CN108014660B - 连续注入少量不混溶液体的集成系统 - Google Patents

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Abstract

一种集成系统，包括：a.添加剂输送系统，包括向一个或多个注入套管供给所述不混溶液体流的传输鼓；b.溶剂冲洗系统，包括一个或多个添加剂添加管线，所述一个或多个添加剂添加管线将所述不混溶液体流从所述添加剂输送系统传输到所述一个或多个注入套管；和c.添加剂注入和混合系统，包括所述一个或多个注入套管，其中所述不混溶液体流被注入到所述较大的液体流中。以及，一种方法，包括：a.将所述不混溶液体流供给到传输鼓；b.将所述不混溶液体流从所述传输鼓传输到在溶剂冲洗系统中的注入套管，其中所述溶剂冲洗系统将溶剂注入在所述溶剂冲洗系统中的一个或多个添加剂添加管线中；和c.将所述不混溶液体流注入到在包含注入套管的添加剂注入和混合系统中的所述较大的液体流中。

Description

连续注入少量不混溶液体的集成系统
技术领域
本申请涉及用于将不混溶液体流注入到较大的液体流中的集成系 统和用于将所述不混溶液体流注入到所述较大的液体流中的方法。
背景
需要改进的方法和设备以连续并可靠地将小的不混溶液体流注入 到较大的液体流中，同时允许在工业现场服务中这两种液体之间的密切 混合。
概述
本申请提供了一种用于将不混溶液体流注入到较大的液体流中的 集成系统，包括：
a.添加剂输送系统，包括向一个或多个注入套管供给所述不混溶液 体流的传输鼓；
b.流体连接所述添加剂输送系统的下游的溶剂冲洗系统，包括一个 或多个添加剂添加管线，所述一个或多个添加剂添加管线将所述不混溶 液体流从所述添加剂输送系统传输到所述一个或多个注入套管，并且其 中将溶剂注入到所述一个或多个添加剂添加管线；和
c.添加剂注入和混合系统，包括所述一个或多个注入套管，其中所 述不混溶液体流被注入到所述较大的液体流中。
本申请还提供了将不混溶液体流注入到较大的液体流中的方法，包 括：
a.将所述不混溶液体流供给到在包括传输鼓的添加剂输送系统中 的一个或多个注入套管；
b.将所述不混溶液体流从所述添加剂输送系统传输到在溶剂冲洗 系统中的所述一个或多个注入套管，所述溶剂冲洗系统流体连接所述添 加剂输送系统的下游，其中所述溶剂冲洗系统将溶剂注入到在所述溶剂 冲洗系统中的一个或多个添加剂添加管线中；和
c.将所述不混溶液体流注入到在包含所述一个或多个注入套管的添 加剂注入和混合系统中的所述较大的液体流中。
附图简要说明
图1是本发明的集成系统的一个实例的图。
图2是注入套管的一个实施方案的组装图。
图3是没有传输鼓、没有溶剂冲洗、没有注入套管的比较集成系统 的图。
图4是不包括传输鼓的比较集成系统的图。
词汇表 “不混溶液体”是不与另一种液体混合以形成均匀混合物的液体。不混 溶液体的实例是油和水、烃和酸性离子液体、或戊烷和乙酸。
“注入套管”是用于在机械设备或化学过程中供给液体的中空管轴。
“酸性离子液体”是指完全由离子组成的物质，其可以在反应中提供质 子或接受电子对，并且在低于100℃是液体。
“传输鼓”是指集成系统中设计成在稳定的压力下保存和供给液体的容 器。传输鼓可以是任何形状，例如圆柱、立方体、L形或矩形。
“储存鼓”是在集成系统中用于储存液体的容器。像传输鼓一样，它可 以是任何合适的形状。
“泵”是通过机械作用移动流体(液体或气体)或有时是浆液的装置。 根据用于移动流体的方法，泵可以分为三大类：直接提升泵、容积式泵 和重力泵。
“容积式泵”是指使用柔性(例如橡胶、热塑性塑料或特氟隆)隔膜的往复作用和隔膜两任一侧的适当阀门(例如止回阀，蝶型阀、瓣阀或任 何其他形式的关闭阀)的组合的来泵送流体的容积式泵。
“周期表”是指2007年6月22日的IUPAC元素周期表的版本，周期表 族的编号方案如Chemical And Engineering News,63(5),27(1985) 所述。
详细说明
集成系统包括添加剂输送系统，所述添加剂输送系统包括向一个或 多个注入套管供给不混溶液体流的传输鼓。在一个实施方案中，不混溶 液体流包括添加剂，当所述添加剂与较大的液体流混合时所述添加剂在 下游操作中产生作用。
传输鼓被设计成保持稳定的压力并且连续可靠地输送少且稳定量 的不混溶液体流。在一个实施方案中，所述传输鼓中保持稳定的压力， 该稳定的压力使添加剂能够稳定地流入下游操作。稳定的压力意味着压 力变化不大于50％。在一些实施方案中，稳定的压力变化从零到小于 10％。
