CN107429170B - 气动搅动离子液体放热烃转化反应的方法和系统 - Google Patents

气动搅动离子液体放热烃转化反应的方法和系统 Download PDF

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Abstract

用于离子液体催化的烃转化(例如烷基化)的系统和设备，使用蒸发从离子液体反应器中移除反应热并在其中提供混合，其中烃蒸气从离子液体反应器中取出，并且所述烃蒸气通过烃蒸气回收单元回收，所述烃蒸气回收单元与所述离子液体反应器流体连通，用于将冷凝的烃再循环到所述离子液体反应器。离子液体催化的烷基化方法也被公开。

Description

气动搅动离子液体放热烃转化反应的方法和系统
技术领域
本公开涉及用于离子液体催化的烃转化例如烷基化的系统、反应器和方法，使用蒸发从反应器中移除反应热并在其中提供混合。
背景
需要涉及用于离子液体催化的烃转化例如烷基化的系统、反应器和方法，使用蒸发从反应器中移除反应热并在其中提供混合。
概要
在一个实施方案中，提供了一种系统，包括被设计用于进行离子液体催化的放热烃转化反应的离子液体反应器，其中所述离子液体反应器包括被设计用于从所述离子液体反应器中取出烃蒸气的烃蒸气出口；并且所述系统还包括：设置在所述离子液体反应器内的至少一个离子液体注入喷嘴，每个离子液体注入喷嘴被设计用于将离子液体催化剂注入到所述离子液体反应器中；设置在所述离子液体反应器内的至少一个烃进料注入单元，每个烃进料注入单元被设计用于将烃进料流注入到所述离子液体反应器中；与所述烃蒸气出口流体连通的烃蒸气回收单元，其中所述烃蒸气回收单元被设计用于接收从所述离子液体反应器取出的烃蒸气并用于冷凝所取出的烃蒸气以提供冷凝烃液体流；以及与所述烃蒸气回收单元流体连通的冷凝烃液体管道，其被设计用于将所述冷凝烃液体流再循环到所述离子液体反应器。
在另一个实施方案中，提供了一种系统，包括被设计用于进行离子液体催化的放热烃转化反应的离子液体反应器，其中所述离子液体反应器包括位于所述离子液体反应器内的至少一个烃蒸发区，以及被设计用于从所述离子液体反应器中取出烃蒸气的烃蒸气出口；设置在离子液体反应器内的至少一个离子液体注入喷嘴，每个离子液体注入喷嘴被设计用于将离子液体催化剂注入到所述离子液体反应器中；设置在所述离子液体反应器内的至少一个烃进料注入单元，每个烃蒸发区设置在每个烃进料注入单元之上；以及与所述烃蒸气出口流体连通的烃蒸气回收单元，其中所述烃蒸气回收单元被设计用于接收从所述离子液体反应器取出的烃蒸气并用于冷凝所取出的烃蒸气以提供冷凝烃液体流。
在另一个实施方案中，提供了一种系统，包括被设计用于进行离子液体催化的烷基化的离子液体反应器，其中所述离子液体反应器包括被设计用于从所述离子液体反应器中取出烃蒸气的烃蒸气出口；并且所述系统还包括：设置在所述离子液体反应器内的至少一个离子液体注入喷嘴，每个离子液体注入喷嘴被设计用于将离子液体催化剂注入到所述离子液体反应器中；设置在所述离子液体反应器内的至少一个烃进料注入单元，与每个烃进料注入单元流体连通的烃进料注入管道，用于将组合进料流供给到每个烃进料注入单元，每个烃进料注入单元被设计用于将所述组合进料流注入到所述离子液体反应器中；与所述烃蒸气出口流体连通的烃蒸气回收单元，其中所述烃蒸气回收单元被设计用于接收经由所述烃蒸气出口从所述离子液体反应器取出的烃蒸气，并用于冷凝所取出的烃蒸气以提供冷凝烃液体流；以及与所述烃蒸气回收单元和所述烃进料注入管道流体连通的冷凝烃液体管道，其中所述冷凝烃液体管道被设计用于将来自所述烃蒸气回收单元的冷凝烃液体流供给到所述烃进料注入管道。
在另一个实施方案中，提供了一种方法，包括在离子液体烷基化条件下使烃进料流与离子液体催化剂在离子液体烷基化区中接触以进行放热离子液体烷基化反应；通过放热烷基化反应的反应热，蒸发离子液体烷基化区中至少一种烃的一部分，以在所述离子液体烷基化区提供烃蒸气；从所述离子液体烷基化区取出至少一部分所述烃蒸气；冷凝取出的烃蒸气以提供冷凝烃液体流；并将所述冷凝烃液体流再循环到所述离子液体烷基化区。
在另一个实施方案中，提供了一种方法，包括在离子液体烷基化条件下使至少一种异链烷烃和至少一种烯烃与离子液体催化剂在离子液体烷基化区中接触，以进行放热离子液体烷基化反应，其中离子液体烷基化区含有液体反应介质，所述液体反应介质包含分散在液态烃相中的所述离子液体催化剂的液滴；通过放热离子液体烷基化反应的反应热，蒸发所述离子液体烷基化区中的至少一种烃的一部分，以在所述液体反应介质内形成烃蒸气气泡；通过所述烃蒸气气泡，气动搅动所述离子液体烷基化区中的所述液体反应介质；从所述离子液体烷基化区取出至少一部分所述烃蒸气；冷凝取出的烃蒸气以提供冷凝烃液体流；并将所述冷凝烃液体流再循环到所述离子液体烷基化区。
在另一个实施方案中，提供了一种方法，包括将组合进料流注入到离子液体烷基化区中，其中所述组合进料流包含至少一种C4-C10异链烷烃和至少一种C2-C10烯烃；通过至少一个离子液体注入喷嘴将离子液体催化剂注入到所述离子液体烷基化区；在离子液体烷基化条件下使所述至少一种异链烷烃和所述至少一种烯烃与所述离子液体催化剂在所述离子液体烷基化区中接触，以在液体反应介质中进行放热离子液体烷基化反应；通过放热离子液体烷基化反应的反应热，蒸发所述组合进料流的至少一种烃组分的一部分以在所述离子液体烷基化区提供烃蒸气；从所述离子液体烷基化区取出至少一部分所述烃蒸气，其中所述烃蒸气包含选自丙烷、异丁烷、正丁烷及其组合的C3-C4烃；冷凝取出的烃蒸气以提供冷凝烃液体流；将所述冷凝烃液体流与烯烃进料流和异丁烷再循环流合并以提供组合进料流；从所述离子液体烷基化区取出所述液体反应介质的等分物流以提供反应器流出物流；将所述反应器流出物流分离成离子液体相和烃相；并分馏所述烃相以提供异丁烷再循环流和烷基化物产物。
离子液体催化烃转化的系统和方法的其它实施方案在下文中描述并示于附图中。如本文所使用的，术语“包括”和“包含”是指包括按照这些术语识别但不一定排除其他未知元素或步骤的指定的元素或步骤。
附图简介
图1示意性地表示根据本发明的一个实施方案的离子液体催化的烃转化的系统和方法，包括烃蒸气回收单元；
图2示意性地表示根据本发明的一个实施方案的离子液体催化的烃转化的系统和方法，包括分馏单元；
图3示意性地表示了根据本发明的一个实施方案的离子液体催化的烃转化的系统和方法，显示了烃蒸气回收装置的组成；
图4示意性地表示了根据本发明的一个实施方案的离子液体催化的烃转化的系统和方法，包括回收自烃蒸气回收单元的烃；
图5示意性地表示了根据本发明的一个实施方案的离子液体催化的烃转化的系统和方法，显示液体反应介质的侧面取出；
图6示意性地表示了根据本发明的一个实施方案的离子液体催化的烃转化的系统和方法，包括液位计和控制阀；
图7示意性地表示根据本发明的一个实施方案的离子液体催化的烃转化的系统和方法，显示液体反应介质的再循环；
图8示意性地表示根据本发明的一个实施方案的离子液体催化的烃转化的系统和方法，包括离子液体反应器内的引流管；
图9A示意性地表示了根据本发明的一个实施方案的包括引流管的立式离子液体反应器，图9B示出了沿着线9B-9B所观察到的图9A的离子液体反应器。
图9C示意性地表示了根据本发明的一个实施方案的立式离子液体反应器内的内部区域和外部区域，图9D示出了沿着线9D-9D所观察到的图9C的离子液体反应器。
图10A示意性地表示了根据本发明的一个实施方案的立式包括具有扩大的引流管上部的引流管的离子液体反应器，并且图10B示出了沿着线10B-10B所观察到的图10A的离子液体反应器；
图11示意性地表示了根据本发明的一个实施方案的包括具有垂直间隔的烃进料注入单元的离子液体反应器的方法和系统；
图12A示意性地表示了根据本发明的一个实施方案的离子液体反应器，其显示了与烃进料注入单元有关的烃蒸发区，并且图12B示出了沿着线12B-12B所观察到的图12A的离子液体反应器；
图12C示意性地表示根据本发明的一个实施方案的离子液体反应器，其显示与每个烃进料注入单元有关的烃蒸发区；
图13A示意性地表示了根据本发明的一个实施方案的立式离子液体反应器基底部分，其具有设置在离子液体反应器的内部区域中的垂直间隔的烃进料注入单元和水平间隔的离子液体注入喷嘴；
图13B示意性地表示了根据本发明的一个实施方案的立式离子液体反应器基底部分，其具有在离子液体反应器的外部区域中的水平间隔的烃进料注入单元和水平间隔的离子液体注入喷嘴；
图13C示意性地表示了根据本发明的一个实施方案的立式离子液体反应器基底部分，其具有在离子液体反应器的外部区域中的水平间隔的烃进料注入单元以及在离子液体反应器的内部区域中的水平间隔的离子液体注入喷嘴；
图14A示意性地表示了根据本发明的一个实施方案的卧式离子液体反应器，其具有水平间隔的烃进料注入单元和水平间隔的离子液体注入喷嘴，其显示在不同方向上注入烃进料和离子液体催化剂，图14B示出了沿着线14B-14B所观察到的图14A的离子液体反应器；
图15A示意性地表示了根据本发明的一个实施方案的卧式离子液体反应器，其具有水平间隔的烃进料注入单元和邻近烃进料注入单元设置的离子液体注入喷嘴，图15B示出沿着线15B-15B所观察到的图15A的离子液体反应器。
详细说明
离子液体催化剂可用于烃转化反应，包括用于生产烷基化汽油调和组分的烷基化反应等。根据本公开的用于离子液体催化的烃转化的系统可以包括离子液体反应器和烃蒸气回收单元，其中所述烃蒸气回收单元与所述离子液体反应器流体连通以回收烃蒸气，所述离子液体反应器可以是通过所述离子液体反应器内的烃蒸发冷却，并且所述烃蒸气可以从所述烃蒸气回收单元再循环到所述离子液体反应器。
本文公开的离子液体反应器还提供液体反应介质的混合和循环，所述液体反应介质包括离子液体催化剂和烃反应物，以便在离子液体/烃混合物中产生大的离子液体催化剂相的表面积。这种混合和循环可能主要是由于烃蒸发引起离子液体反应器内的湍流，例如，离子液体反应器可以通过液体反应介质中作为放热反应的反应热的结果产生的烃蒸气的气泡气动搅动。结果，离子液体反应器可以在没有运动部件的情况下操作。
离子液体催化烃转化系统
用于离子液体催化的烃转化方法的系统可以包括离子液体反应器。在一个实施方案中，离子液体反应器可以被设计用于进行离子液体催化的放热烃转化反应，例如烷基化。离子液体反应器可以包括设计为从离子液体反应器中取出烃蒸气的烃蒸气出口。在一个实施方案中，烃蒸气出口可以设置在离子液体反应器的顶部。在一个子实施方案中，离子液体反应器可以是立式，并且烃蒸气出口可以相对于离子液体反应器轴向设置。在一个实施方案中，离子液体反应器可以是卧式。
