CN111978978A - 在烷基化反应器中汽油和喷气燃料的灵活生产 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于经由C4和C5烯烃的烷基化来灵活生产汽油和喷气燃料的系统和方法。

Description

在烷基化反应器中汽油和喷气燃料的灵活生产
技术领域
本文中公开的实施方案通常涉及在硫酸催化剂的存在下用异链烷烃对烯烃进行烷基化。更具体地，本文中的实施方案涉及一种灵活烷基化系统和操作方案以最大化汽油、喷气燃料或溶剂的生产。
背景技术
异链烷烃-烯烃烷基化方法是生产具有高辛烷值的高度支化烃的重要途径。烷基化通过在酸催化剂如氟化氢、硫酸、离子液体或固体酸性催化剂的存在下使异链烷烃(例如异丁烷或异戊烷)与烯烃反应来完成。烷基化产物由于具有低的硫、烯烃和芳烃含量而已被用作汽油池中的高级调合组分。然而，随着相对于汽油对喷气燃料的需求的增加，将烷基化单元重新用于喷气燃料生产变得经济。
烷基化方法涉及复杂的反应化学。它包含主要的反应步骤，其包括烯烃活化、烯烃加成、氢化物转移、聚合/低聚、氢转移、裂化和异构化。该复杂的反应化学有助于产物碳数的宽分布。典型的烷基化产物的碳原子数为C5至C14。汽油和喷气燃料的碳数分布在C9至C14的范围内有重叠。因此，烷基化方法具有联产汽油和喷气燃料的潜力。
发明内容
现已开发出用于异链烷烃-烯烃烷基化的系统和方法以灵活地改变所生产的汽油与喷气燃料的比率。
在一方面，本文中公开的实施方案涉及用于灵活地生产汽油和喷气燃料的系统。该系统可以包括烷基化反应区，其包括用于使C4烯烃、C5烯烃、C6烯烃、C4-C5烯烃或C4-C6烯烃与C4-C6异链烷烃在硫酸烷基化催化剂的存在下反应以产生烃流出物和废酸流的一个或多个反应器。一个流动管线(flow line，或称为流送管)可以将C4烯烃提供至烷基化反应区。一个流动管线还可以将C5烯烃提供至烷基化反应区。另一个流动管线可以将新鲜酸烷基化催化剂提供至烷基化反应区。可以提供脱异丁烷塔用于将烃流出物分离为异丁烷馏分、正丁烷馏分和C5+馏分。可以提供脱异戊烷塔用于将C5+馏分分离为异戊烷馏分和C6+馏分。此外，可以提供分离塔(splitter)用于将C6+馏分分离为轻质烷基化物塔顶馏分和重质烷基化物塔底馏分。来自烷基化反应区的产物混合物的灵活性可以经由以下提供：(i)用于将异丁烷馏分再循环至烷基化反应区、将异丁烷馏分作为异丁烷产物回收以及将异丁烷馏分的一部分再循环至烷基化反应区并且将异丁烷馏分的一部分作为异丁烷产物回收的流动系统；(ii)用于将异戊烷馏分再循环至烷基化反应区、将异戊烷馏分作为异戊烷产物回收以及将异戊烷馏分的一部分再循环至烷基化反应区并且将异戊烷馏分的一部分作为异戊烷产物回收的流动系统；和(iii)用于将轻质烷基化物馏分再循环至烷基化反应区、将轻质烷基化物作为轻质烷基化物产物回收以及将轻质烷基化物馏分的一部分再循环至烷基化反应区并且将轻质烷基化物馏分的一部分作为轻质烷基化物产物回收的流动系统。在一些实施方案中，所述系统还可以包括用于将C6烯烃提供至烷基化反应区的流动管线。