在一个实施方案中，传输鼓包括引入气体以保持所述传输鼓中压力 的入口。在一个实施方案中，传输鼓中的压力例如可以保持在200kpa 至45,000kpa之间。在一个实施方案中，传输鼓中的压力足够高于一个 或多个注入套管的出口侧的系统压力，以可靠地输送少且稳定量的不混 溶液体流。在一个实施方案中，传输鼓与一个或多个注入套管的出口侧的系统压力之间的压力差比所需的液压头高至少50％。例如，压力差可 以比所需的液压头高60％至500％。
在一个实施方案中，引入传输鼓的气体是惰性的并且不与所述不混 溶液体流或所述较大的液体流反应。在一个实施方案中，所述气体在由 添加剂注入和混合系统进料的下游操作期间不反应。可以使用的气体的 实例包括氩、氦、氢、氮、乙烷、丙烷、丁烷或氖。在一个实施方案中， 在引入传输鼓之前将气体干燥以除去水。例如，可以将气体干燥以含有0至10wppm的水。
在一个实施方案中，将集成系统(或其安装部件)在投入运行之前 干燥。在一个实施方案中，可以干燥流过集成系统的任何(或全部)液 体。例如，所述不混溶液体流、所述较大的液体流或溶剂可以被干燥以 含有0至10wppm的水。
在一个实施方案中，添加剂输送系统另外包括经由泵连接到所述传 输鼓的储存鼓。在一个实施方案中，所述储存鼓具有加入其中的添加剂 进料并且所述添加剂进料储存在其中。在一个实施方案中，储存鼓不保 持稳定的压力。
在一个实施方案中，所述不混溶液体流包含添加剂，并且泵提供满 足使用添加剂的下游操作需要的添加剂流量。在一个实施方案中，泵是 容积式泵。在一个实施方案中，泵是离心泵。在一个实施方案中，泵提 供小于100cc/min的添加剂流量，例如1至60cc/min。在一个实施方 案中，泵提供的添加剂流量使得较大的液体流与混合系统中不混溶液体 流的重量比大于500:1，例如从550:1至2000:1或约1000：1。
在一个实施方案中，集成系统包括流量控制器，所述流量控制器计 量从添加剂输送系统向一个或多个注入套管供给的添加剂的量。可以在 泵和传输鼓之间或在传输鼓和一个或多个注入套管之间使用一个或多 个流量控制器。
在一个实施方案中，集成系统包括一个或多个液位控制以确保不混 溶液体流的足够和稳定的供应。液位控制可以用于例如储存鼓和传输鼓 中的任一个或两者中。
集成系统向一个或多个注入套管供给不混溶液体流。在一个实施方 案中，所述一个或多个注入套管被设计为提供高的注入流速，例如大于 30mm/s。在一个实施方案中，所述一个或多个注入套管被设计为提供 30至1000mm/s的注入流速。注入套管的合适设计的一个例子如图2 所示。在一个实施方案中，注入套管是圆锥形的，并且可以安置在一个 或多个三通接头中，所述三通接头将不混溶液体流供给到较大的液体流 中。
在一个实施方案中，所述一个或多个注入套管增加了不混溶液体流 的注入流速，其防止堵塞并提供不混溶液体流和较大的液体流的混合。 例如，不混溶液体流的注入流速可以增加10％至10,000％。在一个实施 方案中，不混溶液体流的注入流速足以防止所述较大的液体流的回流。
在一个实施方案中，所述一个或多个注入套管的尺寸设定成提供 0.001：1至0.1：1的不混溶液体流中的添加剂的量(以升/天计)与较 大的液体流的量(以升/天计)的比。
在一个实施方案中，所述一个或多个注入套管的孔直径小于10mm， 例如为0.05至5mm或小于3mm。
所述一个或多个注入套管可以在任何方向上独立地取向，并且甚至 可以相对于彼此相反取向以提供更好的混合。可以根据不混溶液体流的 密度和较大的液体流的密度来调节所述一个或多个注入套管的取向。基 于混合的两种流体的相对密度来调节取向可以避免在关闭或其它无流 动操作条件期间所述较大的液体流回流进入添加剂添加管道。在一个实 施方案中，当不混溶液体流的密度小于较大的液体流的密度时，所述一 个或多个注入套管是立式的并将所述不混溶液体流向下注入到所述较 大的液体流的水平流中。在一个实施方案中，当不混溶液体流的密度大 于较大的液体流的密度时，所述一个或多个注入套管是立式的并将不混 溶液体流向上注入到较大的液体流的水平流中。
在一个实施方案中，注入套管在不混溶液体流进入较大的液体流的 入口处引起压降。注入套管提供不混溶液体流的更稳定的流动，并且还 可以提供不混溶液体流与较大的液体流的改进的混合。