这种系统可以进一步包括至少一个离子液体注入喷嘴。在一个实施方案中，每个离子液体注入喷嘴可以设置在离子液体反应器内。每个离子液体注入喷嘴可以被设计用于将离子液体催化剂注入到离子液体反应器中。在一个实施方案中，每个离子液体注入喷嘴可以包括用于提供合适尺寸或尺寸范围的离子液体催化剂的液滴的任何喷嘴或开口。在一个实施方案中，每个离子液体注入喷嘴可以被设计用于在离子液体反应器内产生离子液体催化剂的小到微小的液滴。在一个实施方案中，这种离子液体催化剂的液滴可以具有1至1000微米、或5至500微米、或 10至250微米的直径。
这种液滴不仅可以提供将产生高反应速率和高质量的产物(例如烷基化物)的离子液体催化剂表面积，而且可以提供有利于后续下游相分离的液体反应介质(烃/离子液体混合相)。离子液体注射喷嘴产生的离子液滴的尺寸或尺寸范围可以例如通过调节离子液体进料的流量或离子液体喷嘴的数量、尺寸和构型来选择。在一个实施方案中，离子液体注入喷嘴可以是管道或管子等中的一个或多个孔的形式。在一个实施方案中，每个离子液体注入喷嘴可以被设计用于将离子液体催化剂向上或向下注入到离子液体反应器中。
这种系统可以进一步包括至少一个烃进料注入单元。在一个实施方案中，每个烃进料注入单元可以设置在离子液体反应器内。每个烃进料注入单元可以被设计用于将烃进料流注入到离子液体反应器中。在一个实施方案中，每个烃进料注入单元可以包括烃进料注入喷嘴或烃进料注入分布器。在一个实施方案中，进料注入分布器可以被认为是烃进料注入喷嘴的阵列。在一个实施方案中，烃进料注入喷嘴可以是管道或管子等中的一个或多个孔(孔、空隙、狭缝等)的形式。在一个实施方案中，烃进料注入分布器可以是管道或管子等中的这种孔的阵列的形式。在一个实施方案中，每个烃进料注入单元可以被设计用于将烃进料流向上或朝向反应器顶部注入到离子液体反应器中。
这种系统还可以进一步包括与烃蒸气出口流体连通的烃蒸气回收单元。所述烃蒸气回收单元可以被设计用于接收从离子液体反应器中取出的烃蒸气，并用于冷凝取出的烃蒸气以提供冷凝烃液体流。在一个实施方案中，烃蒸气回收单元可以包括一种或多种选自蒸气/夹带液体分离器、气体压缩机、热交换器、气体/冷凝液体分离器及其组合的部件。
在一个实施方案中，烃蒸气回收单元可以被设计用于回收至少 5mol％的注入到离子液体反应器中的烃进料物流，或者5-50mol％的注入到离子液体反应器中的的烃进料流。在一个实施方案中，烃蒸气回收单元可以被设计用于回收从离子液体反应器中取出的烃蒸气以提供冷凝烃液体流，并且该系统可被设计用于将冷凝烃液体流再循环到离子液体反应器。在一个实施方案中，冷凝烃液体流可以表示至少5mol％的注入到离子液体烷基化反应器中的烃进料流，或者5-50mol％的注入到离子液体反应器中的烃进料流。
在一个实施方案中，所述烃蒸气回收单元可以包括：与所述烃蒸气出口流体连通并且设置在其下游的蒸气/夹带液体分离器；与所述蒸气/ 夹带液体分离器流体连通并设置在其下游的气体压缩机；与所述气体压缩机流体连通并设置在其下游的热交换器；以及与所述热交换器流体连通并设置在其下游的气体/冷凝液体分离器。
这种系统还可以进一步包括与烃蒸气回收单元流体连通的冷凝烃液体管道。在一个实施方案中，所述冷凝烃液体管道可以被设计用于将冷凝烃液体流再循环到离子液体反应器。在一个实施方案中，烃蒸气回收单元可以被设计用于将所述冷凝烃液体流全部再循环到离子液体反应器，即，所述冷凝烃液体流可以作为整体再循环到离子液体反应器中而无需尝试分离所述冷凝烃液体流的任何成分。
在一个实施方案中，离子液体反应器可以是大致圆柱形的。离子液体反应器可以从垂直向和水平向中选择取向。离子液体反应器可以具有反应器底部、反应器顶部和反应器流出物出口。在一个实施方案中，反应器流出物出口可以设置在反应器底部，并且烃蒸气出口可以设置在反应器顶部。在一个实施方案中，多个离子液体注入喷嘴中的每一个可以设置在与反应器底部总体上相同的高度处。
在一个实施方案中，每个离子液体注入喷嘴可以设置在离子液体反应器的下部或基底部分，并且每个离子液体注入喷嘴可以被设计用于将离子液体催化剂向上注入到离子液体反应器中。在另一个实施方案中，每个离子液体注入喷嘴可以设置在离子液体反应器的上部或顶部，并且每个离子液体注入喷嘴可以被设计用于将离子液体催化剂向下注入到离子液体反应器中。本文所用的术语“顶部部分”是指在、邻近、或接近离子液体反应器顶部的离子液体反应器的部分。
在另一个实施方案中，每个烃进料注入单元可以设置在离子液体反应器的下部或基底部分，并且每个烃进料注入单元可以被设计用于将烃进料流向上注入到离子液体反应器中。在一个实施方案中，每个离子液体注入喷嘴可以设置为邻近每个烃进料注入单元。在一个实施方案中，所述至少一个烃进料注入单元可以包括多个烃进料注入单元，并且多个烃进料注入单元可以以选自水平间隔、垂直间隔及其组合的方式彼此间隔开。也就是说，设置在离子液体反应器内的多个烃进料注入单元可以在水平、垂直或水平和垂直两个方向上彼此间隔开。
在一个实施方案中，离子液体反应器可以包括基本上圆柱形的反应器壁。在一个子实施方案中，离子液体反应器可以是立式，并且引流管可以设置在离子液体反应器内。在一个实施方案中，引流管可以同轴地设置在反应器壁内。引流管可以在引流管内限定内部区域，并且反应器壁和引流管可以联合限定引流管外部的外部区域。
在一个实施方案中，引流管可以比反应器壁短，使得反应器壁可以在引流管顶部上方和/或在引流管底部下方延伸。然而，为了描述烃进料注入单元和离子液体注入喷嘴的位置，内部区域可以被认为在引流管的端部的上方和/或下方延伸，例如在离子液体反应器的整个长度(或高度)上。在本公开中，立式圆柱形离子液体反应器的内部区域和外部区域的概念也可以应用于本身缺乏引流管的实施方案。
在一个实施方案中，至少一个烃进料注入单元可以设置在内部区域内。在一个子实施方案中，至少一个烃进料注入单元可以与内部区域同轴。在另一个实施方案中，至少一个烃进料注入单元可以设置在外部区域中，即在引流管的外部。
在一个实施方案中，离子液体反应器可以是立式，至少一个烃进料注入单元可以相对于离子液体反应器轴向设置，并且至少一个烃进料注入单元可被设计用于将烃进料物流向上注入离子液体反应器的内部区域。
在另一个实施方案中，离子液体反应器可以是立式，并且系统可以进一步包括在离子液体反应器内垂直设置的引流管，以限定引流管内的内部区域和引流管外部的外部区域，其中至少一个离子液体注入喷嘴可以设置在外部区域中，并且至少一个烃进料注入单元可以设置在内部区域中。
在另一个实施方案中，离子液体反应器可以是立式，并且系统可以进一步包括在离子液体反应器内垂直设置的引流管，以限定引流管内的内部区域和引流管外部的外部区域，其中至少一个离子液体注入喷嘴和至少一个烃进料注入单元可以设置在内部区域中。
在另一个实施方案中，离子液体反应器可以是立式，并且系统可以进一步包括垂直设置在离子液体反应器内的引流管，以限定引流管内的内部区域和引流管外部的外部区域，其中至少一个离子液体注入喷嘴和至少一个烃进料注入单元可以设置在外部区域中。
在一个实施方案中，离子液体反应器可以具有垂直设置其中的引流管，其中引流管可以包括膨胀或扩大的上部。作为示例，引流管可以在引流管上部具有比在引流管的下部更大的直径(参见例如图10A-10B)。在一个实施方案中，引流管下部可以是圆柱形的，并且引流管上部可以具有锥形壁。在一个子实施方案中，引流管可具有截头圆锥形的上部。在不受理论约束的情况下，引流管的扩大的上部可以促进在离子液体反应器的上部中的液体反应介质中的气泡脱离，从而增强烃气-液相分离，并且有助于来自离子液体反应器顶部的烃蒸气单独取出，即，使得烃蒸气可以在基本不存在液体反应介质的情况下取出。
在一个实施方案中，系统还可以包括与离子液体反应器的烃蒸气出口流体连通的除雾器单元。在一个实施方案中，除雾器单元可以被设计用于从烃蒸气中去除夹带的液体(例如离子液滴)。在一个实施方案中，除雾器单元可以设置在烃蒸气回收单元的上游。在一个实施方案中，除雾器单元可以与离子液体反应器成一体。在一个子实施方案中，除雾器单元可以设置在位于离子液体反应器的顶部或附近的离子液体反应器的颈部内。在一个实施方案中，除雾器单元可以包括除雾填充材料。在一个实施方案中，来自烃蒸气出口的烃蒸气流夹带的离子液体液滴可以在除雾器单元中聚结，并且这种聚结的离子液体可以返回到离子液体反应器。
在一个实施方案中，离子液体反应器可以包括被设计用于从离子液体反应器中取出液体反应介质的反应器流出物出口，例如提供反应器流出物流。在一个子实施方案中，离子液体反应器可以是立式。在一个实施方案中，反应器流出物出口可以设置在离子液体反应器的下部或基底部分，例如在反应器底部中。在另一个实施方案中，反应器流出物出口可以侧向设置在离子液体反应器的一边。在一个子实施方案中，离子液体反应器中的液体反应介质的液位可以通过从侧向反应器流出物出口“溢流”来控制。在另一个实施方案中，离子液体反应器中的液体反应介质的液位可以通过流出物控制阀与液位计结合控制，所述液位计用于监测离子液体反应器中的液位并向流出物控制阀发出信号。
在一个实施方案中，离子液体反应器可能缺少气相进料或入口。在一个实施方案中，离子液体反应器可以提供足够的湍流和离子液体催化剂液滴与液体烃的混合，以在离子液体反应器中除了流体流动以外没有任何运动部件时有效地进行烷基化。在一个实施方案中，离子液体反应器内的液体反应介质的循环或流动可以部分地由于离子液体反应器中的烃的蒸发而被驱动，这是由于从放热的烃转化(例如烷基化反应)产生的热(反应热)。
在一个实施方案中，离子液体反应器内的混合源可以包括将烃进料注入到离子液体反应器中并将离子液体催化剂注入到离子液体反应器中。当烃进料流和离子液体催化剂被逆流注入时，这些混合源可能更显著。在一个实施方案中，可以通过以下产生更高的混合速率：i)局部湍流，例如在每个烃进料注入单元的上方或邻近处由于液体反应介质中的烃的气化增强而导致的，和ii)离子液体反应器内液体反应介质的循环，例如液体反应介质可以在离子液体反应器的内部区域沿第一方向和外部区域沿相反方向流动。作为非限制性实例，液体反应介质可以在内部区域中向上和在外部区域中向下流动，或者反之亦然(参见例如图 13A-13C)。
在一个实施方案中，离子液体反应器可以被设计用于容纳液体反应介质，并且在主要归因于反应器中的烃蒸发且缺少任何运动部件时发生液体反应介质混合。作为示例，离子液体反应器可以通过来自放热烃转化反应的反应热而在液体反应介质内产生的烃蒸气气泡气动搅动。烃蒸气的至少一部分可能在反应器中上升并提供反应器内容物的搅拌和混合。这种反应器在本文中可以称为气动搅拌的离子液体反应器。