在另一方面，本文中的实施方案涉及用于灵活生产汽油和喷气燃料的系统。所述系统可以包括烷基化反应区，该烷基化反应区包括用于使C4烯烃、C5烯烃、C6烯烃、C4-C5烯烃或C4-C6烯烃与异链烷烃在硫酸烷基化催化剂的存在下反应以产生烃流出物和废酸流的一个或多个反应器。一个流动管线可将C4烯烃提供至烷基化反应区。一个流动管线还可以将C5烯烃提供至烷基化反应区。另一个流动管线可以将新鲜酸烷基化催化剂提供至烷基化反应区。可以提供脱异丁烷塔用于将烃流出物分离为异丁烷馏分、正丁烷馏分和C5+馏分。可以提供脱异戊烷塔用于将C5+馏分分离为异戊烷馏分和C6+馏分。此外，可以提供分离器用于将C6+馏分分离为轻质烷基化物塔顶馏分和重质烷基化物塔底馏分。在烷基化反应区中生产汽油或喷气燃料的灵活性可以通过以下提供：(i)用于将异丁烷馏分再循环至烷基化反应区、将异丁烷馏分作为异丁烷产物回收以及将异丁烷馏分的一部分再循环至烷基化反应区并且将异丁烷馏分的一部分作为异丁烷产物回收的流动系统；(ii)用于将异戊烷馏分再循环至烷基化反应区、将异戊烷馏分作为异戊烷产物回收以及将异戊烷馏分的一部分再循环至烷基化反应区并且将异戊烷馏分的一部分作为异戊烷产物回收的流动系统；和(iii)控制系统，其被配置成调节到烷基化反应区的C4烯烃、C5烯烃、再循环异丁烷馏分和异戊烷再循环馏分中的每一种的流速以选择性地增大或减小在烷基化反应区中生产的汽油与喷气燃料范围烃(jet fuel range hydrocarbons)的比率。
在另一方面，本文中的实施方案涉及用于灵活生产汽油和喷气燃料的方法。所述方法可以包括将异链烷烃和烯烃(包括例如C4和/或C5烯烃)进料至烷基化反应区，所述烷基化反应区包括用于使C4-C5烯烃与异链烷烃在硫酸烷基化催化剂的存在下反应以产生烃流出物和废酸流的一个或多个反应器。可以将烃流出物分离为异丁烷馏分、正丁烷馏分和C5+馏分，并且C5+馏分可以进一步分离为异戊烷馏分和C6+馏分。可以将C6+馏分分离为轻质烷基化物塔顶馏分和重质烷基化物塔底馏分。所述方法还可以包括可选地：增大烷基化物中的汽油与喷气燃料范围烃的比率；和减小烷基化物中的汽油与喷气燃料范围烃的比率。
在一些实施方案中，可选地增大和减小可以包括调节到烷基化反应区的C4烯烃、C5烯烃、异丁烷再循环馏分、异戊烷再循环馏分和轻质烷基化物再循环馏分中的每一种的流速。可选地增大和减小可以另外地或可选地包括调节在烷基化反应区中的一个或多个反应器中的一个或多个的反应温度，以增大或减小在烷基化反应区中生产的汽油与喷气燃料范围烃的比率。在其他实施方案中，可选地增大和减小可以另外地或可选地包括调节到在烷基化反应区中的一个或多个反应器的新鲜酸催化剂的流速，以增大或减小在烷基化反应区中生产的汽油与喷气燃料范围烃的比率。在还是其他实施方案中，可选地增大和减小可以另外地或可选地包括调节在烷基化反应区中的一个或多个反应器中的操作条件，以增大或减小在烷基化反应区中生产的汽油与喷气燃料范围烃的比率。在仍进一步的实施方案中，可选地增大可以包括将C5+馏分作为汽油产物馏分回收。
通过适当地改变原料、再循环异丁烷和异戊烷的组成以及改变操作条件，可以控制反应路径以最大化氢化物转移(烷基化)或最大化烯烃聚合、低聚和/或裂化。本文中的系统和方法提供了这种灵活性，从而允许操作人员调整烷基化过程以最大化汽油、最大化喷气燃料或以中间比率联产这些，以便满足市场需求和/或最大化收益。
根据以下描述和所附权利要求，其他方面和优点将变得明显。
附图说明
图1是示出了根据本文中公开的实施方案的烯烃类型和异链烷烃类型对产物分布的影响的图表。