在一个实施方案中，不需要进一步混合不混溶液体流和较大的液体 流。在其他实施方案中，在将混合物排放到下游操作之前，可以进一步 混合不混溶液体流和较大的液体流。所述进一步混合可以使用任何提供 混合的设备，例如静态混合器、涡流器、挡板、振动器、喷嘴或搅拌器 中的一种或多种。
在一个实施方案中，在所述一个或多个注入套管周围旁路管线被安 装，例如在传输鼓和管线混合器或下游操作之间，以在需要时提供对注 入套管的维修。
在一个实施方案中，所述一个或多个注入套管包括到排出管的出 口，所述排出管允许偶尔用溶剂冲洗清洗。
在一个实施方案中，集成系统包括并联的两个或更多个添加剂添加 管线。该特征如图1所示。在图1中，进料A是不混溶液体流，进料B 是较大的液体流。
在一个实施方案中，将溶剂以在所述一个或多个注入套管的尖端处 保持足够高注入流速的量注入到一个或多个添加剂添加管线中。例如， 注入流速可以保持在大于30mm/s。
在一个实施方案中，集成系统包括在传输鼓和所述一个或多个注入 套管之间的一个或多个关闭阀，使得溶剂可以与不混溶液体流分开地供 应到所述一个或多个添加剂添加管线。当不混溶液体流的流动停止时， 溶剂可用于冲洗所述一个或多个添加剂添加管线或所述一个或多个注 入套管。在一个实施方案中，所述一个或多个注入套管中的至少一个是 备用的，而所述一个或多个注入套管中的至少另一个是使用的。
在一个实施方案中，溶剂是不与不混溶液体流或较大的液体流反应 的惰性液体。在一个实施方案中，溶剂是与不混溶液体流混溶的并且是 无水的。在一个实施方案中，溶剂不引入将干扰下游操作的任何反应性 物质。在一个实施方案中，溶剂是液体烃，例如丁烷、异丁烷、戊烷、 庚烷或其混合物。
在一个实施方案中，所述不混溶液体流包含用于烃转化的助催化 剂。在一个实施方案中，所述不混溶液体流包含烷基卤化物添加剂，其 是在下游操作中用作催化剂促进剂的助催化剂。在一个实施方案中，助 催化剂是烷基卤化物。在一个实施方案中，下游操作包括通过酸性离子 液体催化剂的烃转化。在美国专利US7495144、US7531707、US8293962 和US8674159中描述了使用烷基卤化物添加剂作为离子液体催化的烃 转化中的促进剂。可由烷基卤化物添加剂促进的烃转化的实例包括：异 链烷烃烷基化、链烷烃异构化、烯烃低聚、烯烃或链烷烃的裂化和芳族 烷基化。烷基卤化物添加剂可以提高总体酸度并改变使用离子液体催化 剂的烃转化的产物选择性。据信，烷基卤化物在加氢转化条件下分解以 释放布朗斯台德酸或卤化氢，例如盐酸或氢溴酸。这些布朗斯台德酸或 其他卤化氢促进转化反应。在一个实施方案中，烷基卤化物包含一个或 多个卤素原子。烷基卤化物的实例是烷基氯、烷基溴、烷基碘、烷基氟 及其混合物。烷基卤化物添加剂可以包含一种或多种不同的烷基卤化 物。
在一个实施方案中，烷基卤化物中的卤素与较大的液体流的卤素组 分相同。例如，当较大的液体流包含氯铝酸盐离子液体时，烷基卤化物 可以是烷基氯。
在一个实施方案中，烷基卤化物添加剂的烷基部分具有与在下游转 化过程的进料流中的烃相同的化学结构。可以使用的烷基卤化物的一些 实例包括：异戊基卤化物、异丁基卤化物、1-丁基卤化物、2-丁基卤化 物、叔丁基卤化物、丙基卤化物、乙基卤化物和其它具有1至8个碳原 子的烷基卤化物。
在一个实施方案中，烷基卤化物包含多于一个卤素原子，并且这些 烷基卤化物的实例包括：二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、1,1,1-三氯乙 烷和四氯乙烯。
在一个实施方案中，所述较大的液体流是酸性离子液体，或更具体 地，酸性离子液体催化剂。
酸性离子液体：
最常见的酸性离子液体是由有机基阳离子和无机或有机阴离子制 备的那些。离子液体催化剂用于各种各样的反应，包括Friedel-Crafts 反应。
酸性离子液体由形成络合物的至少两种组分组成。酸性离子液体包 括第一组分和第二组分。酸性离子液体的第一组分通常包含路易斯酸化 合物，所述路易斯酸化合物选自组分例如第13族金属的路易斯酸化合 物，包括卤化铝、烷基铝二卤化物、卤化镓和烷基镓卤化物(参见周期 表，其定义了是第13族金属的元素)。也可以使用除了第13族金属的路易斯酸化合物以外的其他路易斯酸化合物。在一个实施方案中，第一 组分是卤化铝或烷基铝二卤化物。例如，可以使用三氯化铝(AlCl3)作 为制备离子液体催化剂的第一组分。在一个实施方案中，可以使用的烷 基铝二卤化物可以具有通式Al2X4R2，其中每个X表示卤素，例如选自 氯和溴，每个R表示包含1至12个碳原子的芳族或支链或直链的脂肪 族的烃基。烷基铝二卤化物的实例包括二氯甲基铝、二溴甲基铝、二氯 乙基铝、二溴乙基铝、二氯正己基铝、二氯异丁基铝，分别使用或组合 使用。