在一个实施方案中，烃进料流可通过烃进料注入单元注入进入或引向与整体离子液体反应器的烃蒸发速率相比的增强的烃蒸发区域。这种增强的烃蒸发的区域在本文中可以称为烃气化区。虽然不受理论束缚，烃气化区中的增强的烃蒸发可能是由于邻近烃进料注入的离子液体烷基化反应速率较高的缘故。
在一个实施方案中，烃进料流可以向上从至少一个烃进料注入单元注入到离子液体反应器中，使得烃蒸发区可以位于每个烃进料注入单元上方。在一个实施方案中，每个烃进料注入单元可以位于离子液体反应器的下部或基底部分。在一个实施方案中，液体反应介质可以以限定的方式在离子液体反应器内循环。在一个实施方案中，液体反应介质在离子液体反应器内的这种循环可以主要通过在一个或多个烃蒸发区中的烃气化来驱动。
在一个实施方案中，离子液体反应器还可以包括设置在离子液体反应器的基底部分的液体再循环出口。在一个子实施方案中，液体循环出口可以位于离子液体反应器的底部。液体再循环出口可以被设计用于从离子液体反应器的基底部分取出液体反应介质。液体循环出口可以与每个离子液体注入喷嘴流体连通，以将再循环的液体反应介质注入到离子液体反应器中。本文所用的术语“基底部分”是指离子液体反应器在、邻近、或接近离子液体反应器底部的离子液体反应器的部分。
根据用于离子液体催化烃转化的系统的另一个实施方案，该系统可以包括设计为进行离子液体催化的烃转化反应的离子液体反应器。离子液体反应器可以包括位于其中的至少一个烃蒸发区和设计为从离子液体反应器中取出烃蒸气的烃蒸气出口。
该系统还可以包括设置在离子液体反应器内的至少一个离子液体注入喷嘴。每个离子液体注入喷嘴可以被设计用于将离子液体催化剂注入到离子液体反应器中。该系统还可以进一步包括设置在离子液体反应器内的至少一个烃进料注入单元。在一个实施方案中，烃蒸发区可以设置在每个烃进料注入单元上方。在一个实施方案中，系统可以被设计用于将组合进料流注入到离子液体反应器中。在一个子实施方案中，组合进料流可以经由烃进料注入单元向上注入离子液体反应器。在一个实施方案中，组合进料流可以包括与烯烃进料流、异链烷烃进料流和异丁烷再循环流中的至少一种混合的冷凝烃液体流。
在一个实施方案中，离子液体反应器可以通过烃蒸气气泡气动，所述烃蒸气气泡在每个烃蒸发区内通过来自放热烃转化反应的反应热产生。与离子液体反应器整体相比，每个烃蒸发区的特征可以是具有提高的烃蒸发水平(参见例如图12A-12C)。
该系统还可以进一步包括与烃蒸气出口流体连通的烃蒸气回收单元。烃蒸气回收单元可以被设计用于接收从离子液体反应器中取出的烃蒸气，并用于冷凝取出的烃蒸气以提供冷凝烃的液体流。在一个实施方案中，烃蒸气回收单元可以包括与烃蒸气出口流体连通的蒸气/夹带液体分离器，用于从取出的烃蒸气中分离夹带的液体。烃蒸气回收单元还可包括气体压缩机，其与蒸气/夹带液体分离器流体连通，用于压缩取出的烃蒸气。烃蒸气回收装置还可以包括与气体压缩机流体连通的用于冷却压缩烃蒸气的热交换器。烃蒸气回收装置还可以进一步包括与热交换器流体连通的气体/冷凝液体分离器，用于从冷凝烃液体流分离不可冷凝气体。
在一个实施方案中，该系统还可以包括与每个烃进料注入单元流体连通的烃进料注入管道，用于将组合进料流进料到每个烃进料注入单元。在一个实施方案中，该系统还可以包括与烃进料注入管道和气体/ 冷凝液体分离器流体连通的冷凝烃液体管道，用于将冷凝烃液体流进料到烃进料注入管道。
根据用于离子液体催化的烃转化的系统的另一个实施方案，该系统可以包括被设计用于进行离子液体催化的烷基化的离子液体反应器。离子液体反应器可以包括被设计用于从离子液体反应器中取出烃蒸气的烃蒸气出口。至少一个离子液体注入喷嘴可以设置在离子液体反应器内，并且每个离子液体注入喷嘴可以被设计用于将离子液体催化剂注入到离子液体反应器中。至少一个烃进料注入单元也可以设置在离子液体反应器内。
离子液体反应器可以含有液体反应介质，并且离子液体催化的烷基化可以包括产生足以蒸发液体反应介质的一些烃组分的反应热的放热反应。在一个实施方案中，离子液体反应器可以通过烃蒸气气泡气动搅动，所述烃蒸气气泡是在液体反应介质中通过来自放热烷基化反应的反应热产生的。
该系统可以进一步包括与烃蒸气出口流体连通的烃蒸气回收单元，其中烃蒸气回收单元可以被设计用于接收经由烃蒸气出口从离子液体反应器取出的烃蒸气，并用于冷凝取出的烃蒸气以提供冷凝烃液体流。该系统还可以包括与每个烃进料注入单元流体连通的烃进料注入管道，用于将组合进料流供给到每个烃进料注入单元。每个烃进料注入单元可以被设计用于将组合进料流注入到离子液体反应器中。
该系统还可以包括与烃蒸气回收单元和烃进料注入管道流体连通的冷凝烃液体管道，其中冷凝烃液体管道可设计为从烃蒸气回收单元进料冷凝烃液体流到烃进料注入管道。在一个实施方案中，组合进料流可以包含冷凝烃液体流和烯烃进料流。在一个实施方案中，组合进料流可以进一步包含异丁烷再循环流。在一个实施方案中，组合进料流还可以包含异链烷烃进料流。
该系统还可以包括与烃蒸气出口流体连通的除雾器单元。在一个实施方案中，除雾器单元可以被设计用于从所取出的烃蒸气中去除夹带的离子液体液滴。烃蒸气回收单元可以包括与除雾器单元流体连通并设置在其下游的蒸气/夹带液体分离器。在一个实施方案中，蒸气/夹带液体分离器可以被设计用于从取出的烃蒸气中分离残留的夹带液体。烃蒸气回收单元还可以包括与蒸气/夹带液体分离器流体连通并且设置在其下游的气体压缩机，其中气体压缩机可设计为用于压缩取出的烃蒸气。
烃蒸气回收单元还可以进一步包括与气体压缩机流体连通并设置在其下游的热交换器，其中热交换器可以被设计用于冷却压缩的烃蒸气。烃蒸气回收单元还可以进一步包括与热交换器流体连通并且设置在其下游的气体/冷凝液体分离器，其中气体/冷凝液体分离器可以被设计用于从冷凝烃液体中分离不可冷凝气体流。
离子液体催化的烃转化方法
根据另一个实施方案，可以使用本文公开的包含具有离子液体烷基化区的离子液体反应器的系统来实施用于离子液体催化的烃转化例如异链烷烃/烯烃烷基化的方法。用于这种离子液体催化方法的系统可以进一步包括如本文所述和如附图所示的附加元件、功能和特征。
在一个实施方案中，用于离子液体催化的烷基化方法可以包括在离子液体烷基化条件下使烃进料物流与离子液体催化剂在离子液体烷基化区接触，以进行放热离子液体烷基化反应。在一个实施方案中，该方法还可以包括离子液体烷基化区中蒸发至少一种烃的一部分以在离子液体烷基化区提供烃蒸气。这种烃蒸发可以通过放热的离子液体烷基化反应的反应热来诱导。在一个实施方案中，所述至少一种烃可以是烃进料流的组分。在一个实施方案中，所述至少一种烃可以包含C3-C4烃。在一个子实施方案中，在离子液体烷基化区中蒸发的至少一种烃可选自丙烷、正丁烷、异丁烷及其组合。
在一个实施方案中，可以经由所述烃蒸发从离子液体烷基化区移除热，例如，以便抵消在离子液体烷基化区内产生的反应热。在一个子实施方案中，通过离子液体烷基化区中的烃蒸发移除的热量可以基本上等于由离子液体烷基化区中的放热反应产生的反应热。
在一个实施方案中，用于离子液体催化的烷基化的这种方法还可以包括从离子液体烷基化区取出至少一部分烃蒸气。在一个实施方案中，从离子液体烷基化区取出烃蒸气可以包括取出上升到离子液体烷基化区顶部的全部的、或基本上全部的烃蒸气。除了烃蒸气之外，离子液体烷基化区可以含有液体反应介质。在一个实施方案中，在基本上不存在液体反应介质的情况下，烃蒸气可以例如通过烃蒸气出口从离子液体烷基化区的顶部取出。本文所用的术语“顶部部分”是指在、邻近、或接近离子液体反应器顶部的离子液体反应器的部分。
该方法还可以包括冷凝取出的烃蒸气以提供冷凝烃液体流。在一个实施方案中，取出的烃蒸气可以通过冷却取出的烃蒸气、通过压缩取出的烃蒸气或其组合而冷凝。在一个子实施方案中，可以通过压缩取出的烃蒸气并随后冷却压缩的烃蒸气来提供冷凝烃液体流。在一个实施方案中，用于压缩取出的烃蒸气的气体压缩机可以包括碳钢。该方法还可以进一步包括将冷凝烃液体流再循环到离子液体烷基化区。
在冷凝步骤之前，任何夹带的离子液体液滴可以从取出的烃蒸气中除去。在一个实施方案中，通过使烃蒸气通过除雾器单元，夹带的离子液体液滴可以从烃蒸气中除去。在一个实施方案中，除雾器单元可以包括或含有除雾填充材料。在一个实施方案中，离子液体的液滴可以聚结在除雾器单元的除雾填充材料上，并且这样的液滴可以例如通过重力返回到离子液体烷基化区。在一个实施方案中，离子液体的任何残余夹带的液滴也可以经由设置在除雾器单元下游的蒸气/夹带液体分离器从烃蒸气中除去。
在一个实施方案中，取出的烃蒸气可以经由热交换器冷却，并且该方法还可以包括任选地调节冷却剂流向热交换器的流量，从而控制离子液体烷基化区的温度。调节到热交换器的冷却剂流量是可选地提供给离子液体烷基化区额外冷却(即除了通过烃蒸发提供的冷却)的非限制性的例子。在一个实施方案中，热交换器可以包括壳管式热交换器。在一个子实施方案中，热交换器可以包括碳钢。
在一个实施方案中，在将冷凝烃液体流再循环到离子液体烷基化区之前，不可冷凝的气体可以与冷凝烃液流分离。在一个实施方案中，不可冷凝气体可以经由气体/冷凝液体分离器与冷凝烃液体流分离。在一个实施方案中，冷凝烃液体流可以包含至少一种C3-C4烷烃。
在一个实施方案中，从离子液体反应器中取出的烃蒸气可以包括丙烷，并且再循环冷凝烃液体流的步骤可以包括通过冷凝烃液体流(即，作为一个组分)再循环丙烷到离子液体烷基化区。在一个实施方案中，存在在取出的烃蒸气中的丙烷的至少50％、或至少75％、或至少90％、或至少95％、或至少99％可以通过冷凝烃液体流再循环到离子液体烷基化区。在一个实施方案中，再循环冷凝烃液体流的步骤可以包括将冷凝烃液体流再循环到离子液体烷基化区，而不对冷凝烃液体流进行任何分馏，即通过将冷凝的烃液流全部再循环到离子液体烷基化区。
在一个实施方案中，离子液体烷基化区可以包含液体反应介质，其包含分散在液态烃相中的离子液体催化剂的液滴。气化至少一种烃的步骤可包括在液体反应介质内形成烃蒸气气泡，并且该方法可进一步包括通过烃蒸气气泡气动搅动液体反应介质。烃蒸气的至少一部分气泡可以穿过液体反应介质上升到离子液体烷基化区的顶部，其中烃蒸气的气泡可能与液体反应介质脱离。由烃蒸发产生的离子液体烷基化区中包含的液体反应介质的混合，例如由于湍流，在本文中可以称为气动搅动。
在一个实施方案中，离子液体烷基化区可以基本保持在恒定温度和恒定压力。作为非限制性实例，离子液体烷基化区温度可以保持在目标温度值的±5°F，并且离子液体烷基化区压力可以保持在目标压力值的±35kPa。在一个实施方案中，在离子液体烷基化过程中不存在离子液体烷基化区的气相入口和没有气相进料。
