，或其组合。在一个实施方案中，下部文丘里管330的一部分可以至少基本上是非锥形的。作为非限制性示例，在一个实施方案中，下部文丘里管330远端至下部文丘里管收缩点336的部分可以至少基本上为圆柱形(参见例如图4C)。
进一步参考图4B，下部文丘里管330可具有长度LL。下部文丘里管收缩点336可具有内径DLC，并且上部文丘里出口314可具有直径DUO。根据各种实施方案，标记有EA1和EA2(图4B)的垂直条可各自分别表示进料注入阵列320/320'相对于下部文丘里管的近端330a和下部文丘里管的收缩点336的位置的高度范围。对应于EA1和EA2的距离分别在下部文丘里管近端330a和下部文丘里管收缩点336垂直居中。标记有EA1的条可以用于表示相对于上部文丘里管出口314的直径DUO的距离(任意单位)，并且标记有EA2条可以用于表示相对于下部文丘里管收缩点336内径DLC的距离(任意单位)。
在一个实施方案中，混合装置300可以在标记有EA1条的高度处具有单个进料注入阵列320；在另一个实施方案中，混合装置300可以在标记有EA2条的高度处具有单个进料注入阵列320'；在又一个实施方案中，混合装置300可以具有在标记有EA1条的高度处的第一进料注入阵列320以及在标记有EA2条的高度处的第二进料注入阵列320'。
在一个实施方案中，进料注入阵列320可以与下部文丘里管近端330a设置在相同的高度或大约相同的高度，使得进料注入阵列320设置在与下部文丘里管的近端330a之上或之下所跨越距离不大于(≤)0.5EA1，其中距离EA1等于上部文丘里管出口314的直径DUO的20％。在其他实施方案中，距离EA1可以等于直径DUO的50％(EA1＝0.5DUO)或直径DUO的100％(EA1＝DUO)。
在另一个实施方案中，进料注入阵列320'可与下部文丘里管收缩点336设置在相同的高度或大约相同的高度处，使得进料注入阵列320'设置在与下部文丘里管收缩点336之上或之下所跨越距离不大于(≤)0.5EA2，其中距离EA2等于下部文丘里管收缩点336内径DLC的20％。在其他实施方案中，距离EA2可以等于内径DLC的50％(EA2＝0.5DLC)或内径DLC的100％(EA2＝DLC)。除了由图4B的条EA1和EA2描绘的之外，进料注入阵列320,320'的其他高度也是可能的。
在一个实施方案中，用于混合装置300的进料注入阵列320可以被配置为使得多个进料注入喷嘴322中的每一个的轴线与上部文丘里管的轴线成0°至90°范围的角度。图5A显示了上部文丘里管310的远端(下部)部分与进料注入阵列320的多个进料注入喷嘴322的关系。在一个实施方案中，每个进料注入喷嘴322的轴线AN和上部文丘里管310的轴线AU之间的角度θ可以大于(>)0°且不大于(≤)90°，使得每个进料注入喷嘴322的轴线与上部文氏管310的轴线相交的位置低于上部文丘里管的出口314。在一个子实施方案中，相交角θ可以在从20°至90°、或从25°至90°、或从30°至90°的范围内。在另一个子实施方案中，相交角θ可以在从80°至90°、或从85°至90°、或至少基本上为直角的范围内。
进一步参考图5A，进料注入喷嘴322a和322c的轴线AN可与上部文丘里管出口310的轴线AU在共同的交叉点相交，共同的交叉点在低于上部文丘里管出口314的高度处。在图5A中，箭头RE表示来自上部文丘里管310的中心射流的向下方向。
图5B表示沿着图5A的线5B-5B所看到的，上部文丘里管的轴线与每个进料注入喷嘴的轴线交叉点。在图5B中，每个轴线AN上的箭头表示来自进料注入喷嘴322a-d每个侧向射流向上部文丘里管310的轴线AU喷射的方向。如图所示，给定进料注入阵列320的每个进料注入喷嘴322a-d可与上部文丘里管310的轴线AU径向等距地间隔开。例如为了清楚说明，图5B显示了具有四个均匀间隔的进料注入喷嘴322a-d的进料注入阵列320。在实践中，每个进料注入阵列320可以包括其他(例如，更大)数量和其他排布的进料注入喷嘴322。
图6A用剖视图表示混合装置300的与上部文丘里管以及下部文丘里管有关的文丘里管间通道，图6B表示沿着图6A的线6B-6B所看到的，与上部文丘里管出口和下部文丘里管入口有关的文丘里管间通道。上部文丘里管310在上部文丘里管的远端310b处具有轴向出口314，下部文丘里管330在下部文丘里管的近端330a处具有轴向入口332(参见例如图3A-4B)。在一个实施方案中，下部文丘里管入口332与上部文丘里出口314径向向外间隔开，以在下部文丘里管的近端330a和上部文丘里管的远端310b之间限定文丘里管间通道350。下部文丘里管入口332和上部文丘里出口314中的每一个可以是至少基本圆形的。在一个实施方案中，文丘里管间通道350可以是基本上环状的(参见例如图6B)。在一个实施方案中，文丘里管间通道350允许反应容器200的内部再循环流的流过，其中内部再循环流可通过文丘里管间通道350向下流入下部文丘里管330并从下部文丘里管出口334流出。
进一步参考图6A，通过文丘里管间通道350的内部再循环流的流动由标记为RI的箭头指示，而来自上部文丘里出口314外部再循环流由标记为RE的箭头指示。反应容器200的内部再循环流的流动，例如通过文丘里管间通道350和下部文丘里管330，可以进一步促进包含多相反应系统的反应器内物质的混合，例如在烃混合物中的离子液体催化剂的乳液。在一个实施方案中，内部再循环流的流量(每单位时间的体积)与外部再循环料流的流量的比可为0.1至10、或0.2至5、或0.25至4。
图7A以剖视图示意性地表示了混合装置，并且图7B表示了沿着图7A的线7B-7B所看到的混合装置的进料注入阵列。图7A-7B的混合装置300可以包括上部文丘里管310和下部文丘里管330，例如，如参考图3A-4B所描述的。混合装置300可以按垂直方向设置在反应容器200中，使得上部文丘里管310仅近端部分设置在反应容器顶部202上方。上部文丘里管310的远端部分可设置在反应容器顶部202下方并密封接合。