构成酸性离子液体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，鏻，硼鎓，氧鎓，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 -,Al2Cl7 -,Al3Cl10 -,GaCl4 -,Ga2Cl7 -,Ga3Cl10 -,AsF6 -,TaF6 -,CuCl2 -, FeCl3 -,AlBr4 -,Al2Br7 -,Al3Br10 -,SO3CF3 -和3-三氧化硫基苯基。在一个 实施方案中，第二组分选自具有含有一个或多个具有约1至约9个碳原 子的烷基部分的季铵卤化物的那些，例如盐酸三甲基铵、甲基三丁基铵、 1-丁基吡啶鎓或烷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，酸性离子液体包含选自吡啶鎓离子、咪唑鎓离 子、哒嗪鎓离子、吡唑鎓离子、咪唑啉鎓离子、咪唑烷鎓离子、铵离子、 鏻离子及其混合物的单价阳离子。可能的阳离子(Q+)的实例包括丁基 乙基咪唑鎓阳离子[beim]、丁基甲基咪唑鎓阳离子[bmim]、丁基二甲基 咪唑鎓阳离子[bmmim]、十乙基咪唑鎓阳离子[dceim]、十甲基咪唑鎓阳 离子[dcmim]、二乙基咪唑鎓阳离子[eeim]、二甲基咪唑鎓阳离子 [mmim]、乙基-2,4-二甲基咪唑鎓阳离子[e-2,4-mmim]、乙基二甲基咪唑 鎓阳离子[emmim]、乙基咪唑鎓阳离子[eim]、乙基甲基咪唑鎓阳离子 [emim]、乙基丙基咪唑鎓阳离子[epim]、乙氧基乙基甲基咪唑鎓阳离子 [etO-emim]、乙氧基二甲基咪唑鎓阳离子[etO-mmim]、十六烷基甲基咪 唑鎓阳离子[hexadmim]、庚基甲基咪唑鎓阳离子[hpmim]、六乙基咪唑 鎓阳离子[hxeim]、六甲基咪唑鎓阳离子[hxmim]、六二甲基咪唑鎓阳 离子[hxmmim]、甲氧基乙基甲基咪唑鎓阳离子[meO-emim]、甲氧基丙 基甲基咪唑鎓阳离子[meO-prmim]、甲基咪唑鎓阳离子[mim]、二甲基 咪唑鎓阳离子[mmim]、甲基壬基咪唑鎓阳离子[mnim]、甲基丙基咪唑 鎓阳离子[mpim]、十八烷基甲基咪唑鎓阳离子[octadmim]、羟基乙基甲 基咪唑鎓阳离子[OH-emim]、羟基辛基甲基咪唑鎓阳离子[OH-omim]、 羟丙基甲基咪唑鎓阳离子[OH-prmim]、辛基甲基咪唑鎓阳离子[omim]、 辛基二甲基咪唑鎓阳离子[ommim]、苯基乙基甲基咪唑鎓阳离子[ph-emim]、苯基甲基咪唑鎓阳离子[ph-mim]、苯基二甲基咪唑鎓阳离 子[ph-mmim]、戊基甲基咪唑鎓阳离子[pnmim]、丙基甲基咪唑鎓阳离 子[prmim]、1-丁基-2-甲基吡啶鎓阳离子[1-b-2-mpy]、1-丁基-3-甲基吡 啶鎓阳离子[1-b-3-mpy]、丁基甲基吡啶鎓[bmpy]阳离子、1-丁基-4-二 甲基乙酰基吡啶鎓阳离子[1-b-4-DMApy]、1-丁基-4-甲基吡啶鎓阳离子[1-b-4-mpy]、1-乙基-2-甲基吡啶鎓阳离子[1-e-2-mpy]、1-乙基-3-甲基吡 啶鎓阳离子[1-e-3-mpy]、1-乙基-4-二甲基乙酰基吡啶鎓阳离子 [1-e-4-DMApy]、1-乙基-4-甲基吡啶鎓阳离子[1-e-4-mpy]、1-己基-4-二 甲基乙酰基吡啶鎓阳离子[1-hx-4-DMApy]、1-己基-4-甲基吡啶鎓阳离子 [1-hx-4-mpy]、1-辛基-3-甲基吡啶鎓阳离子[1-o-3-mpy]、1-辛基-4-甲基 吡啶鎓阳离子[1-o-4-mpy]、1-丙基-3-甲基吡啶鎓阳离子[1-pr-3-mpy]、 1-丙基-4-甲基吡啶鎓阳离子[1-pr-4-mpy]、丁基吡啶鎓阳离子[bpy]、乙 基吡啶鎓阳离子[epy]、庚基吡啶鎓阳离子[hppy]、己基吡啶鎓阳离子 [hxpy]、羟丙基吡啶鎓阳离子[OH-prpy]、辛基吡啶鎓阳离子[opy]、戊 基吡啶鎓阳离子[pnpy]、丙基吡啶鎓阳离子[prpy]、丁基甲基吡咯烷鎓 