在一个实施方案中，进入离子液体烷基化区的烃进料流可以包含组合进料流。在一个实施方案中，组合进料流可以包含至少一种烯烃和至少一种异链烷烃。在一个实施方案中，将冷凝烃液体物流再循环到离子液体烷基化区的步骤可以包括将冷凝烃液体流与烯烃进料流以及异丁烷再循环流合并以提供组合进料流。
在一个实施方案中，可以选择离子液体烷基化工艺条件以蒸发离子液体反应器中的一部分液态烃，足以移除在放热离子液体烷基化反应期间产生的热量的至少一部分，使得离子液体烷基化区(反应器)的任何外来冷却可能是不必要的、被最小化或减少。
在一个实施方案中，放热离子液体烷基化反应可以在液相中发生，组合进料流可以包含至少一种C3-C4烷烃，并且可以选择离子液体烷基化条件以促进仅至少一种C3-C4烷烃在放热离子液体烷基化反应的存在下蒸发。在一个子实施方案中，烷基化条件可以选择为使得C3-C4蒸发足以提供离子液体烷基化区的实质的冷却和/或足以在离子液体烷基化区内引起实质的湍流，可能仅当烷基化反应发生在阈值速率或以上时发生。
在一个实施方案中，该方法可以进一步包括经由至少一个烃进料注入单元将组合进料流向上注入离子液体烷基化区。在一个实施方案中，组合进料流可以在烃蒸发增强的位置(与作为整体的离子液体烷基化区的烃蒸发速率相比)或其相邻处注入。这种增强烃蒸发的区域在本文中可以称为烃气化区。虽然不受理论束缚，烃气化区中的增强的烃蒸发可能是由于邻近烃进料注入的离子液体烷基化反应速率较高。在一个实施方案中，烃蒸发区可以位于每个烃进料注入单元的上方和/或邻近。
每个进料单元可以包括喷嘴或分布器等。在一个实施方案中，烃注入喷嘴可以是管道或管子等中的一个或多个孔、洞或狭缝等的形式。在一个实施方案中，烃注入分布器可以是管道或管子等中的孔阵列的形式。在一个实施方案中，每个烃进料注入单元可以位于离子液体烷基化区的下部或基底部分。在一个实施方案中，离子液体烷基化区可以包含液体反应介质，其包含液态烃连续相和离子液体分散相。本文所用的术语“基底部分”是指离子液体反应器在、邻近、或接近离子液体反应器底部的离子液体反应器的部分。
在一个实施方案中，离子液体催化剂的注入可以提供小至微观的离子液体催化剂液滴，例如具有1至1000微米、或5至500微米、或10 至250微米的液滴直径。离子液体注入喷嘴可以设置在离子液体烷基化区中的液体反应介质的高于、等于或低于液体反应介质的水平。在子实施方案中，离子液体注入喷嘴可以设置在离子液体烷基化区中的液体反应介质的上方和下方。在一个实施方案中，离子液体烷基化区中的液体反应介质可以保持在恒定水平，例如通过液位控制阀、或通过从侧向流出物出口“溢流”。
在一个实施方案中，从离子液体烷基化区域取出的烃蒸气可以等于注入离子液体烷基化区的组合进料流的至少5摩尔％、或在5-50摩尔％范围内。与常规烷基化相反，在用于烷基化物生产的离子液体催化的异链烷烃-烯烃烷基化中，烃通常形成连续相，并且代表绝大多数的反应器内容物，只有少量的离子液体催化剂液滴作为分散相。由于在离子液体催化的烷基化方法中烃的相对量较大，与常规的烷基化方法(其中相对少量的烃分散在更大的常规催化剂体积中)相比，每单位体积的反应器可以进行更多的烃蒸发。在一个实施方案中，组合进料流的总烃组分的至少5摩尔％、或5-50摩尔％可以蒸发在、取出自、并再循环到离子液体烷基化区中。在一个实施方案中，将冷凝烃液体流再循环到离子液体反应器的步骤可以有利地将离子液体烷基化区中的异链烷烃/烯烃 (I/O)比增加至少5％、或者5-50％。
在本文公开的离子液体催化的烷基化方法期间，离子液体烷基化区可以包含液体反应介质，所述液体反应介质包含分散在液态烃相中的离子液体催化剂的液滴。在一个实施方案中，离子液体烷基化区中的至少一种烃的蒸发可引起液体反应介质的向上流动，例如在每个烃进料注入单元上方的位置。在一个实施方案中，除了流体流动之外，在离子液体烷基化区内没有运动部件。
在一个实施方案中，引流管可以设置在离子液体烷基化区内以限定引流管内的内部区域和引流管外的外部区域，其中引流管和外部区域各自包含液体反应介质。
在一个实施方案中，组合进料流可以被注入到引流管中，液体反应介质可以在引流管内总体上向上流动，并且液体反应介质可以在外部区域中总体上向下流动。在一个实施方案中，组合进料流可以向上轴向注入，即从引流管的大致中心。
在另一个实施方案中，组合进料流可以被注入到引流管外部的外部区域中，液体反应介质可以在外部区域中总体上向上流动，并且液体反应介质可以在引流管内总体上向下流动。
在一个实施方案中，该方法还可以包括通过至少一个离子液体注入喷嘴将离子液体催化剂注入离子液体烷基化区的外部区域。在一个实施方案中，离子液体注入喷嘴可以位于离子液体烷基化区的顶部或离子液体烷基化区的基底部分。离子液体催化剂可以向上或向下注入离子液体烷基化区。
在一个实施方案中，该方法还可以包括通过至少一种离子液体注入喷嘴将离子液体催化剂注入离子液体烷基化区的内部区域(参见例如图 13A)。在另一个实施方案中，该方法还可以包括通过至少一个离子液体注入喷嘴将离子液体催化剂注入离子液体烷基化区的外部区域(参见例如图13B)。
在一个实施方案中，该方法还可以包括从离子液体烷基化区的下部或基底部分取出液体反应介质，其中液体反应介质可以包含离子液体催化剂。在一个实施方案中，液体反应介质可以经由位于离子液体烷基化区的基底部分的液体再循环出口取出。在一个实施方案中，从离子液体烷基化区的基底部分取出的液体反应介质可以稍微富集离子液体催化剂，例如由于聚结的离子液滴的一些沉降。在一个实施方案中，取出的液体反应介质可以经由多个离子液体注入喷嘴再循环到离子液体烷基化区。在一个实施方案中，再循环的液体反应介质可以在注入离子液体烷基化区之前经由离子液体注入喷嘴与回收的和/或补充的离子液体催化剂合并。
根据另一个实施方案，用于离子液体催化的烷基化方法可以包括在离子液体烷基化条件下在离子液体烷基化区使至少一种异链烷烃和至少一种烯烃与离子液体催化剂接触，以进行放热离子液体烷基化反应。离子液体烷基化区可以包含液体反应介质，所述液体反应介质包含分散在液体烃相中的离子液体催化剂的液滴。在一个实施方案中，放热离子液体烷基化反应可以在液相和低于至少一种烃的沸点的条件下进行，其中至少一种烃可以在离子液体烷基化区的一个或多个区域中进行基本蒸发，与离子液体烷基化区整体相比，所述一个或多个区域烷基化反应的速率更高。
这种方法还可以包括蒸发离子液体烷基化区中的至少一种烃的一部分，以在液体反应介质内形成烃蒸气气泡。这种方法还可以包括通过烃蒸气气泡气动搅动离子液体烷基化区中的液体反应介质。在一个实施方案中，这种烃蒸发可以通过放热离子液体烷基化反应的反应热来诱导。在一个实施方案中，烃蒸气的至少一部分气泡可以穿过液体反应介质上升到离子液体烷基化区的顶部，其中烃蒸气气泡可能与液体反应介质脱离。该方法还可以包括从离子液体烷基化区取出至少一部分烃蒸气，将取出的烃蒸气冷凝以提供冷凝烃液体流，并将冷凝烃液体流再循环到离子液体烷基化区。
在一个实施方案中，通过将冷凝烃液体流全部与烯烃进料流和异丁烷再循环流组合以提供组合进料流，可将冷凝烃液体流再循环到离子液体烷基化区。也就是说，在一个实施方案中，冷凝烃液体流可以与烯烃进料流和异丁烷再循环流组合，而不对冷凝烃液体流进行任何分馏。该方法还可以进一步包括经由至少一个烃进料注入单元将组合进料流注入离子液体烷基化区。
在一个实施方案中，将组合进料流注入到离子液体烷基化区中的步骤可以包括将组合进料流向上注入离子液体烷基化区。在一个实施方案中，液体反应介质可以在每个烃进料注入单元上方的位置向上流动到离子液体烷基化区。液体反应介质的向上流动可能足以将离子液体催化剂的液滴悬浮在液体反应介质中。
在一个实施方案中，冷凝烃液体流可以包含选自丙烷、异丁烷、正丁烷及其组合的C3-C4烃。在一个实施方案中，丙烷和异丁烷可以一同通过冷凝烃液体流(即，作为组分)再循环到离子液体烷基化区。在一个实施方案中，冷凝烃液体流可以与烃进料流合并，例如在离子液体烷基化区上游的位置处提供组合进料流。
在一个实施方案中，该方法还可以包括通过多个离子液体注入喷嘴将离子液体催化剂注入离子液体烷基化区。离子液体催化剂的这种注入可提供包含分散在离子液体烷基化区中的液态烃连续相中的离子液体催化剂液滴的液体反应介质。
根据另一个实施方案，方法可以包括将组合进料流注入离子液体烷基化区，其中组合进料流可以包含至少一种C4-C10异链烷烃和至少一种 C2-C10烯烃。该方法还可以包括通过至少一个离子液体注入喷嘴将离子液体催化剂注入离子液体烷基化区。该方法还可以进一步包括在离子液体烷基化条件下使至少一种异链烷烃和至少一种烯烃与离子液体催化剂在离子液体烷基化区中接触以进行放热离子液体烷基化反应。离子液体烷基化反应可以在包含在离子液体烷基化区内的液体反应介质中进行。液体反应介质可以包括分散在液态烃相中的离子液体催化剂的液滴。
该方法还可以包括蒸发组合进料流的至少一种烃组分的一部分以在离子液体烷基化区中提供烃蒸气。在一个实施方案中，至少一种烃可以通过放热离子液体烷基化反应的反应热来汽化。这种烃蒸发可以包括在液体反应介质中形成烃蒸气气泡，其中烃蒸气气泡的至少一部分可以穿过液体反应介质上升到离子液体烷基化区的顶部。在一个实施方案中，该方法还可以包括通过烃蒸气气泡气动搅动液体反应介质。作为一个例子，在液体反应介质中烃蒸气气泡的形成和运动可能导致足以混合离子液体催化剂和液体反应介质液体烃组分的湍流。
该方法还可以包括从离子液体烷基化区取出至少一部分烃蒸气，其中烃蒸气可以包含选自丙烷、异丁烷、正丁烷及其组合的C3-C4烃。在一个实施方案中，烃蒸气可以从离子液体烷基化区的顶部部分取出。该方法还可以包括冷凝取出的烃蒸气以提供冷凝烃液体流。该方法可以进一步包括将冷凝烃液体流与烯烃进料流和异丁烷再循环流合并以提供组合进料流。在一个实施方案中，组合进料流可以包括烯烃进料流、异丁烷再循环流、冷凝烃液流和异链烷烃进料流。
在一个实施方案中，该方法还可以包括从离子液体烷基化区取出液体反应介质的等分物流以提供反应器流出物流。在一个实施方案中，液体反应介质尤其可以包含烷基化物产物、离子液体催化剂和异丁烷。在一个实施方案中，液体反应介质可以从离子液体烷基化区的基底部分取出。在另一个实施方案中，液体反应介质可以从侧向反应器流出物出口取出。在一个实施方案中，离子液体烷基化区中的液体反应介质的液位可以通过从侧向反应器流出物出口“溢出”来控制。在另一个实施方案中，液体反应介质的液位可以由与液位计连通的液位控制阀来控制(参见例如图6)。
该方法还可以进一步包括将反应器流出物流分离成离子液体相和烃相，并分馏烃相以提供异丁烷再循环流和烷基化物产物。在一个实施方案中，烃相可以分馏，例如通过包含一个或多个蒸馏塔的分馏单元提供异丁烷再循环料流和烷基化物产物。
现在将参考附图描述用于离子液体催化的烃转化的系统和装置，包括用于汽油生产的烷基化。