进一步参考图7A-7B，混合装置300可以包括围绕在上部文丘里管310远端部分的夹套380。夹套380可以从上部文丘里管310径向向外设置，以限定环形进料导管384。夹套380可以具有夹套近端380a。在一个实施方案中，夹套近端380a可以与反应容器顶部202的下侧密封接合。夹套380可以在夹套远端380b处包括夹套基部382。夹套基部382可针对上部文丘里管310，在上部文丘里管远端310b处或邻近处被密封。多个进料注入喷嘴322可以从夹套基部382向远侧延伸以限定进料注入阵列320(参见例如图7B)。进料管道384可以与用于接收烃进料301的进料供应管线390流体连通，并且每个进料注入喷嘴322可以与进料管道384流体连通，用于喷射来自每个进料注入喷嘴322的烃进料的侧向射流。在一个实施方案中，烃进料的每个侧向射流可向上部文丘里管轴线AU喷射，使得每个侧向射流与从上部文丘里管出口314喷射的中心射流碰撞。本文公开的用于系统100的混合装置不限于特定的进料管线配置。
进一步参考图7B，在一个实施方案中，进料注入喷嘴322可以布置成以提供环形和/或对称的进料注入阵列320。进料注入阵列320的每个进料注入喷嘴322可以具有喷嘴出口324(参见例如，图9A和图11A-11B)。尽管喷嘴322在图7B中表示为从上部文丘里管出口314的周边314'径向向外终止，但是在其他实施方案中，进料喷嘴322可以径向向内延伸到或超出上部文丘里管出口314的周边314'。
在没有参考特定的图或实施方案的情况下，混合装置300可配置成用于将外部再循环流(箭头RE)的中心射流从上部文丘里管出口314向下喷射到下部文丘里管330中。在一个实施方案中，外部再循环流的流量可以是在烃进料301流量的2至50倍的范围内，或者烃进料301的流量的2至25倍，或者烃进料301的流量的4至10倍。在一个实施方案中，在上部文丘里管310可配置成例如适当地成锥形，使得通过上部文丘里管出口314的压降可达到约110psi；在一个子实施方案中，通过上部文丘里管出口314的压降可以在10至110psi、或50至80psi的范围内。应当理解，附图是示意性表示，其可以不按比例绘制，并且不代表上部文丘里管或其他部件的具体设计。
供给上部文丘里管入口312的外部再循环流RE可包括离子液体催化剂与未反应的烃的组合。在一个实施方案中，通过上部文丘里管出口314的压降可产生离子液体/烃乳液，其包含离子液体催化剂小的至微小的液滴，例如，离子液体催化剂液滴直径在1至1000微米、或5至250微米、或10至150微米的范围内。因此，从上部文丘里管出口314喷射的外部再循环流的中心射流可以包括这种具有分散了未反应烃的离子液体催化剂的小至微小的液滴的乳液。这样的液滴不仅可以提供将产生高反应速率和高质量产物(例如烷基化物)的离子液体催化剂表面积，而且还提供随后有利于下游的相分离的烃/离子液体混合相。
图8A用剖视图示意性地表示了混合装置的一部分，并且图8B表示了沿着图8A的线8B-8B所看到的混合装置的进料注入阵列。由图8A-8B表示的实施方案可以具有例如参考图7A-7B所述的某些元件、部件和特征。为了清楚起见，图8A中省略了下部文丘里管330。在由图8A-8B表示的实施方案中，进料注入阵列320可以被配置为使得每个进料注入喷嘴322的轴线AN与上部文丘里管310的轴线AU以大约90°或基本上成直角的角度θ相交。因此，在一个实施方案中，每个进料注入喷嘴322的轴线AN可以至少基本上平行于由上部文丘里管出口314限定的平面。其中每个进料注入喷嘴322的轴线与上部文丘里管310的轴线正交或至少基本上正交的实施方案不限于任何特定的进料管路配置。
在一个实施方案中，例如，如图8A-8B所示，每个进料注入喷嘴322可终止于从上部文丘里出口314的周边314'径向向内的位置，使得从上部文丘里出口314喷射的中心射流可与每个进料注入喷嘴322的至少一个终端部分碰撞。尽管进料注入喷嘴322在图8B中表示为沿着上部文丘里管出口314的周边314'径向向内延伸，但是在其他实施方案中，进料注入喷嘴322可以从上部文丘里出口314的周边314'径向向外的位置终止，或进料注入喷嘴322可以与上部文丘里出口314的周边314'等径向的终止。
图9A示意性地表示混合装置的一部分，图9B是示出沿着图9A的线9B-9B所看到的混合装置的进料注入阵列的放大图。在图9A中，为了清楚起见，省略了下部文丘里管330，并且上部文丘里管310被截断。混合装置300可以以竖直方向设置在反应容器200中，使得仅上部文丘里管310的近端部分设置在反应容器顶部202上方。
进一步参考图9A-9B，在一个实施方案中，混合装置300可以包括含有多个进料注入喷嘴322的进料注入阵列320。每个进料注入喷嘴322可以与进料注入总管386流体连通。在一个实施方案中，进料注入总管386可以至少基本上是环形的。进料注入总管386可以例如通过管状进料管道384'与进料供应管线390流体连通，用于将烃进料分配到每个进料注入喷嘴322中。在一个实施方案中，进料注入喷嘴322可以向进料注入总管386的远侧(下方)延伸。在一个实施方案中，管状进料管道384'可以设置在上部文丘里管310的侧面。
进一步参考图9B，在实施方案中，进料注入喷嘴322可以布置成提供环形和/或对称的进料注入阵列320。如图9A所示，每个进料注入喷嘴322可以具有喷嘴出口324，用于从其中喷射烃进料的侧向射流。在一个实施方案中，喷嘴出口324可以轴向地位于每个进料注入喷嘴322的远端322'(参见例如图11A-11B)。在一个实施方案中，每个侧向射流可以向上部文丘里管310的轴线喷射，使得每个侧向射流与从上部文丘里管出口314喷射的液体中心射流碰撞。