阳离子[bmpyr]、丁基吡咯烷鎓阳离子[bpyr]、己基甲基吡咯烷鎓阳离 子[hxmpyr]、己基吡咯烷鎓阳离子[hxpyr]、辛基甲基吡咯烷鎓阳离子 [ompyr]、辛基吡咯烷鎓阳离子[opyr]、丙基甲基吡咯烷鎓阳离子 [prmpyr]、丁基铵阳离子[b-N]、三丁基铵阳离子[bbb-N]、四丁基铵阳 离子[bbbb-N]、丁基乙基二甲基铵阳离子[bemm-N]、丁基三甲基铵阳离 子[bmmm-N]、N，N，N-三甲基乙醇铵阳离子[胆碱]、乙基铵阳离子[e-N]、 二乙基铵阳离子[ee-N]、四乙基铵阳离子[eeee-N]、四庚基铵阳离子 [hphphphp-N]、四己基铵阳离子[hxhxhxhx-N]、甲基铵阳离子[m-N]、 二甲基铵阳离子[mm-N]、四甲基铵阳离子[mmmm-N]、铵阳离子[N]、 丁基二甲基乙醇铵阳离子[OHe-bmm-N]、二甲基乙醇铵阳离子 [OHe-mm-N]、乙醇铵阳离子[OHe-N]、乙基二甲基乙醇铵阳离子 [OHe-emm-N]、四戊基铵阳离子[pnpnpnpn-N]、四丙基铵阳离子 [prprprpr-N]、四丁基鏻阳离子[bbbb-P]、三丁基辛基鏻阳离子[bbbo-P]， 或它们的组合。
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鏻卤化物，例如盐酸三烷基鏻盐、四烷基氯化鏻 和甲基三烷基鏻卤化物。
在一个实施方案中，酸性离子液体包含未取代或部分烷基化的铵离 子。
在一个实施方案中，酸性离子液体是氯铝酸盐或溴铝酸盐。在一个 实施方案中，酸性离子液体是具有通RR’R”N H+Al2Cl7-的季铵氯铝酸 盐离子液体，其中R，R’和R”是含有1至12个碳的烷基。季铵氯铝 酸盐离子液体的实例是N-烷基-吡啶鎓氯铝酸盐、N-烷基-烷基吡啶鎓氯 铝酸盐、吡啶鎓氢氯铝酸盐、烷基吡啶鎓氢氯铝酸盐、二烷基-咪唑鎓氯 铝酸盐、四烷基铵氯铝酸盐、三烷基铵氢氯铝酸盐或其混合物。
第一组分的存在应该使酸性离子液体具有路易斯或富兰克林酸性 特征。通常，第一组分与第二组分的摩尔比越大，酸性离子液体的酸度 越大。
例如，制备正丁基吡啶鎓氯铝酸盐离子液体的典型反应混合物如下 所示：
Figure BDA0001422094970000101
在一个实施方案中，酸性离子液体用作烃转化的催化剂，并且烃转 化利用助催化剂以提供增强或改进的催化活性。助催化剂可以包括例如 无水氯化氢或有机氯化物(参见例如US7495144和US7531707)。当有 机氯化物用作酸性离子液体的助催化剂时，氯化氢可以在烃转化方法的 过程中或在烃转化输出物的后处理期间在装置中原位形成。在一个实施 方案中，烃转化在卤化氢例如HCl的存在下进行。在一个实施方案中， 氯化氢从下游操作中再循环，其减少用以促进酸性离子液体催化剂活性 的注入酸性离子液体中的有机氯化物的量。
当在采用酸性离子液体催化剂的烃转化中使用时，烷基卤化物添加 剂或卤化氢以催化量使用。在一个实施方案中，烷基卤化物或卤化氢的 量应保持在低浓度并且不超过酸性离子液体中AlCl3的摩尔浓度。例如， 为了保持酸性离子液体催化剂的酸度在希望的执行能力，烷基卤化物添 加剂或卤化氢的使用量可以为在酸性离子液体中的路易斯酸(例如 AlCl3)的0.001mol％至100mol％。当使用包含较高重量％的卤素的烷 基卤化物时，可能需要的烷基卤化物的量可以是酸性离子液体中路易斯 酸的较低摩尔％。在一个实施方案中，可以调节进料到一个或多个注入 套管中的含卤化物添加剂的量或类型，以改变下游操作中的产物选择 性。通过本公开的集成系统和方法来实现这些不混溶液体流的量的有效 稳定控制和调节。
使用酸性离子液体的烃转化
酸性离子液体可用作各种类型的烃转化的催化剂。这些烃转化的实 例包括：烷基化、二聚、低聚、酰化、加氢裂化、复分解、共聚、异构 化、羰基化、加氢甲酰化、脱卤、脱水、歧化、烷基转移和其组合。在 一个实施方案中，烃转化是用烯烃烷基化链烷烃。在另一个实施方案中， 烃转化是芳族化合物的烷基化。例如，在美国专利US7432408、 US7432409、US7285698和US7923593中教导了离子液体催化剂的实例 及其于作烯烃烷基化链烷烃的用途。在一个实施方案中，酸性离子液体 是复合离子液体催化剂，其中阳离子来自含烷基胺或吡啶的氢卤酸盐， 阴离子是来自两种或更多种金属化合物的复合配位阴离子。在另一个实 施方案中，烃的转化是链烷烃的烷基化、芳族化合物的烷基化或其组合。