图1示意性地表示用于离子液体催化的烃转化例如烷基化的系统和方法。系统100可以包括离子液体反应器200和烃蒸气回收单元300。在离子液体催化的烷基化方法期间，烃进料流20可以进料(例如被注入)到离子液体反应器200中，并且同时离子液体催化剂42可以被引入(例如被注入)到离子液体反应器200中，使得所述离子液体催化剂与所述烃进料流接触。离子液体反应器200可以被设计用于进行离子液体催化的烃转化反应，例如用于烷基化物汽油生产的离子液体催化的烷基化。这种反应可能发生在液相中的离子液体反应器200内。离子液体反应器200可以在本文中定义并且可以在本文中称为离子液体烷基化区。
烃蒸气(例如包括C3-C4烃)可以由离子液体反应器200中产生的反应热量形成在离子液体反应器200中。离子液体反应器200可以包括烃蒸气出口201。烃蒸气出口201可以被设计用于从离子液体反应器200 中取出烃蒸气。烃蒸气出口201可以设置在离子液体反应器200的顶部，用于在基本上没有液体反应介质的情况下取出烃蒸气。
烃蒸气回收单元300可以经由烃蒸气出口201与离子液体反应器 200流体连通，用于从离子液体反应器200接收取出的烃蒸气30。烃蒸气回收单元300可以被设计用于冷凝取出的烃蒸气，以提供冷凝烃液体流20b。系统100可以被设计用于将冷凝的烃液流20b再循环到离子液体反应器200中。在离子液体催化的烷基化方法期间，液体反应介质21 可以从离子液体反应器200中取出，并且产物(例如烷基化物)可以从取出的液体反应介质21分离。
图2示意性地表示根据本发明的一个实施方案的离子液体催化的烃转化的系统和方法，包括分馏单元。图2示出的系统100可以包括离子液体反应器200、与离子液体反应器200流体连通的烃蒸气回收单元 300、与离子液体反应器200流体连通的烃/离子液体分离器400、和与烃/离子液体分离器400流体连通的分馏单元500。烃蒸气30经烃蒸气出口201从离子液体反应器200取出并且进料到烃蒸气回收单元300以提供冷凝烃液体流20b。冷凝烃液体流20b可经由冷凝烃液体管道312 再循环至离子液体反应器200。在一个实施方案中，到离子液体反应器 200的组合进料流20e可包含烯烃进料流20a、冷凝烃液体流20b和异丁烷再循环流20c。在一个实施方案中，组合进料流20e还可以包含异链烷烃进料流20d。组合进料流20e可以经由烃进料注入管道250进料至离子液体反应器200。
进一步参考图2，液体反应介质21可以从离子液体反应器200中通过管线216取出，以向烃/离子液体分离器400提供流出物流。离子液体相可以返回离子液体反应器200，再生，或酌情保留供将来使用。烃相44可以通过分馏单元500进行分馏以提供异丁烷再循环流20c以及馏分50a-50n，所述馏分50a-50n可包括例如烷基化物产物。
图3示意性地表示根据另一个实施方案的显示烃蒸气回收单元部件的用于离子液体催化的烃转化的系统100和的方法。在一个实施方案中，这种方法可以包括离子液体催化的烷基化。在离子液体催化的烷基化期间，烃进料流可以进料到离子液体反应器200。在一个实施方案中，烃进料流可以包括组合进料流20e，例如，如上参考图2所述。同时离子液体催化剂42可以被注入到离子液体反应器200中。离子液体反应器 200可以包括烃蒸气出口201。
离子液体反应器200中的烃转化反应例如烷基化可能是放热的。可以选择离子液体反应器内的条件(例如温度、压力)，使得液体反应介质的烃组分在没有烷基化反应产生的反应热的情况下保持在液相中。因为反应过程中产生的热量，烃蒸气可以在离子液体反应器200内(例如某些位点)产生。由此产生的烃蒸气的一部分可以经由烃蒸气出口201 从离子液体反应器200取出。烃蒸气可以含有夹带的离子液滴。烃蒸气可以通过除雾器单元302。除雾器单元302可以被设计用于从烃蒸气流 30除去离子液体催化剂的夹带液滴。在一个实施方案中，除雾器单元 302可以包括除雾填充材料(未示出)。离子液体的聚集的液滴可以例如通过重力返回离子液体反应器200。
在图3的实施方案中，系统100可以包括离子液体反应器200和与离子液体反应器200流体连通的烃蒸气回收单元，其中烃蒸气回收单元可以包括蒸气/夹带液体分离器304、气体压缩机306、热交换器308和气体/冷凝液体分离器310。取出的烃蒸气30可以经由管线301通到蒸气/夹带液体分离器304，其可以从烃蒸气中除去任何残留的夹带液滴。蒸气/夹带液分离器304在本文中也可称为第一气/液分离器。通过蒸气 /夹带液体分离器304捕获的离子液体催化剂和/或其它液体可以经由管线303返回到离子液体反应器200。
取出的烃蒸气可以从蒸气/夹带液体分离器304经由管线305通到气体压缩机306，以压缩取出的烃蒸气。压缩的烃蒸气可以经由管线307 从气体压缩机306通到用于冷却压缩烃蒸气的热交换器308。在一个实施方案中，热交换器308可以包括壳管式热交换器。冷凝烃液体流可以从热交换器308经由管线309通到气体/冷凝液体分离器310，以从冷凝烃液体流20b除去不可冷凝气体36。气体/冷凝液体分离器310在本文中也可以称为第二气/液分离器。应当理解，烃蒸气回收自、和再循环到的离子液体反应器200并不限于图3所示的结构。
在一个实施方案中，可以包含H2和HCl的不可冷凝气体36可以被送到异构汽提器(未示出)。冷凝烃液体流20b可以例如经由冷凝烃液体管道312再循环到离子液体反应器200中。在一个实施方案中，冷凝烃液体流20b可与烃进料流20例如包含烯烃进料流组合，以提供组合进料流20e(例如，如图2所示)。在一个实施方案中，冷凝烃液体流 20b可以通过将组合进料流20e注入到离子液体反应器200中来再循环到离子液体反应器200中。液体反应介质21的一部分可以从离子液体反应器200中取出，例如通过基部的反应器流出物出口204和反应器流出物管线216。
图4示意性地表示根据另一个实施方案的离子液体催化的烃转化的系统100和方法。系统100可以包括离子液体反应器200和与离子液体反应器200流体连通的烃蒸气回收单元300。离子液体反应器200可以包括反应器壁220和烃蒸气出口201。在一个实施方案中，离子液体反应器200可以基本上是圆柱形。离子液体反应器200可以是立式，并且可以包括反应器顶部202a和反应器基部202b。烃蒸气出口201可以设置在反应器顶部202a处。离子液体催化剂42可以通过离子液体注入管道240和离子液体注入喷嘴242引入离子液体反应器200。
离子液体反应器200可以含有液体反应介质21。液体反应介质21 可以包括分散在液态烃连续相中的离子液体催化剂的液滴。在离子液体烷基化方法期间，可以产生足以在液体反应介质21中蒸发至少一种烃组分的反应热。所得烃蒸气可以经由烃蒸气出口201从离子液体反应器 200中取出，烃蒸气30的料流可以被传送到烃蒸气回收单元300以提供冷凝烃液体流20b。
进一步参考图4，冷凝烃液体流20b可以从烃蒸气回收单元300再循环到离子液体反应器。离子液体反应器200可以包括至少一个烃进料注入单元252。在一个实施方案中，冷凝烃液体流20b可以与烃进料流 20组合，并且组合的流可以通过烃进料注入单元252注入离子液体反应器200。用于烃进料注入单元252的其它数量和构型也可考虑(参见例如图13A-13C和14A-15B)。
尽管在图4中示出的离子液体注入喷嘴242高于液体反应介质21 的液位21a，但是高于、等于或低于液体反应介质21的液位的离子液体催化剂的注入也是可能的。用于离子液体注入喷嘴242的其它数量和构型也可考虑(参见例如图13A-13C和14A-15B)。
图5示意性地表示用于离子液体催化的烃转化的系统100和方法。系统100可以包括离子液体反应器200、烃/离子液体分离器400和与离子液体反应器200流体连通的烃蒸气回收单元300。离子液体反应器200 可以包括烃蒸气出口201。在一个实施方案中，离子液体反应器200可以是基本上圆柱形的，离子液体反应器200可以是立式。
进一步参考图5，离子液体反应器200还可以包括侧向反应器流出物出口204'。液体反应介质21的等分物流可以经由204'从离子液体反应器200中取出，并通过反应器流出物管线216'送到烃/离子液体分离器400，以提供包含离子液体催化剂42的离子液体相和包含异丁烷和烷基化物产物的烃相44。离子液体催化剂42可以被再循环到离子液体反应器200中。烃相44可以送到分馏单元500(参见例如图2)。在一个实施方案中，离子液体反应器200中的液体反应介质21的液位21a(参见例如图4)可以通过从侧向的反应器流出物出口204'“溢出”来控制。来自烃蒸气回收单元300的冷凝烃液体流20b可以再循环到离子液体反应器200中。在一个实施方案中，冷凝烃液体流20b可与烃进料流20 组合，并且将组合进料流注入离子液体反应器200。
图6示意性地表示根据另一个实施方案的离子液体催化的烃转化的系统100和方法。系统100可以包括与离子液体反应器200和离子液体反应器200流体连通的烃蒸气回收单元300。烃蒸气30可以从离子液体反应器200通到烃蒸气回收单元300，以提供用于再循环至离子液体反应器200的冷凝烃液体流20b，基本上如本文对于其它实施方案所述。离子液体反应器200可以含有液体反应介质21(参见例如图4)。
图6的系统100还可以包括液位计270和与液位计270信号通信的流出物控制阀272。液位计270与离子液体反应器200连通，用于监测离子液体反应器200中的液体反应介质21的液位21a(参见例如图4)。液位计270可以向流出物控制阀272发出信号以便控制离子液体反应器 200中的液体反应介质21的液位21a。从离子液体反应器中取出的液体反应介质21可以在烃相分馏之前进行相分离以提供一种或多种产物，例如，如参照图2所述。
图7示意性地表示根据另一个实施方案的离子液体催化的烃转化的系统100和方法。系统100可以包括与离子液体反应器200和离子液体反应器200流体连通的烃蒸气回收单元300。烃蒸气30可以从离子液体反应器200通过烃蒸气出口201通到烃蒸气回收单元300，以提供冷凝烃液体流20b，用于再循环至离子液体反应器200，基本上如本文关于其它实施方案所述。冷凝烃液体流20b可再循环至离子液体反应器200 作为组合进料流20e的一部分，所述组合进料流20e用于通过至少一个烃进料注入单元252注入离子液体反应器200。