图10用剖视图示意性地表示用于混合装置的下部文丘里管，该混合装置的进料注入阵列与下部文氏管的收缩点处于相同高度或大致相同高度。下部文丘里管330可具有在下部文丘里管的近端330a处的轴向入口332和在下部文丘里管的远端330b处的轴向出口334。下部文丘里管330可进一步具有下部文丘里管收缩点336，其中下部文丘里管收缩点336可以设置在下部文丘里管的近端330a和下部文丘里管的远端330b之间，即在下部文丘里管进口332下方和下部文丘里管出口334上方的位置设置。进料注入阵列320可与下部文丘里管收缩点336设置在相同的高度或大约相同的高度。进料注入阵列320可以包括多个进料注入喷嘴322。每个进料注入喷嘴322可与进料管道流体连通(参见例如图9A)，以用于向进料注入喷嘴322供给烃进料。
进一步参考图10，每个进料注入喷嘴322可以延伸到下部文丘里管330的内部。每个进料注入喷嘴322可以在与下部文丘里管收缩点336相同高度或大约相同高度处将烃进料的侧向射流喷射到下部文丘里管330中。流过下部文丘里管330的液体，例如反应容器的内部和外部再循环流的混合物，可能与进料注入阵列320的每个侧向射流碰撞。在一个实施方案中，流过下部文丘里管330的液体还可以与每个进料注入喷嘴322的终端部分碰撞。进料注入阵列320可以配置成使得每个进料注入喷嘴322的轴线可与下部文丘里管330的轴线AL相交，参考上文的图5A-5B的描述，其中下部文丘里管330可以与上部文丘里管310同轴。为了清楚说明起见，图10中显示了两个进料注入喷嘴；在实践中，进料注入阵列320可以包括更多数量的环形布置的进料注入喷嘴322，例如，如上所述。
图11A用透视图表示了进料注入喷嘴322的终端部分，图11B是沿图11A的线11B-11B看到的进料注入喷嘴322的喷嘴出口324的放大图。在一个实施方案中，喷嘴出口324可以轴向地设置在进料注入喷嘴322的终端322'处，使得喷嘴出口324的中心与进料注入喷嘴322的轴线AN重合。在一个实施方案中，喷嘴出口324可以是至少基本环形或圆形。用于进料注入喷嘴322和喷嘴出口324的其它配置和形状也是可能的。
在进料注入阵列320与下部文丘里管的近端330a设置在相同的高度或大致相同的高度的情况中，每个进料注入喷嘴322的终端322'可以与上部文丘里管出口314的周边314'处在相同的径向位置或大约相同的径向位置。在本文中，表述“相同的径向位置或大约相同的径向位置”是指每个进料注入喷嘴322的终端322'可以设置在轴向距离不大于从上部文丘里管出口314的周边314'径向向内或径向向外(≤)0.2DUO处(参见例如图7B和8B)，其中DUO是上部文丘里管出口314的直径(参见例如图4B)。
在进料注入阵列320与下部文丘里管收缩点336设置在相同的高度或大致相同的高度的情况下，每个进料注入喷嘴322的终+-*/端322'可以与下部文丘里管轴线AL通过一定距离径向向外间隔开，所述距离在0.2至0.5DLC、或从0.4DLC至0.5DLC的距离的范围内，其中DLC是下部文丘里管收缩点336的内径。
对于给定的进料注入阵列320，所有喷嘴出口324可以处于相同的高度或基本上相同的高度(参见例如图9A)。在本发明和所附权利要求中，给定的进料注入阵列的高度(例如相对于下部文丘里管)可定义为或参考该进料注入阵列的喷嘴出口324中心的高度。
图12A示意性地表示包括上部文丘里管310、进料注入环370和下部文丘里管330的混合装置300'。在一个实施方案中，上部文丘里管310可以垂直地设置在反应容器顶部202内。上部文丘里管310可与反应容器顶部202固定并且密封接合。
在图12A中，上部文丘里管310的轴线由标记为AU的线表示。下部文丘里管330可以与上部文丘里管310同轴。在一个实施方案中，下部文丘里管330可以例如使用合适的支撑结构(未示出)，例如钢条等，固定到上部文丘里管310上。在一个实施方案中，下部文丘里管的近端330a可与上部文丘里管的远端310b设置在相同的高度或大致相同的高度，例如，如上文所述(参见例如图3B)。在图12A中，为了清楚说明起见，下部文丘里管的近端330a可以显示在上部文丘里管远端310b下方。
在一个实施方案中，进料注入环370可与下部文丘里管的近端330a处于相同的高度或大约相同的高度，例如，如上文所述(参见例如图4B)。混合装置300'不限于进料注入环370的特定高度或位置。在一个实施方案中，上部文丘里管的远端310b、进料注入环370和下部文丘里管330可设置在反应容器200内。在一个实施方案中，进料注入环370可以与上部文丘里管310和下部文丘里管330同轴设置。进料注入环370可以固定、附接或连接到上部文丘里管310和/或下部文丘里管330上。
图12B示意性地表示具有进料注入环370的混合装置300'的一部分，图12C示出沿图12B的线12C-12C所看到的进料注入环370，图12D-12G表示根据各种实施方案，沿着的图12C的线12D-G-12D-G的剖视图所看到的各个进料注入环370。在图12B中，为了清楚说明起见，省略了下部文丘里管330。在一个实施方案中，混合装置300'可以以竖直方向设置在反应容器200中，使得仅上部文丘里管310的近端部分设置在反应容器顶部202上方。
进一步参考图12B-12C，进料注入环370可以例如通过管状进料管道384'与进料供应管线390流体连通，用于将烃进料301提供给混合装置300'。在一个实施方案中，管状进给管道384'可以设置在上部文丘里管310的侧面。进料注入环370可以具有环形内部370a和环形外部370b。每个进料注入环370可以在环形内部部分370a处具有一个或多个进料注入端口372(参见例如图12D-12G)。
参考图12B-12G，进料注入射环370可以被配置为用于提供从至少一个进料注入端口372向上部文丘里管310的轴线AU环形和/或对称的喷射第二液体。在一个实施方案中，进料注入环370可以配置为使从至少一个进料注入端口372喷射的第二液体作为至少一个射流，与从上部文丘里管远端310b喷射的第一液体的中心射流碰撞。根据一个实施方案，从进料注入环370向上部文丘里轴线Au喷射第二液体可以在图12C中由标记为L2的箭头指示。根据各种子实施方案，图12C中标记为L2的箭头可表示第二液体的单个(例如，环形)射流，或多达四个射流或多于四个射流。