在一个实施方案中，烃转化的进料包含至少一种烯烃和至少一种异 链烷烃。例如，进料可以包含至少一种从C2到大约C30的大部分直链烯 烃的混合物。在另一个实施方案中，进料可以包含至少50％的单一α- 烯烃种类。在一个实施方案中，烯烃进料包含至少一种异构化的烯烃。
在一个实施方案中，用于通过酸性离子液体催化剂进行的烃转化的 烷基化反应器的进料包含一种或多种C4-C7异链烷烃和一种或多种C2 -C5烯烃，并且所述方法生产烷基化物汽油调和组分。
在一个实施方案中，烃转化的进料包括异丁烷。在一个实施方案中， 异戊烷、异己烷、异庚烷和其它高至约C30的更高级异链烷烃也可用于 本文公开的方法和集成系统。也可以使用轻质异链烷烃的混合物。混合 物如C3-C4、C3-C5或C4-C5异链烷烃也可以使用并且因为分离成本降低 可以是有利的。
在一个实施方案中，烃转化的进料还可以含有稀释剂如正链烷烃。 这可以通过降低将异链烷烃与接近沸点链烷烃分离的费用来节省成本。 在一个实施方案中，正链烷烃将在烃转化中倾向于是非反应性稀释剂。
过渡术语“包括”，是“包含”、“含有”或“特征为”的同义词， 是包容性的或开放性的，不排除额外的、未叙述的要素或方法步骤。过 渡性短语“由...组成”排除了权利要求中未规定的任何要素、步骤或成 分。过渡性短语“基本上由...组成”将权利要求的范围限定在指定的物 质或步骤以及不实质性地影响要求保护的发明的基本和新的特性的那 些物质或步骤。
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在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术语“约”修饰。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。除非另有说明，所有百分比均为重量百分数。
任何未定义的术语，缩写或简写应理解为具有本领域技术人员在提 交申请时使用的普通含义。“一”，“一个”和“所述”的单数形式 包括复数引用，除非明确而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，就像每个单独的出版物、专利申请或专利的公开内容被具体 和单独地表示为通过引用整体并入本文。
本书面描述使用实施例来公开本发明，包括最佳方案，并且还使本 领域技术人员能够制造和使用本发明。本领域技术人员将容易想到上面 公开的本发明的示例性实施方案的许多修改。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 则可以从其选择各组分或组分混合物的元素、物质或其他组分的叙述旨 在包括列出的组分的所有可能的亚类组合及其混合物。
本文中说明性地公开的本发明可以在没有任何未在本文中具体公 开的要素的情况下实施。
实施例
实施例1(比较例)：用容积式泵通过常规注入三通管将添加剂注入离子液体流中
在使用酸性离子液体制备烷基化物汽油调和组分的中试工厂烷基 化单元中，需要将少量的烷基卤化物添加剂作为助催化剂加入到离子液 体流中。在该单元中使用的离子液体包括正丁基吡啶鎓氯铝酸盐离子液 体。不混溶液体流中的烷基卤化物添加剂的量(以升/天计)与酸性离子 液体流的量(以升/天计)的比小于0.08:1。仅需要将小流量(即3至 15cc/min)的烷基卤化物添加剂加入到离子液体流中。离子液体流的流 量远远大于烷基卤化物添加剂的流量。在该实施例中，离子液体流的流 量超过200cc/min。由于添加剂的流量小，使用容积式泵将添加剂输送 到离子液体流中。在加入之前，将添加剂流过干燥器以除去水分。干燥 后，添加剂流通过用于防止离子液体回流到添加剂管线的止回阀。然后将添加剂通过常规注入三通连接器直接排放到离子液体流中。用于该比 较例的测试单元的结构如图3所示。
运行一段时间后，观察到几个运行问题：
1.由于容积式泵的性质，流向离子液体流的添加剂流波动。这导 致离子液体流中的添加剂浓度不均匀，并导致下游反应系统产品质量差；
2.容积式泵偶尔会停止泵送，特别是在初始启动期间。由于添加 剂储存罐中的压力较低，当泵停止泵送时，离子液体倾向于回流。虽然 止回阀可以有效地减缓回流量，但并没有完全消除回流。在该实施例中 离子液体的回流导致整个添加剂注入系统被离子液体显著污染；