离子液体反应器200可以包含液体反应介质21。在图7的实施方案中，离子液体反应器200还可以包括被设计用于从离子液体反应器200 中抽出液体反应介质21的液体再循环出口203。离子液体反应器200 可以垂直向。在一个实施方案中，液体再循环出口203可以设置在离子液体反应器的下部或基底部分，在一个子实施方案中，液体再循环出口 203可以位于离子液体反应器200的底部。液体反应介质21可以经由液体循环泵600和管线207再循环到离子液体反应器200。管线207可以与离子液体注入管道240和离子液体注入喷嘴242流体连通。再循环的液体反应介质21可以经离子液体注入喷嘴242注入到离子液体反应器200。在一个实施方案中，再循环的液体反应介质21可以与离子液体催化剂42一起注入到离子液体反应器200中，所述离子液体催化剂42可以是相分离的离子液体催化剂、再生的离子液体催化剂或新鲜离子液体催化剂。
图8示意性地表示根据另一个实施方案的离子液体催化的烃转化的系统100和方法。系统100可以包括与本文所述的其它实施方案相同的部件和特征，包括离子液体反应器200和与离子液体反应器200流体连通的烃蒸气回收单元300，所述烃蒸气回收单元300用于冷凝烃蒸气30 并将冷凝烃液流20b再循环到离子液体反应器200。
在图8的实施方案中，离子液体反应器200可以是立式。离子液体反应器200可以包括基本上圆柱形的反应器壁220。在图8的实施方案中，系统100还可以包括设置在离子液体反应器200内的引流管230。引流管230和反应器壁220可共同限定离子液体反应器200的内部区域和外部区域(参见例如图9A-9D)。在一个实施方案中，引流管230可以与反应器壁220同轴设置。在一个实施方案中，反应器壁220可以在引流管230的上方和/或下方延伸。通常，在离子液体催化的烷基化方法期间设置引流管230将被液体反应介质21浸没，即，在液体反应介质21的液位21a以下。引流管230可促进液体反应介质21在离子液体反应器200内的循环和混合。
在一个实施方案中，至少一个烃进料注入单元252可以设置在引流管230内。在一个实施方案中，至少一个烃进料注入单元252可以与引流管230和离子液体反应器200同轴。在一个实施方案中，离子液体反应器200还可以包括用于将离子液体催化剂42注入到离子液体反应器 200中的多个离子液体注入喷嘴242。在图8的实施方案中，每个离子液体注入喷嘴242可以设置在引流管230的外部。一个实施方案中，每个离子液体注入喷嘴242可以设置在引流管230的上方。在一个实施方案中，引流管直径与反应器壁直径的比可以在0.1-0.9、或0.5-0.8的范围内。
图9A示意性地表示包括引流管230的离子液体反应器200，并且图9B示出了根据另一实施方案的沿着线9B-9B所观察到的图9A的离子液体反应器。离子液体反应器200可以是立式。离子液体反应器200可以包括反应器顶部202a、反应器底部202b和反应器壁220。反应器壁220 可以是基本上圆柱形的。在图9A-9B的实施方案中，离子液体反应器200 还可包括设置在离子液体反应器200内的引流管230。引流管230可至少基本上为圆柱形。引流管230可以在引流管230内限定内部区域IZ；引流管230和反应器壁220可以联合地限定引流管230外部的外部区域 OZ。在一个实施方案中，引流管230可以与离子液体反应器200/反应器壁220同轴设置。
图9C示意性地表示立式离子液体反应器200，并且图9D示出了根据另一实施方案的沿着管线9D-9D所观察到的图9C的离子液体反应器200。离子液体反应器200可以是基本上圆柱形的。离子液体反应器200 可以包括内部区域IZ和外部区域OZ。内部区域IZ和外部区域OZ可以分别对应于离子液体反应器200的内部和外部。在一个实施方案中，内部区域IZ可以是基本上圆柱形的，外部区域OZ可以是基本上环形的。在具有引流管230的离子液体反应器200的实施方案中，内部区域IZ 可对应于引流管230内的离子液体反应器200的区域，并且外部区域OZ 可对应于引流管230外的离子液体反应器200的区域(即设置在引流管230和反应器壁220之间)。然而，缺乏引流管的离子液体反应器200 的实施方案其内可类似地具有内部区域IZ和外部区域OZ。
如上所述，设置在离子液体反应器200内的引流管通常比离子液体反应器200短，使得反应器壁220可以在引流管的顶部上方和/或底部下方延伸。然而，为了描述内部区域IZ和外部区域OZ的位置，在此，例如，相对于烃进料注入单元252和离子液体注入喷嘴242、内部区域 IZ和外部区域OZ可以均被认为在引流管的端部(如果有的话)的上方和/或下方延伸，例如在离子液体反应器200的整个长度(高度)上(参见例如图9C)。
图10A示意性地示出了包括引流管230的离子液体反应器200，并且图10B示出了根据另一实施方案的沿着线10B-10B所观察到的图10A 的离子液体反应器。参考图10A-10B，离子液体反应器200可以是立式。离子液体反应器200可以包括反应器顶部202a、反应器底部202b和反应器壁220。离子液体反应器200和反应器壁220可以是基本上圆柱形的。在图10A-10B的实施方案中，离子液体反应器200还可以包括设置在离子液体反应器200内的引流管230。引流管230可以是立式并且可以与反应器壁220同轴设置。在一个实施方案中，230可以包括锥形壁。在一个实施方案中，引流管230可以包括扩大的引流管上部230a和基本上圆柱形的引流管下部230b。在一个子实施方案中，引流管230的扩大的上部230a可以是基本上截头圆锥形的结构。
图11示意性地表示根据另一个实施方案的离子液体催化的烃转化的系统100和方法。系统100可以包括离子液体反应器200和与离子液体反应器200流体连通的烃蒸气回收单元300。在一个实施方案中，离子液体反应器200可以是立式。离子液体反应器200可以包括反应器顶部202a、反应器底部202b，反应器壁220和烃蒸气出口201。烃蒸气 30可以从离子液体反应器200通过烃蒸气出口201通到烃蒸气回收单元 300以提供用于再循环至离子液体反应器200的冷凝烃液体流20b，基本上如本文为其它实施方案所述。
在图11的实施方案中，烃进料流20可经由烃供料管道250和多个烃进料注入单元252注入离子液体反应器200，其中至少两个烃进料注入单元252可垂直间隔开。在一个实施方案中，烃进料流可以包括组合进料流20e，例如，如参考图2所述。在一个实施方案中，烃进料注入单元252可以设置在离子液体反应器200的基底部分，进料注入单元252 可以被设计用于向上注入组合进料流20e。在一个子实施方案中，组合进料流20e可以在反应器底部202b处引入离子液体反应器200。
进一步参考图11，离子液体催化剂42可以经由多个离子液体注入喷嘴242注入离子液体反应器200，其中至少两个离子液体注入喷嘴242 可水平间隔开。如图11所示，离子液体注入喷嘴242可以设置在离子液体反应器200的上部或顶部，例如反应器顶部202a附近，并且离子液体注入喷嘴242可以被设计用于将离子液体催化剂42向下注入。虽然在图11中示出了两个烃进料注入单元252和两个离子液体注入喷嘴 242，但是其它数量和排列的烃进料注入单元252和离子液体注入喷嘴 242也是可能的。尽管图11的实施方案表明在离子液体反应器200内不存在引流管，但图11的烃进料注入单元252和离子液体注入喷嘴242的结构也可与引流管组合使用(参见，例如，图8)。
图12A-12B示意性地表示根据另一个实施方案的离子液体反应器。离子液体反应器200可以包括设置在离子液体反应器200的内部区域IZ 中的烃进料注入单元252。在一个子实施方案中，烃进料注入单元252 可以与离子液体反应器200同轴。图12B示出了沿着线12B-12B所观察到的图12A的离子液体反应器。可以保持离子液体反应器200中的反应条件使得在液相中发生离子液体烷基化反应，并且当反应速率达到相对高的速率时烃蒸发仅以相当大的速率发生，例如在具有较高浓度反应物区域(烃类进料)。
图12A和12B示出了在内部区域IZ内的烃进料注入单元252之上的位置处的烃蒸发区域VZ，其中烃蒸发区域VZ表示与离子液体反应器 200整个相比增强的烃蒸发区域。在一个实施方案中，这种增强的烃蒸发可能是由于接近烃进料注入单元252以及伴随的放热离子液体催化的烷基化反应的较高的速率。烃蒸发速率较高会引起离子液体反应器200 内的湍流，促进液体反应介质21的混合(参见图13A-13C)。在一个实施方案中，烃蒸发区VZ可指示离子液体反应器200内的最大液体速度的区域。在一个实施方案中，在蒸发区VZ内部和附近的离子液体反应器200内的液体反应介质21的混合和流动可以是最大的。
图12C示意性地表示根据另一实施方案的具有多个烃进料注入单元 252的离子液体反应器200。烃蒸发区VZ可以设置在每个烃进料注入单元252上方，基本参照图12A-12B如上所述。然而，在图12C的实施方案中，每个烃进料注入单元252可以设置在离子液体反应器200的外部区域OZ中。在一个实施方案中，在离子液体反应器200内的液体反应介质21流动方向可以通常在每个烃进料注入单元252上方的位置向上，而不管烃进料注入单元252是位于内部区域IZ还是外部区域OZ中，并且不管离子液体反应器是否包含引流管(参见，例如，图13A-13C)。
应当理解，烃蒸发区域VZ可以具有除图12A-12C中具体示出之外的结构，例如，取决于各种因素，例如进料注入单元252的数量和结构、在烃蒸发区烃蒸发速率和离子液体反应器200内的反应条件、以及离子液体反应器200和烃进料流之间的压力差、以及离子液体反应器200内的流体动力学。进一步理解，烃蒸发可以也发生在离子液体反应器200 内的不同于烃蒸发区(VZ)中的各个位置，尽管通常较低的速率。
图13A示意性地表示根据另一个实施方案的立式离子液体反应器 200的基底部分。离子液体反应器200可以包括反应器顶部202a、反应器底部202b、反应器壁220、烃蒸气出口201、多个烃进料注入单元252 和多个离子液体注入喷嘴242。离子液体反应器200还可包括引流管 230。引流管230可以同轴地设置在离子液体反应器200内。为了清楚的说明，图13A-13C中省略了离子液体反应器200的上部或顶部。
在图13A的实施方案中，烃进料注入单元252和离子液体注入喷嘴 242可以设置在离子液体反应器200的内部区域IZ内。烃进料注入单元 252可以垂直间隔开，而离子液体注入喷嘴242可以水平间隔开。离子液体催化剂42可以通过与每个离子液体注入喷嘴242流体连通的离子液体注入管道240引入离子液体反应器200。烃进料流20可以通过与每个烃进料注入单元252流体连通烃进料注入管道250引入离子液体反应器200。