图12D是在环形内部370a处以环形狭缝形式表示的具有进料注入端口372的进料注入环370的剖视图。图12E是在环形内部部分370a处以弓形狭缝形式表示的具有多个进料注入端口372的进料注入环370的剖视图。图12F是在环形内部370a处以环形狭缝形式表示的具有多个进料注入端口372的进料注入环370的剖视图，其中进料注入端口372可至少基本是圆形的。尽管在图12D-12F的实施方案中的进料注入端口372显示为基本上设置在进料注入环370的水平中线M处(参见例如图12G)，但是进料注入端口372的其它位置也是可能的。
图12G是具有多个进料注入端口372的进料注入环370的剖视图。图12G右侧表示的是进料注入环370的水平中线M的放大图。在一个实施方案中，进料注入端口372可以设置在环形内部370a距水平中线M上方或下方0至45°的角度范围内的各个位置处，即α可以在0至45°的范围内。在一个实施方案中，每个进料注入环370可以具有两(2)至50个进料注入端口372、或者具有从四(4)至40个进料注入端口372、或具有从六(6)至30个进料注入端口372。进料注入环370不限于任何一种类型的进料注入端口372，并且给定的进料注入环370可以具有以各种方式组合的两种或更多种不同类型的进料注入端口372。
在一个实施方案中，包含来自上部文丘里管出口的中心射流的第一液体可包含反应容器的外部再循环料流，并且第二液体可包含烃进料。在一个实施方案中，外部再循环料流可以包括反应器流出物与加入的新鲜离子液体催化剂的组合，其中反应器流出物可以在加入新鲜离子液体催化剂之前或之后在循环回路中冷却。在一个实施方案中，离子液体催化剂可以包含例如如下所述的氯铝酸盐离子液体。在一个实施方案中，烃进料可以包括用于离子液体催化烷基化的烯烃进料流、异构链烷烃进料流和混合烯烃/异构链烷烃进料中的至少一种，例如也如下文所述。
根据另一个实施方案，图13示意性地表示用于离子液体催化烃转化的系统和方法。图13的系统100'可以包括具有反应容器顶部202、反应容器底座203和容器出口204的反应容器200；和设置在反应容器顶部202的一个或多个混合装置300/300'(参见例如图2-12G)。系统100'可以具有与系统100相同的元件和特征(参见例如图1D)。在反应容器200中，至少一种异构链烷烃和至少一种烯烃可以在离子液体烷基化条件下与离子液体催化剂接触。可适用于进行离子液体烷基化反应的离子液体烷基化条件、原料和离子液体催化剂例如在下文中描述。
在一个实施方案中，用于离子液体催化烃转化的方法可包括将助催化剂、或催化剂促进剂、或助催化剂与催化剂促进剂两者一起加入反应容器200中。在一个实施方案中，所述助催化剂可以包括烷基氯。用于加入到组合式反应器中的催化剂促进剂可以包括卤化氢，比如HCl。在一个实施方案中，助催化剂和/或催化剂促进剂可以通过烃进料、或通过离子液体催化剂进料、或通过单独直接注入反应容器200进料到反应容器200。加入助催化剂和/或催化剂促进剂到反应容器200没有在附图中显示。用于将助催化剂和/或助催化剂引入反应容器200的各种方法和技术对本领域技术人员是显而易见的。
系统100'还可包括循环回路400。循环回路400可包括连接到容器出口204的第一回路远端400a和连接到混合装置300/300'的第二回路终端400b。循环回路400可以进一步包括循环泵406和换热器408。循环回路400可以进一步包括至少一个循环回路管线410，例如用于将循环回路400的部件连接到容器出口204和混合装置300/300'上。
系统100'还可以进一步包括与循环回路400流体连通的离子液体/烃(IL/HC)分离器500和与IL/HC分离器500流体连通的分馏单元600。反应器流出物206可以从反应容器200抽出通过容器出口204引入循环回路400中。反应器流出物206的一部分可以从循环回路400通过管线501进料到IL/HC分离器500，用于将反应器流出物的一部分分离成烃相502和离子液体相403'。可用于这种相分离的分离方法的非限制性实例包括聚结、相分离、萃取、膜分离和部分冷凝。IL/HC分离器500可以包括例如以下的一个或多个：沉降器、聚结器、离心机、旋风分离器、蒸馏塔、冷凝器和过滤器。在一个实施方案中，IL/HC分离器500可以包括基于重力的沉降器和设置在基于重力的沉降器下游的聚结器。
从图13可以看出，IL/HC分离器500可以在循环回路400的外部。在一个实施方案中，循环回路400可以没有用于反应器流出物206或外部再循环流RE的相分离的单元或设备。因此，反应器流出物206可再循环到反应容器200，而不需要任何在循环回路400内分离反应器流出物206或外部再循环流。在循环回路400外部具有IL/HC分离器500的系统100'允许IL/HC分离器500小于其中分离器可用于在烃再循环回路中100％的抽出的反应器流出物的相分离的系统的分离器。
来自IL/HC分离器500的烃相502可以通过管线503进料到分馏单元600。来自IL/HC分离器500的烃相可包括烷基化物组分(产物)以及烃进料301的未反应组分，包括异丁烷。烷基化物组分可包括例如C5-C11烷烃，例如C7-C8异构链烷烃。来自IL/HC分离器500的烃相可通过分馏单元600分馏以提供一种或多种产物602a-n和异丁烷馏分。在一个实施方案中，产物602a-n可以包含烷基化物、正丁烷和丙烷。在一个实施方案中，分馏单元600可以包括一个或多个蒸馏塔。
来自分馏单元600的异丁烷流的至少一部分可以通过管线604再循环到混合装置300/300'和反应容器200。在一个实施方案中，循环异丁烷可与烯烃进料流301a和补充异丁烷进料流301b中至少一种预混合，以提供用于通过一个或多个混合装置300/300'注入反应容器200的混合烃进料301。