3.尽管添加剂在注入离子液体流之前通常被干燥，但在实际操作 过程中，干燥床中的水分穿透确实发生了一次。这引起添加剂与离子液 体在其中混合的注入三通中的离子液体水解，并最终堵塞添加剂流动管 线。该系统被迫关闭以清理线路；
4.由于添加剂流的低的线速度，添加剂和离子液体流之间的混合 较差，导致离子液体流中的添加剂浓度不均匀，并导致下游反应系统中 较差的烷基化物产物质量。
实施例2(比较例)：用容积式泵通过注入套管将添加剂注入离子液体流中
在注入三通管的顶部安装具有直径为1.6mm的孔口的注入套管以 显著增加添加剂流的线速度，而不是如实施例1通过常规注入三通管直 接将添加剂流排放到离子液体流动管线中。还添加了溶剂冲洗系统，所 述溶剂冲洗系统允许不需要断开任何管线而清洗注入系统。用于该实施 例的测试单元的结构在图4中示出。
添加注入套管和溶剂冲洗系统显著改善了该添加剂注入系统的可 操作性，并显著减少了设备停机时间。注入套管的安装改善了添加剂流 和离子液体流之间的混合，这导致了离子液体流中添加剂的均匀性提高 和更好的产品质量。然而，与容积式泵相关的操作问题(实施例1中确 定的项目1和2)仍然存在，但程度较低。此外，由于其内径小，注入 套管容易偶尔堆积固体，并在延长操作期间被堵塞数次。导致注入套管 堵塞的固体容易被安装的溶剂冲洗部分洗掉。
实施例3(比较例)：用Quizix泵通过注入套管将添加剂注入离子液体流中
安装QuizixTM容积式计量泵而不是如实施例2使用容积式泵将添加 剂流输送到离子液体流。Quizix是Chandler Engineering的注册商标。 Quizix泵是一种带有气动阀门的容积式泵，可通过提供的软件进行操 作。所述Quizix泵是在该单元中成功使用的替代的容积式泵。与容积式 泵相比，Quizix泵能够提供更稳定的连续无脉动的添加剂流。
然而，当Quizix泵停止时，该单元仍然容易发生偶尔的离子液体回 流问题。此外，Quizix泵是昂贵的泵，更常在实验室环境中使用。Quizix 泵需要非常小心才能正确操作它。在一年的测试中，当我们在恶劣的工 业环境中操作Quizix泵时，遇到了一些安装和操作问题，这大大增加了 中试工厂烷基化单元的运行和投资费用。
实施例4：使用传输鼓和注入套管将添加剂注入离子液体流中
构建图1所示设计的集成系统，并将其用于将烷基卤化物添加剂加 入到上述相同的中试工厂烷基化单元中的正丁基吡啶鎓氯铝酸盐离子 液体催化剂中。传输鼓安装在容积式泵和溶剂冲洗系统之间，并且通过 到传输鼓的氮气流提供传输鼓顶部的稳定压力。将不混溶液体添加剂通 过注入套管加入到离子液体催化剂中，并且一旦两种液体在一管线静态 混合器中充分混合，将液体混合物送入下游烷基化反应器，其中包含异 丁烷和2-丁烯的烃进料加入到所述液体混合物中。
运行该集成系统提供以下优点：
1.至离子液体流的添加剂流保持恒定、连续和可靠，这导致离子 液体流中的添加剂浓度均匀并且下游反应系统中优良的烷基化物产品质 量。
2.即使当容积式泵有时停止泵送或波动时，由于传输鼓中稳定和 升高的压力，完全可以防止离子液体向后流入添加剂添加管路。不需要 止回阀(除可能安装在容积式泵内部的止回阀外)来减慢或防止离子液 体的回流。不会发生添加剂输送系统的污染。
3.不会发生水分穿透，从而防止离子液体水解并减少注入套管和 添加剂添加管线的堵塞。没有必要关闭单元的操作来清理添加剂添加管 线或注入套管。
4.通过注入套管的添加剂流的高线速度提供了不混溶添加剂和离 子液体流的优异混合，导致离子液体流中的均匀的添加剂浓度和下游反 应系统中优良的烷基化物产物质量。
5.通过注入套管的添加剂流的高线速度可防止由添加剂与离子液 体之间的反应形成的任何固体颗粒堵塞注入套管。
6.当需要根据下游操作要求减少添加剂流量时，将溶剂注入添加 剂添加管线，并且这在注入套管尖端保持足够高的液体速度以防止堵塞 并保持设备的良好运行。
7.当添加剂添加系统被溶剂冲洗清洗时，不需要打开或拆卸所述 单元。
8.使用两个并联的添加剂注入管线可以允许一个注入管线在使 用模式下运行，另一个备用，这提供了单元更可靠的连续运行。备用的 添加剂注入管线在需要时可快速投入使用。

Claims (20)

1.一种用于将作为助催化剂的不混溶液体流连续地注入到作为酸性离子液体催化剂的较大的液体流中的集成系统，包括：
a.添加剂输送系统，包括向一个或多个圆锥形的注入套管连续地供给所述不混溶液体流的传输鼓，每个套管有一个孔直径为0.05mm至5mm的入口以提供所述不混溶液体流和所述较大的液体流的混合；