尽管图13A的实施方案包括离子液体反应器200内的引流管230，但是也可以在没有引流管的情况下使用图13A的烃进料注入单元252和离子液体注入喷嘴242的结构。此外，应当理解，离子液体反应器200 的内部区域IZ和外部区域OZ的概念可以在没有引流管的情况下以及在引流管的存在下应用。在图13A的实施方案中，液体反应介质21在离子液体反应器200内的总体流动方向被指示(箭头)在内部区域IZ中向上，和在外部区域OZ中向下。
在一个实施方案中，液体反应介质21在离子液体反应器200内的循环可以主要通过位于烃进料注入单元252上方的离子液体反应器200 的区域中增强的蒸发来驱动。这种增强的烃蒸发区域在本文中可以称为烃蒸发区(参见例如图12A-12C)。在一个实施方案中，液体反应介质21在离子液体反应器200内的循环在存在和不存在引流管时可以至少大体相似。
图13B示意性地表示根据另一个实施方案的立式离子液体反应器 200的基底部分。离子液体反应器200可以包括反应器顶部202a、反应器底部202b、反应器壁220、烃蒸气出口201、多个烃进料注入单元252、多个离子液体注入喷嘴242和引流管230。引流管230可以同轴地设置在离子液体反应器200内。在图13B的实施方案中，烃进料注入单元252 和离子液体注入喷嘴242都可以设置在离子液体反应器200的外部区域 OZ内。
离子液体催化剂42可以通过与每个离子液体注入喷嘴242流体连通的离子液体注入管道240引入离子液体反应器200。烃进料流20可以通过与每个烃进料注入单元252流体连通的烃进料注入管道250引入离子液体反应器200。在图13B的实施方案中，烃进料注入单元252和离子液体注入喷嘴242可以水平间隔开。
尽管图13B的实施方案包括离子液体反应器200内的引流管230，但是在没有引流管的情况下也可以使用图13B的烃进料注入单元252和离子液体注入喷嘴242的构型。在图13B的实施方案中，离子液体反应器200内的液体反应介质21的流动方向在内部区域IZ中被指示(箭头) 向下，并且在外部区域OZ被指示向上，即液体反应介质21的循环与图 13A的实施方案相比，通常可以相反。
图13C示意性地表示根据另一实施方案的立式离子液体反应器200 的基底部分。离子液体反应器200可以包括反应器顶部202a、反应器基部202b、反应器壁220、烃蒸气出口201、多个烃进料注入单元252、多个离子液体注入喷嘴242和引流管230。引流管230可以同轴地设置在离子液体反应器200内。在图13C的实施方案中，烃进料注入单元252 可以设置在离子液体反应器200的外部区域OZ内，而离子液体注入喷嘴242可以被设置在内部区域IZ内。离子液体催化剂42可以通过与每个离子液体注入喷嘴242流体连通的离子液体注入管道240引入到离子液体反应器200中，例如如前所述。烃进料流20可以通过与每个烃进料注入单元252流体连通的烃进料注入管道250引入离子液体反应器 200中。
在图13C的实施方案中，烃进料注入单元252和离子液体注入喷嘴242可以水平间隔开。在图13C的实施方案中，离子液体反应器200内的液体反应介质21的流动方向在外部区域OZ中被指示(箭头)向上，并且在内部区域IZ中向下。尽管图13C的实施方案包括离子液体反应器200内的引流管230，但是也可以在没有引流管的情况下使用图13C 的烃进料注入单元252和离子液体注入喷嘴242的构型。
图14A示意性地表示卧式离子液体反应器，图14B示出了根据另一个实施方案沿着线14B-14B所观察到的图14A的离子液体反应器。在图 14A-14B的实施方案中，离子液体反应器200可以是基本上圆柱形的，并且可以包括反应器顶部202a、反应器底部202b、反应器壁220和烃蒸气出口201。
图14A-14B的离子液体反应器200还可以包括多个烃进料注入单元 252。烃进料注入单元252可以设置在离子液体反应器200的下部或基底部分。烃进料注入单元252可以是水平间隔开。每个烃进料注入单元 252可以与烃进料注入管道250流体连通。每个烃进料注入单元252可设计用于将烃进料20向上注入离子液体反应器200。在一个实施方案中，烃进料可以包括组合进料流，例如，如上文参考图2所述。归因于由于邻近(例如，上面)每个烃进料注入单元252增加的反应速率而产生的反应热，烃进料20的注入可以促进烃蒸发，并且这样的烃蒸发可能导致离子液体反应器200中的液体反应介质的局部湍流。这种烃蒸发也可能引起每个烃进料注入单元252上方的液体反应介质向上流动。
进一步参考图14A-14B，离子液体反应器200还可以进一步包括与多个水平间隔的离子液体注入喷嘴242的每一个流体连通的离子液体注入管道240，其中每个离子液体注入喷嘴242可以是被设计用于将离子液体催化剂42注入到离子液体反应器200中。如图所示，每个离子液体注入喷嘴242可以被设计用于向下注射离子液体催化剂42。
图15A示意性地表示卧式离子液体反应器，图15B示出了根据另一个实施方案的沿着线15B-15B所观察到的离子液体反应器15A。在图 15A-15B的实施方案中，离子液体反应器200可具有如参照图14A-14B 所述的元件和特征，包括反应器顶部202a、反应器底部202b，反应器壁220、烃蒸气出口201、多个水平间隔的离子液体注入喷嘴242和多个水平间隔的烃进料注入单元252。
进一步参考图15A-15B，烃进料注入单元252可以设置在离子液体反应器200的基底部分中，并且每个烃进料注入单元252可以被设计用于将烃进料20向上注入到离子液体反应器200中，然而，在图15A-15B 的实施方案中，离子液体注入喷嘴242可以设置在离子液体反应器200 的基底部分中，并且每个离子液体注入喷嘴242可以被设计用于将离子液体催化剂向上注入到离子液体反应器200中。此外，在图15A-15B的实施方案中，离子液体注入喷嘴242可以紧邻例如邻近烃进料注入单元 252设置。离子液体注入喷嘴242和烃进料注入单元252的紧密接近可以促进离子液体催化剂42与离子液体反应器200内的烃进料20的有效混合。
此外，从每个烃进料注入单元252注入烃进料20可以促进烃蒸发、液体反应介质内的湍流、和液体反应介质在每个烃进料注入单元252上方的位置的向上流动，基本上如参考图14A-14B所述，同上。
在一个实施方案中，本文公开的系统可用于离子液体催化的烷基化方法。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，用于离子液体催化的烷基化的烃进料流可以包括烯烃进料流、异链烷烃进料流、冷凝烃液体流、异丁烷再循环流和组合进料流中的至少一种。原料、离子液体催化剂和用于离子液体催化烷基化的条件广泛的在下文中进行描述。
用于离子液体催化烷基化的原料
在一个实施方案中，用于离子液体催化的烷基化原料可以包含多种含烯烃的烃流和含异链烷烃的烃流，来自以下一种或多种：石油炼厂、气-液转化装置，煤-液转化植物、石脑油裂解器、中间馏分裂化装置、天然气生产装置、LPG生产装置和蜡裂化装置等。
含烯烃的物流的实例包括FCC废气、焦化气体、烯烃复分解单元废气、聚烯烃汽油单元废气、甲醇制烯烃单元废气、FCC轻石脑油、焦化轻石脑油、费-托单元冷凝物、裂化石脑油。一些含烯烃的进料流可以含有至少一种选自乙烯、丙烯、丁烯、戊烯和至多C10烯烃的烯烃，即 C2-C10烯烃及其混合物。
含异链烷烃的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。这种物流可以包含至少一种C4-C10异链烷烃。在一个实施方案中，这样的物流可以包含两种或更多种异链烷烃的混合物。在一个子实施方案中，在离子液体催化的烷基化方法期间进料到反应器中的异链烷烃可以包含异丁烷。
链烷烃烷基化
在一个实施方案中，烃的混合物的离子液体催化的烷基化可以在已知产生烷基化汽油的条件下在反应器容器中进行。反应器在本文中可以称为离子液体烷基化反应器，并且反应器可以包含至少一个烷基化区。选择烷基化反应器中的烷基化条件以提供所需的产物产率和质量。烷基化反应器中的烷基化反应通常在液体烃相中，在间歇系统、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1至20体积％，或2至6体积％的范围内。在一个实施方案中，可以在反应器内进行混合，例如如上所述，以提供单位体积反应器的烃反应物和离子液体催化剂之间接触的大表面积。烷基化反应温度可以在-10℃至50℃、例如0℃至35℃、或10℃至25℃的范围内。烷基化压力可以在0至1400kPa、或0至700kPa的范围内。在一个实施方案中，烷基化压力可以保持在足以使反应物至少部分保持在液相中但足够接近反应物的沸点的水平，以允许通过反应热使反应器中的至少一种烃蒸发。反应物在反应器中的停留时间可以在1至60分钟的范围内。
在一个实施方案中，烷基化反应器中异链烷烃与烯烃的摩尔比可以在宽范围内变化。通常，异链烷烃与烯烃的摩尔比在5至15的范围内。例如，在不同的实施方案中，异链烷烃与烯烃的摩尔比可以为5至15、 7至12、或8至10。较低的异链烷烃与烯烃的摩尔比将倾向于产生更高收率的较高分子量烷基化产物。
用于烃转化方法的离子液体催化剂
在一个实施方案中，烃转化方法如烷基化的催化剂可以是由形成络合物的至少两种组分组成的含氯离子液体催化剂。含氯离子液体催化剂的第一组分可以包含路易斯酸，所述路易斯酸选自组分例如第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、和烷基卤化镓、卤化铟和烷基卤化铟(见国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)，第3版，2005年10月，第13族金属的周期表)。除了第13族金属之外，还可以使用其它路易斯酸化合物。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离子液体催化剂的第一组分。
包含含氯离子液体催化剂的第二组分是有机盐或盐的混合物。这些盐可以用通式Q+A-表征，其中Q+是铵、鏻、硼鎓、碘鎓或锍阳离子， A-是带负电荷的离子如Cl-、Br-、ClO4 -、NO3 -、BF4 -、BCl4 -、PF6 -、SbF6 -、 AlCl4 -、TaF6 -、CuCl2 -、FeCl3 -、HSO3 -、RSO3 -(其中R为碳原子数为 的烷基)，SO3CF3 -和3-硫化三氧基苯基。在一个实施方案中，第二组分选自含有一个或多个具有1至12个碳原子的烷基部分的季铵或鏻卤化物，例如三甲胺盐酸盐、甲基三丁基卤化铵、三烷基鏻盐酸盐、四烷基鏻氯化物、甲基三烷基鏻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，含氯离子液体催化剂选自烃基取代的氯铝酸吡啶鎓、烃基取代的氯铝酸咪唑鎓、氯铝酸季铵盐、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，含氯离子液体催化剂可以是酸性卤铝酸盐离子液体，例如通式A和B分别所示的烷基取代的氯铝酸吡啶鎓或烷基取代的氯铝酸铵。