来自IL/HC分离器500的离子液体相403'可通过管线505再循环到循环回路400。补充(新鲜)离子液体催化剂403可以通过管线509与再循环离子液体催化剂组合。组合的新鲜和循环的离子液体催化剂可在循环回路400内注入到反应器流出物中，以提供可以通过换热器408冷却的外部再循环流RE。冷却的外部再循环流可通过循环回路400和混合装置300/300'再循环至反应容器200。在一个实施方案中，离子液体催化剂可以以足够的速度加入系统100'中，以使反应容器200中的总离子液体催化剂体积维持在0.5至50体积％、或1至10体积％、或2至6体积％的范围内。
在一个实施方案中，离子液体相403'可再循环到循环回路400中，或直接或间接地通过催化剂缓冲容器(后者未表示)。在一个实施方案中，来自IL/HC分离器500的离子液体相403'的一部分可通过管线507吹扫或抽出到其它容器(未示出)，用于离子液体催化剂再生，例如如下文所述。
离子液体催化烷基化的原料
在一个实施方案中，用于离子液体催化烷基化的原料可以包括含有各种烯烃和异构链烷烃的烃物流，所述烃物流是或来自下述中的一种或多种：石油精炼厂，气液转化装置，煤液转化装置，石脑油裂化器，中间馏分裂化器，天然气生产单元，LPG生产单元和蜡裂化器等。
含烯烃物流的实例包括FCC尾气、焦化气、烯烃复分解单元尾气、聚烯烃汽油单元尾气、甲醇制烯烃单元尾气、FCC轻石脑油、焦化轻石脑油、费-托单元冷凝物和裂化石脑油。一些含烯烃的进料流可以含有选自乙烯、丙烯、丁烯、戊烯和至多C10的烯烃中的至少一种烯烃，即C2-C10烯烃及其混合物至少一种。这种含烯烃的物流进一步描述于例如美国专利号7572943中，其公开内容通过引用整体并入本文。
含异构烷烃物流的实例包括但不限于FCC石脑油、加氢裂化石脑油、焦化石脑油、费-托单元冷凝物、天然气冷凝物和裂化石脑油。这样的物流可以包含C4-C10异构链烷烃的至少一种。在一个实施方案中，这样的物流可以包含两种或更多种异构链烷烃的混合物。在一个子实施方案中，在离子液体催化的烷基化方法中进料到烷基化反应器的异构链烷烃可包括异丁烷。
链烷烃的烷基化
在一个实施方案中，烃混合物的烷基化可在反应容器中在已知产生烷基化物汽油的条件下进行，反应容器在本文中可称为烷基化反应器或烷基化区。可选择烷基化反应器中的烷基化条件以提供目标的产物产率和质量。烷基化反应器中的烷基化反应通常在液态烃相中于间歇系统、半间歇系统或连续系统中进行。烷基化反应器中的催化剂体积可以在0.5至50体积％、或者1至10体积％、或者2至6体积％的范围内。在一个实施方案中，可以通过每个反应容器使用一个或多个混合装置(例如如上所述)来实现剧烈混合，以在每单位体积的反应容器提供烃反应物和离子液体催化剂之间的接触的大表面积。烷基化反应温度可以在-40℃至150℃，例如-20℃至100℃或-15℃至50℃的范围内。烷基化压力可以在大气压至8000kPa的范围内。在一个实施方案中，烷基化压力保持在至少足以将反应物保持处于液相的水平。反应物在反应器中的停留时间可以在1秒至60小时的范围内。
在一个实施方案中，烷基化反应器中异构链烷烃与烯烃的摩尔比可在宽范围内变化。通常，异构链烷烃与烯烃的摩尔比在0.5:1至100:1的范围内。例如，在不同的实施方案中，异构链烷烃与烯烃的摩尔比为1:1至50:1、1.1:1至10:1或1.1:1至20:1。下部异构烷烃与烯烃摩尔比将倾向于产生较高分子量的较高产率的烷基化产物，因此当运行的烷基化反应器处于蒸馏模式时可以选择下部异构烷烃与烯烃摩尔比，例如美国专利公开号US20110230692A1中所述。
其他烃转化方法
本发明的系统可以用于使用酸性离子液体催化剂的其它烃转化方法。烃转化方法的一些实例包括其中正链烷烃转化为异构链烷烃的C4-C8链烷烃的异构化、C3-C30烯烃低聚以生产更高分子量的烯烃、C3-C30烯烃异构化以将分子中双键的位置转化(双键异构化)或转移烯烃分子的骨干(骨架异构化)、将高分子量烯烃和链烷烃裂化为低分子量链烷烃和烯烃、以及烷基化具有芳基的烯烃以形成烷基芳烃。
用于烃转化过程的离子液体催化剂
在一个实施方案中，用于烃转化过程的催化剂可以是包含形成络合物的至少两种组分的含氯化物的离子液体催化剂。含氯化物的离子液体催化剂的第一组分可以包含选自以下组分的路易斯酸：第13族金属的路易斯酸化合物，包括卤化铝、烷基卤化铝、卤化镓、烷基卤化镓、卤化铟和烷基卤化铟(参见国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)，第3版，2005年10月，对于周期表的第13族金属)。除了那些第13族金属的之外，其它路易斯酸性化合物也可以使用。在一个实施方案中，第一组分是卤化铝或烷基卤化铝。例如，三氯化铝可以是含氯化物的离子液体催化剂的第一组分。
包含含氯化物离子液体催化剂的第二组分是有机盐或盐的混合物。这些盐可以由通式Q+A-表征，其中Q+是铵、膦、硼、碘或硫阳离子，A-是带负电荷的离子，例如Cl-、Br-、ClO4 -、NO3 -、BF4 -、BCl4 -、PF6 -、SbF6 -、AlCl4 -、TaF6 -、CuCl2 -、FeCl3 -、HSO3 -、RSO3 -(其中R是具有1-12个碳原子的烷基)、SO3CF3 -、3 -硫三氧基苯基。在一个实施方案中，第二组分选自具有含一个或多个具有1至12个碳原子的烷基部分的季铵或卤化物，例如三甲胺盐酸盐、甲基三丁基卤化铵、三烷基膦盐酸盐、四烷基膦氯化物、甲基三烷基膦卤化物或取代的杂环卤化铵化合物，例如烃基取代的吡啶鎓卤化物化合物，例如1-丁基吡啶鎓卤化物、苄基吡啶鎓卤化物或烃基取代的咪唑鎓卤化物，例如1-乙基-3-甲基咪唑鎓氯化物。
在一个实施方案中，含氯化物的离子液体催化剂选自烃基取代的吡啶鎓氯铝酸盐、烃基取代的咪唑鎓氯铝酸盐、季胺氯铝酸盐、三烷基胺氯化氢氯铝酸盐、烷基吡啶氯化氢氯铝酸盐及其混合物。例如，含氯化物的离子液体催化剂可以是酸性卤铝酸盐离子液体，例如分别为通式A和B的烷基取代的吡啶鎓氯铝酸盐或烷基取代的咪唑鎓氯铝酸盐。