b.流体连接所述添加剂输送系统的下游的溶剂冲洗系统，包括一个或多个添加剂添加管线，所述一个或多个添加剂添加管线将所述不混溶液体流从所述添加剂输送系统传输到所述一个或多个圆锥形的注入套管，并且其中将溶剂注入到所述一个或多个添加剂添加管线；
c.添加剂注入和混合系统，包括所述一个或多个圆锥形的注入套管，其中所述不混溶液体流被注入并且通过所述一个或多个圆锥形的注入套管混合到所述较大的液体流中；和
d.连接到所述添加剂注入和混合系统的下游烷基化反应器，所述反应器接收步骤c)的液体混合物并且生产烷基化物产品。
2.根据权利要求1所述的集成系统，其中所述传输鼓具有入口，所述入口引入保持所述传输鼓中的压力的气体。
3.根据权利要求1所述的集成系统，其中所述添加剂输送系统另外包括经由泵连接到所述传输鼓的储存鼓。
4.根据权利要求1所述的集成系统，还包括流量控制器，所述流量控制器计量从所述添加剂输送系统向所述一个或多个圆锥形的注入套管供给的添加剂的量。
5.根据权利要求1所述的集成系统，其中所述一个或多个圆锥形的注入套管被设计为提供30至1000mm/s的注入流速。
6.根据权利要求1所述的集成系统，其中所述一个或多个圆锥形的注入套管包括到排出管的出口，所述排出管允许偶尔用所述溶剂冲洗清洗。
7.根据权利要求1所述的集成系统，其中所述一个或多个圆锥形的注入套管被安置在一个或多个三通接头中，所述一个或多个三通接头将所述不混溶液体流供给到所述较大的液体流中。
8.根据权利要求1所述的集成系统，其中，所述一个或多个圆锥形的注入套管的尺寸设定成提供所述不混溶液体流中的添加剂的量，以升/天计，与所述较大的液体流的第二量，以升/天计，的比为0.001：1至0.1：1。
9.根据权利要求1所述的集成系统，其中所述一个或多个圆锥形的注入套管是立式的并将所述不混溶液体流向下注入到所述较大的液体流的水平流中，并且其中所述不混溶液体流的密度小于所述较大的液体流的第二密度。
10.根据权利要求1所述的集成系统，包括并联的两个或更多个添加剂添加管线。
11.一种用于将包含用于烃转化的助催化剂的不混溶液体流注入到作为烃转化的离子液体催化的较大的液体流中的方法，包括：
a.将所述不混溶液体流供给到在包括传输鼓的添加剂输送系统中的一个或多个注入套管；
b.将所述不混溶液体流从所述添加剂输送系统传输到在溶剂冲洗系统中的所述一个或多个注入套管，所述溶剂冲洗系统流体连接所述添加剂输送系统的下游，其中所述溶剂冲洗系统将溶剂注入到在所述溶剂冲洗系统中的一个或多个添加剂添加管线中；和
c.将所述不混溶液体流连续地注入到在包含所述一个或多个注入套管的添加剂注入和混合系统中的所述较大的液体流中。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述助催化剂是烷基卤化物。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述一个或多个注入套管增加所述不混溶液体流的注入流速，以防止堵塞并提供所述不混溶液体流和所述较大的液体流的混合。
14.根据权利要求11所述的方法，其中在所述连续注入步骤c)之后不需要进一步混合所述不混溶液体流和所述较大的液体流。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述溶剂被以在所述一个或多个注入套管尖端处保持足够高注入流速的量注入到所述一个或多个添加剂添加管线中。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述一个或多个注入套管中的至少一个是备用的，而所述一个或多个注入套管中的至少另一个是使用的。
17.根据权利要求11所述的方法，其中在所述传输鼓中保持稳定的压力并且该稳定的压力能够使添加剂稳定地流入下游操作。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述下游操作实施通过酸性离子液体催化剂进行的所述烃转化。
19.根据权利要求1所述的集成系统，其中所述孔直径小于3mm。
20.根据权利要求1所述的集成系统，其中不需要进一步混合所述不混溶液体流和所述较大的液体流。
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