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是氯铝酸盐。在式A和B中，R、R1、R2、和R3可以相同也可以不相同。在一个实施方案中，含氯离子液体催化剂是氯化铝酸N- 丁基吡啶鎓。高酸性氯铝酸盐的实例是Al2Cl7 -和Al3Cl10 -。
在另一个实施方案中，含氯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，其中R、R'、R”和R”'可以相同也可以不相同。
在另一个实施方案中，含氯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，其中R、R'和R”可以相同也可以不相同。
第一组分的存在应该使含氯离子液体具有路易斯或富兰克林酸的特征。通常，第一组分与第二组分的摩尔比越大，含氯离子液体催化剂的酸度越大。第一组分(金属卤化物)与第二组分(季铵或季磷)的摩尔比在2:1-1.1:1的范围内。
一个实施方案中，含氯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体酸度并改变含氯离子液体催化剂的选择性。有机卤化物可以是烷基卤化物。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。在烷基化方法中包含进料流的异链烷烃或烯烃的烷基卤衍生物是很好的选择。这种烷基卤化物包括但不限于异辛基卤化物、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到烃进料中、或注入离子液体催化剂或直接注入烷基化反应器来将烷基卤化物或卤化氢进料至单元。HCl或烷基氯用量、注射位置和注射方法可能会影响有机氯化物副产物的形成量。美国专利 7,495,144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促进烃转化。
据信，烷烃卤化物在烃转化条件下分解以释放布朗斯台德酸或卤化氢，例如盐酸(HCl)或氢溴酸(HBr)。这些布朗斯台德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，烷基卤是烷基氯，例如氯化丁基。可以有利地使用氯化氢和/或烷基氯，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，并且最终可能需要更换。然而，离子液体催化剂是昂贵的，更换大大地增加了操作费用。因此，可能需要再生离子液体催化剂。酸性离子液体催化剂的再生由例如美国专利号US 7651970、US 7674739、US7691771、US 7732363、和US 7732364所教导。
使用离子液体催化剂的烷基化方法可以产生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使用过的离子液体催化剂送入再生器反应器，所述再生器反应器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。再生反应器含有饱和混合聚合物并从离子液体催化剂中释出饱和聚合物分子的金属组分。再生可以在搅拌反应器或固定床反应器中进行。可以在再生反应器之前加入具有适当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最小化。
产品分离和整理
来自反应器的烃流出物可以含有痕量的卤化氢或有机卤化物或无机卤化物。当使用含有氯化铝的催化剂时，反应器流出物中可能存在痕量的HCl、有机氯化物和无机氯化物。HCl和有机氯化物可以被捕获并再循环到烷基化反应器中。无机氯化物如腐蚀性产物或分解产物可用过滤器捕获。
分离的烃产物还可含有痕量的HCl、有机氯化物和无机氯化物。从产品中除去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氢化、裂解或热苛性碱处理转化成HCl和有机烃。例如，在美国专利号US 7538256、 US 7955498和US8327004中教导了用于氯化物还原的产物处理。
为了本说明书和所附权利要求书的目的，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被理解为在所有情况下被修改为术语“约”。此外，本文公开的所有范围都包括端点并且可独立组合。每当公开具有下限和上限的数值范围时，也具体公开了落在该范围内的任何数字。
任何未定义的术语、缩写或简写在理解申请时被理解为具有本领域技术人员使用的普通含义。单数形式“一”，“一个”和“该”包括复数引用，除非明确和明确地限于一个实例。
本申请中引用的所有出版物、专利和专利申请的全部内容通过引用并入本文，其程度如同每个单独的出版物、专利申请或专利的公开被具体和单独地指明通过引用并入本文整体。
附图是代表性的，不得按比例绘制。根据本公开，对于本领域技术人员来说，上述公开的示例性实施方案的修改是显而易见的。因此，本发明将被解释为包括落在所附权利要求的范围内的所有结构和方法。除非另有规定，否则所述可以从单独组分或组分混合物选择的元素、材料或其他组分的集合旨在包括列出的组分的所有可能的亚类组合及其混合物。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
a)在被设计用于进行离子液体催化的放热烃转化反应的离子液体反应器中使烃进料流与离子液体催化剂接触，形成液体反应介质，以进行放热烃转化反应；
b)通过作为所述放热反应的反应热的结果在所述液体反应介质中产生的烃蒸气气泡气动搅动所述离子液体反应器中的所述液体反应介质；
其中所述离子液体反应器不使用运动部件操作，并且其中所述离子液体反应器是立式的和有设置在其中的引流管。
2.根据权利要求1所述的方法，另外包括：
c)从所述离子液体反应器取出至少一部分所述烃蒸气；
d)冷凝取出的烃蒸气以提供冷凝烃液体流；和
e)将所述冷凝烃液体流再循环到所述离子液体反应器。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述放热烃转化反应是烷基化反应。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体反应介质包含分散在液态烃相中的所述离子液体催化剂的液滴。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
通过至少一个离子液体注入喷嘴将所述离子液体催化剂注入到所述引流管外部的外部区域或所述引流管内部的内部区域。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括与注入所述离子液体催化剂独立地将所述烃进料流注入所述离子液体反应器。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述烃进料流注入到所述内部区域和所述离子液体催化剂注入到所述外部区域。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述烃进料流注入到所述外部区域和所述离子液体催化剂注入到所述内部区域。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述烃进料流和所述离子液体催化剂都注入到所述外部区域。
10.根据权利要求6所述的方法，其中所述引流管包括扩大的上部，它促进了在所述离子液体反应器的上部蒸气气泡从所述液体反应介质的脱离。
11.用于实施权利要求1的方法的系统，包括：被设计用于进行所述放热烃转化反应的离子液体反应器，所述离子液体反应器有垂直设置其中的引流管，并且所述系统没有运动部件。
12.根据权利要求11所述的系统，另外包括被设计用于从所述离子液体反应器中取出所述烃蒸气的烃蒸气出口。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述离子液体反应器另外包括与烃蒸气回收单元和烃进料注入管道流体连通的冷凝烃液体管道，其中所述冷凝烃液体管道被设计用于将来自所述烃蒸气回收单元的冷凝烃液体流供给到所述烃进料注入管道，其中所述烃进料注入管道与至少一个烃进料注入单元流体连通，所述至少一个烃进料注入单元被设计用于将所述烃进料流注入到所述离子液体反应器中。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述烃蒸气回收单元包括与所述烃蒸气出口流体连通并且设置在其下游的蒸气/夹带液体分离器；与所述蒸气/夹带液体分离器流体连通并设置在其下游的气体压缩机；与所述气体压缩机流体连通并设置在其下游的热交换器；以及与所述热交换器流体连通并设置在其下游的气体/冷凝液体分离器。
15.根据权利要求11所述的系统，另外包括：设置在所述离子液体反应器内的至少一个离子液体注入喷嘴，其将所述离子液体催化剂注入到所述离子液体反应器中；和设置在所述离子液体反应器内的至少一个烃进料注入单元，其被设计用于将所述烃进料流注入到所述离子液体反应器中。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述至少一个离子液体注入喷嘴被设置在所述引流管外部的外部区域和至少一个烃进料注入单元被设置在所述引流管内部的内部区域。
17.根据权利要求15所述的系统，其中所述至少一个离子液体注入喷嘴被设置在所述引流管内部的内部区域和至少一个烃进料注入单元被设置在所述引流管外部的外部区域。
18.根据权利要求15所述的系统，其中所述至少一个离子液体注入喷嘴和至少一个烃进料注入单元被设置在所述引流管外部的外部区域。
19.根据权利要求11所述的系统，其中所述引流管包括扩大的上部，它促进了在所述离子液体反应器的上部蒸气气泡从所述液体反应介质的脱离。
20.根据权利要求11所述的系统，另外包括至少一个烃进料注入单元，其被设计用于将包含至少一种异链烷烃和所述至少一种烯烃的组合烃进料流注入所述离子液体反应器中。
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