在式A和B中，R、R1、R2和R3是H、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或己基，X是氯铝酸根。在式A和B中，R，R1，R2和R3可以相同或不同。在一个实施方案中，含氯化物的离子液体催化剂是N-丁基吡啶鎓氯铝酸盐。高度酸性的氯铝酸盐的实例是Al2Cl7 -和Al3Cl10 -。
在另一个实施方案中，含氯化物离子液体催化剂可以具有通式RR'R”NH+Al2Cl7 -，其中R、R'和R”是含有1至12个碳的烷基，并且其中R、R'和R”可以相同或不同。
在另一个实施方案中，含氯化物离子液体催化剂可以具有通式RR'R”R”'P+Al2Cl7 -，其中R、R'、R”和R”'是含有1至12个碳的烷基，并且其中R、R'、R”和R”'可以相同或不同。
存在的第一组分应该赋予含氯离子液体Lewis或Franklin酸性特性。通常，第一组分与第二组分的摩尔比越大，含氯化物的离子液体催化剂的酸性越大。第一组分(金属卤化物)与第二组分(季胺或季磷)的摩尔比在2:1至1.1:1的范围内。
在一个实施方案中，含氯化物的离子液体催化剂在烷基化反应器中与卤化氢和/或有机卤化物混合。卤化氢或有机卤化物可以提高总酸度并改变含氯化物的离子液体催化剂的选择性。有机卤化物可以是烷基卤。可以使用的烷基卤包括烷基溴、烷基氯、烷基碘及其混合物。可以使用各种烷基卤化物。在烷基化过程中包含进料物流的异构链烷烃或烯烃的烷基卤化物衍生物是良好的选择。所述烷基卤化物包括但不限于异戊基卤化物、异丁基卤化物、丁基卤化物(例如1-丁基卤化物或2-丁基卤化物)、丙基卤化物和乙基卤化物。也可以使用具有1至8个碳原子的其它烷基氯或卤化物。烷基卤化物可以单独使用或与卤化氢组合使用。通过将烷基卤化物或卤化氢注入烃进料、或离子液体催化剂、或直接注入烷基化反应器以将烷基卤化物或卤化氢进料至单元中。HCl或烷基化氯化物的用量、注入的位置和注入方法可影响有机氯化物副产物的形成量。美国专利号7495144和美国专利公开号20100298620A1中教导了使用烷基卤化物通过含氯离子液体催化剂来促进烃转化。
人们认为，在烃转化条件下烷基卤分解以释放质子酸或卤化氢，例如盐酸(HCl)或氢溴酸(HBr)。这些质子酸或卤化氢促进烃转化反应。在一个实施方案中，卤化氢或烷基卤化物中的卤化物是氯化物。在一个实施方案中，烷基卤化物是烷基氯化物，例如叔丁基氯化物。氯化氢和/或烷基氯化物可有利地使用，例如，当含氯离子液体催化剂是氯铝酸盐时。
离子液体催化剂再生
作为使用的结果，离子液体催化剂变得失活，即失去活性，并且最终可能需要被替换。然而，离子液体催化剂是昂贵的并且替换显着增加了操作费用。因此，期望在线再生离子液体催化剂并在烷基化过程中重复使用。美国专利号US7651970、US 7674739、US7691771、US 7732363和US 7732364教导了酸性离子液体催化剂的再生。
利用离子液体催化剂的烷基化方法生成称为混合聚合物的副产物。这些混合聚合物是高度不饱和的分子，并通过与离子液体催化剂形成络合物而使离子液体催化剂失活。将来自烷基化反应器的一部分用过的离子液体催化剂送至再生器反应器(未示出)，其从离子液体催化剂中除去混合聚合物并恢复离子液体催化剂的活性。再生反应器含有使混合聚合物饱和并从离子液体催化剂释放饱和聚合物分子的金属组分。再生过程可在搅拌反应器或固定床反应器中进行。为了易于操作，可以使用固定床反应器，即使固定床再生器反应器更容易被焦化物、腐蚀产物的沉积物和源自进料污染物的分解产物堵塞。可以在再生反应器之前加入包含具有合适孔径的吸附剂材料的保护床容器，以使进入再生反应器的污染物减到最少。
产品分离和精制
来自含有离子液体催化剂和卤化氢助催化剂的反应器的烃流出物产物可以含有痕量的卤化氢或有机卤化物或无机卤化物。当使用含氯化铝的催化剂时，则痕量的氯化氢、有机氯化物和无机氯化物可存在于反应器流出物中。HCl和有机氯化物优选被捕获并再循环到烷基化反应器中。无机氯化物如腐蚀产物或分解产物可以用过滤器捕获。
分离的烃产物可能仍含有痕量的HCl、有机氯化物和无机氯化物。从产物中除去HCl和无机氯化物通常通过苛性碱洗涤来进行。氯化物选择性吸附剂可用于捕获残留的氯化物。有机氯化物可以通过加氢、裂化或热苛性碱处理转化为HCl和有机烃。涉及产物进行氯化物脱除例如在美国专利号US 7538256，US 7955498和US 8327004中有所教导。
为了本说明书和所附权利要求的目的，除非另有说明，表示数量、百分比或比例的所有数字以及说明书和权利要求书中使用的其它数值应理解为在所有情况下由术语“约”修饰。此外，本文公开的所有范围包括端点并且可独立地组合。只要公开具有下限和上限的数值范围时，落入该范围内的任何数值也被具体公开。
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本申请中引用的所有出版物、专利和专利申请通过引用以其整体并入本文，其程度如同每个单独的出版物、专利申请或专利的公开内容被专门地和独立地说明以通过引用并入其整体。
附图是代表性的，并且可以不按比例绘制。根据本发明，上面公开的示例性实施方案的修改对于本领域技术人员是显而易见的。因此，本发明应理解为包括落入所附权利要求范围内的所有结构和方法。除非另作说明，否则对于可自其选择单个组分或组分混合物的一类元素、材料或其他组分的叙述意欲包括所列组分及其混合物的所有可能的次类组合。

Claims (43)

1.一种用于离子液体催化烃转化的系统，所述系统包括：
具有顶部的反应容器；和
设置在所述反应容器顶部的混合装置，其中所述混合装置包括：
上部文丘里管,在所述上部文丘里管远端具有轴向出口，所述上部文丘里管远端设置在所述反应容器内，其中所述上部文丘里管具有收缩点，所述收缩点在上部文丘里管出口上方和上部文丘里管入口下方的高度处，
设置在所述反应容器内的至少一个进料注入阵列，每个所述进料注入阵列与所述上部文丘里管同轴，以及
下部文丘里管,在所述下部文丘里管近端具有轴向入口，所述下部文丘里管近端设置在反应容器内，其中：
所述下部文丘里管入口与上部文丘里管出口径向向外隔开，以在所述上部文丘里管远端和所述下部文丘里管近端之间提供文丘里管间通道,
所述下部文丘里管与所述上部文丘里管同轴，
所述混合装置配置成用于将第一液体的中心射流从所述上部文丘里管出口向下喷射到所述下部文丘里管中，和
每个所述进料注入阵列配置成用于向所述上部文丘里管的轴线喷射第二液体。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述下部文丘里管入口与所述上部文丘里管出口设置在相同的高度或大约相同的高度。
3.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述下部文丘里管具有下部文丘里管收缩点，
所述至少一个进料注入阵列包括单个进料注入阵列，和
所述单个进料注入阵列设置在所述混合装置的第一高度处或所述混合装置的第二高度处，并且其中：
所述第一高度与下部文丘里管入口处于相同的高度或大约相同的高度，并且
所述第二高度与下部文丘里管收缩点处于相同的高度或大约相同的高度。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述至少一个进料注入阵列包括：
设置在所述混合装置的第一高度处的第一进料注入阵列，和
设置在所述混合装置的第二高度处的第二进料注入阵列。
5.根据权利要求4所述的系统，其中：
所述第一高度与下部文丘里管入口处于相同的高度或大约相同的高度，
所述下部文丘里管在低于下部文丘里管入口的高度处具有下部文丘里管收缩点，和
所述第二高度与所述下部文丘里管收缩点处于相同的高度或大约相同的高度。
6.根据权利要求1所述的系统，其中每个所述进料注入阵列包括6至50个进料注入喷嘴。
7.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：
与所述反应容器和所述混合装置流体连通的循环回路，所述循环回路具有连接到所述反应容器的容器出口的第一回路终端，用于将反应器流出物从所述反应容器中抽出到所述循环回路中，并且所述循环回路进一步具有连接到所述混合装置的第二回路终端，其中所述循环回路包括：
被配置为用于将新鲜离子液体催化剂加入到反应器流出物中的离子液体催化剂入口，其中第一液体包括所述反应器流出物与所述新鲜离子液体催化剂的组合，和
被配置为用于冷却所述第一液体的换热器。
8.根据权利要求7所述的系统，进一步包括：
与所述循环回路流体连通的离子液体/烃分离器，其中：
所述离子液体/烃分离器在循环回路的外部，
所述系统被配置成用于将来自所述循环回路的反应器流出物的一部分进料到所述离子液体/烃分离器，和
所述离子液体/烃分离器被配置为用于将所述反应器流出物的一部分分离成离子液体催化剂相和烃相。
9.根据权利要求8所述的系统，进一步包括：
与所述离子液体/烃分离器流体连通的分馏单元，其中：
所述分馏单元包括一个或多个蒸馏塔，且
所述分馏单元被配置成用于从所述烃相中分离烷基化产物。
10.根据权利要求7所述的系统，进一步包括与所述换热器和所述混合装置流体连通的静态混合器。
11.根据权利要求1的系统，其中：
所述系统还包括与所述反应容器流体连通的循环回路，并且其中：
每个所述进料注入阵列包括多个进料注入喷嘴；
每个所述进料注入阵列被配置成用于将第二液体的多个侧向射流向所述上部文丘里管的轴线喷射；
所述循环回路包括与所述反应容器流体连通的换热器；
所述换热器被配置成用于冷却所述反应容器的反应器流出物；
所述循环回路与所述混合装置流体连通，用于将冷却的反应器流出物输送到所述混合装置；和
所述第一液体包括冷却的反应器流出物。
12.根据权利要求11所述的系统，其中：
所述混合装置配置成用于将中心射流从所述上部文丘里管出口轴向向下喷射到所述下部文丘里管入口中，和
每个所述进料注入喷嘴的轴线与上部文丘里管的轴线在上部文丘里管出口下方的共同交叉点处相交。
13.根据权利要求11所述的系统，其中：
所述下部文丘里管近端与所述上部文丘里管远端设置在相同的高度或大致相同的高度，
所述至少一个进料注入阵列与所述下部文丘里管近端处于相同的高度或大约相同的高度，和
多个进料注入喷嘴与上部文丘里管出口的周边终止于相同的径向位置或大约相同的径向位置。
14.根据权利要求1的系统，其中
所述系统进一步包括容器出口和与所述容器出口流体连通的循环回路；
所述混合装置与所述反应容器流体连通；
所述系统配置成用于将反应器流出物通过所述容器出口从所述反应容器抽出到所述循环回路中，
所述循环回路包括配置成用于冷却所抽出的反应器流出物的换热器，
所述循环回路被配置成用于将所述抽出的反应器流出物的至少一部分再循环到所述混合装置以向所述反应容器提供外部再循环流；
所述外部再循环流包括所述抽出的反应器流出物；
所述上部文丘里管在上部文丘里管近端处具有轴向上部文丘里管入口并且上部文丘里管与所述循环回路流体连通，用于在所述上部文丘里管入口处接收所述外部再循环流；所述上部文丘里管配置成用于从所述上部文丘里管出口轴向向下地喷射所述外部再循环流的中心射流；和
每个所述进料注入阵列被配置为向外部再循环流的中心射流同时喷射多个烃进料的侧向射流。
15.根据权利要求14所述的系统，其中：
所述下部文丘里管入口与所述上部文丘里管出口设置在相同的高度或大约相同的高度，
所述下部文丘里管入口和所述上部文丘里管出口中的每一个至少基本上是圆形的，
所述文丘里管间通道至少基本上是环状的，和
所述文丘里管间通道配置成用于循环通过所述反应容器的内部再循环流。
16.根据权利要求1的系统，
其中所述进料注入阵列包括进料注入环，所述进料注入环具有至少一个进料注入端口。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述至少一个进料注入端口包括在所述进料注入环的内部中的环形狭缝。
18.根据权利要求16所述的系统，其中所述进料注入环具有2到50个所述进料注入端口。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述进料注入端口对称地布置在所述进料注入环的内部。
20.根据权利要求16所述的系统，其中所述第二液体作为射流从每个所述进料注入端口喷射。
21.根据权利要求16所述的系统，其中：
所述进料注入环与所述上部文丘里管同轴，并且
所述系统被配置成使得所述第二液体的至少一个射流与所述中心射流碰撞。
22.根据权利要求16所述的系统，其中所述进料注入环与所述下部文丘里管入口设置在相同的高度或大致相同的高度。
23.根据权利要求16所述的系统，其中所述下部文丘里管入口与所述上部文丘里管出口设置在相同的高度或大致相同的高度。
24.根据权利要求16所述的系统，进一步包括：
与所述反应容器和所述混合装置流体连通的循环回路，所述循环回路具有连接到所述反应容器的容器出口的第一回路终端，用于将反应器流出物从所述反应容器中抽出到所述循环回路中，并且所述循环回路进一步具有连接到所述混合装置的第二回路终端，其中所述循环回路包括：
被配置为用于将新鲜离子液体催化剂加入到所述反应器流出物中的离子液体催化剂入口，和
被配置为用于冷却所述第一液体的换热器，其中所述第一液体包括所述反应器流出物与所述新鲜离子液体催化剂的组合，并且所述第二液体包括烃进料。
25.根据权利要求24所述的系统，进一步包括：
与所述循环回路流体连通的离子液体/烃分离器，其中：
所述离子液体/烃分离器在所述循环回路的外部，
所述系统被配置成用于将来自所述循环回路的反应器流出物的一部分进料到所述离子液体/烃分离器中，和
所述离子液体/烃分离器被配置成用于将反应器流出物的一部分分离成离子液体催化剂相和烃相。
26.根据权利要求25所述的系统，进一步包括：
与所述离子液体/烃分离器流体连通的分馏单元，其中：
所述分馏单元包括一个或多个蒸馏塔，和
所述分馏单元被配置为用于从所述烃相中分离烷基化产物。
27.根据权利要求1的系统，其中每个所述进料注入阵列包括多个进料注入喷嘴。
28.根据权利要求27的系统，其中每个所述进料注入阵列的多个进料注入喷嘴对称布置。
29.根据权利要求27的系统，其中每个所述进料注入喷嘴的轴线与所述上部文丘里管的轴线以θ角度相交，θ角度在20°至90°的范围内。
30.根据权利要求27的系统，其中每个所述进料注入喷嘴的轴线与所述上部文丘里管的轴线以θ角度相交，θ角度在80°至90°的范围内。
31.根据权利要求27的系统，其中每个所述进料注入阵列配置成用于向所述上部文丘里管的轴线喷射第二液体的多个侧向射流。
32.根据权利要求31的系统，其中：
每个所述进料注入喷嘴喷射所述侧向射流中的一个，并且
每个所述进料注入喷嘴与上部文丘里管出口的周边终止于相同的径向位置或大约相同的径向位置。
33.根据权利要求31的系统，其中每个所述进料注入喷嘴终止于从所述上部文丘里管出口的周边径向向内的位置，使得所述中心射流与所述每个进料注入喷嘴的至少一个终端部分碰撞。
34.根据权利要求31的系统，其中：
所述系统被配置成使得每个所述侧向射流与所述中心射流碰撞，并且
所述系统还被配置为使得中心射流的第一液体线速度至少基本上等于每个所述侧向射流的第二液体线速度。
35.根据权利要求1的系统，其中所述文丘里管间通道配置成用于循环通过所述反应容器的内部再循环流。
36.一种用于离子液体催化烃转化的方法，包括：
a)从反应容器中抽出反应器流出物，所述反应器流出物包含来自烃进料的未反应的烃；
b)将离子液体催化剂加入到所述反应器流出物中以提供外部再循环流；
c)将所述外部再循环流引入混合装置，所述混合装置与所述反应容器流体连通，其中所述混合装置包括在上部文丘里管远端处具有轴向出口的上部文丘里管，以及在下部文丘里管近端具有轴向入口的下部文丘里管，其中所述上部文丘里管具有收缩点，所述收缩点在上部文丘里管出口上方和上部文丘里管入口下方的高度处；
d)将所述外部再循环流的中心射流从所述上部文丘里管出口向下喷射到所述下部文丘里管中；
e)将内部再循环流通过文丘里管间通道循环通过所述下部文丘里管，所述文丘里管间通道通过所述下部文丘里管入口与所述上部文丘里管出口径向向外间隔开来提供；以及
f)与所述中心射流的喷射同时，向所述中心射流喷射烃进料，使得所述烃进料与所述中心射流碰撞，其中：
所述上部文丘里管远端和所述下部文丘里管近端设置在所述反应容器内，和
所述下部文丘里管与所述上部文丘里管同轴。
37.根据权利要求36所述的方法，其中：
所述中心射流包括包含所述离子液体催化剂的液滴的离子液体/烃乳液，和
步骤f)包括在烷基化条件下使所述烃进料与所述离子液体催化剂接触以提供烷基化产物。
38.根据权利要求37所述的方法，其中：
所述离子液体催化的烃转化包括链烷烃烷基化，
烃进料包含至少一种C2-C10烯烃和至少一种C4-C10异构链烷烃，
所述离子液体催化剂包含氯铝酸盐离子液体，和
烷基化条件包括在-40℃至150℃范围内的温度和在大气压至8000kPa范围内的压力。
39.根据权利要求36所述的方法，其中：
所述混合装置还包括设置在所述反应容器内的进料注入阵列，
所述进料注入阵列包括多个进料注入喷嘴，和
步骤f)包括将所述烃进料通过所述进料注入喷嘴向所述中心射流喷射。
40.根据权利要求36所述的方法，其中：
所述混合装置还包括设置在所述反应容器内的进料注入环，所述进料注入环具有至少一个进料注入端口，以及
步骤f)包括将所述烃进料通过所述至少一个进料注入端口向所述中心射流喷射。
41.根据权利要求36所述的方法，其中所述中心射流包括离子液体/烃乳液，所述离子液体/烃乳液包含直径在1-1000微米范围内的离子液体催化剂液滴。
42.根据权利要求36所述的方法，其中所述离子液体催化烃转化选自：链烷烃烷基化、链烷烃异构化、烯烃低聚、烯烃或链烷烃的裂解和芳族烷基化。
43.根据权利要求36所述的方法，进一步包括：
g)将一部分反应器流出物进料到离子液体/烃分离器；
h)通过所述离子液体/烃分离器，将反应器流出物的一部分分离成离子液体催化剂相和烃相；以及
i)通过分馏单元从烃相中分离烷基化产物。
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