图2是示出了根据本文中公开的灵活烷基化方法和系统的实施方案的喷气燃料生产中的转变的曲线图。
图3-6示出了根据本文中的实施方案的系统的简化工艺流程图。
图7示出了根据本文中的实施方案的可用于烷基化反应区中的烷基化反应系统。
图8和9示出了根据本文中的实施方案的生产喷气燃料和汽油的方法的测试结果。
具体实施方式
本文中的实施方案涉及经由异链烷烃-烯烃烷基化的汽油和喷气燃料的灵活生产。烷基化反应可以在烷基化反应区中进行，该烷基化反应区可以包括一个或多个烷基化反应器。一个或多个烷基化反应器可以是使用液态酸烷基化催化剂如HF或硫酸促进烷基化的任何类型的反应器。一个或多个烷基化反应器可以是竖直的或水平的，并且可以具有静态或非静态的混合装置。当烷基化反应器系统包括多个反应器时，烃流动可以是并行的或串行的，并且酸催化剂可以并行或串行地注入到反应器中。
可用于灵活地生产汽油和喷气燃料的系统还可以包括分离器，其包括脱异丁烷塔、脱异戊烷塔和烷基化物分离塔。脱异丁烷塔的作用是用于分离异丁烷、正丁烷和C4+烃。脱异戊烷塔用于从C5+烃中分离异戊烷；取决于操作模式(汽油、喷气燃料或联产模式)，可以将异戊烷再循环返回到烷基化反应区。分离塔用于将整个烷基化物分离为轻质烷基化物，其可以用于或加工成溶剂、车用汽油调合料或航空汽油调合料。重质烷基化物可以用作喷气燃料池的调合组分。取决于操作模式，一些轻质烷基化物或其中含有的异己烷可以再循环返回到烷基化反应区。
本文中的系统可以利用多达三种方式来调节汽油和喷气燃料的相对生产。本文中的系统和方法控制汽油与喷气燃料的比率的第一种方式是调节烯烃类型。如图1所示，对于给定的异链烷烃，用异丁烯或异戊烷对C4烯烃进行烷基化趋于比C5烯烃生成更多的C8产物。用异丁烯或异戊烷对C5烯烃进行烷基化导致在喷气燃料范围内的更高产物产率。
本文中的系统和方法控制汽油与喷气燃料的比率的第二种方式是调节异链烷烃的类型。如图1所示，在给定烯烃类型的情况下，与使用异丁烷进行烷基化相比，采用异戊烷趋于生成更重质的烃。因此，调节汽油和喷气燃料的生产的一种非常有效的方式是通过调节脱异丁烷塔和脱异戊烷塔的操作来控制再循环异丁烷和异戊烷。在最大汽油生产模式中，可以最大化异丁烷的再循环，并且可以将异戊烷作为净产物移除。在这种情况下，氢转移反应被增强，从而导致更多的异戊烷产生和更高的C8含量。相反，在最大喷气燃料生产模式中，异丁烷可以作为净产物移除，同时尽可能多地再循环异戊烷，因为较高浓度的异戊烷将抑制氢转移反应，从而导致产生更多的C9+烃。另外，异己烷的再循环也可以增加较重质烃的产生，从而导致更高的喷气燃料产率。
本文中的系统和方法控制汽油与喷气燃料的比率的第三种方式是调节操作条件，其包括酸强度(在液态酸烷基化的情况下)、温度、空速、再循环异丁烷/烯烃比率和混合强度。在给定烯烃和异链烷烃类型的情况下，较低的酸强度、较高的温度、较高的空速、较低的异链烷烃/烯烃(I/O)比率和较低的混合强度将导致更多的C9+产生，从而最大化喷气燃料生产。如图2所示，通过根据本文中的实施方案改变操作条件，可以显著增加喷气燃料范围(330-580°F/165–305℃)内的烃的产生。
如上所述，本文中的系统和方法可以经由烷基化灵活地调节或优化汽油和喷气燃料生产。图3中示出了根据本文中的实施方案的一种烷基化系统的简化工艺流程图。如图3中所示，根据本文中的实施方案的一种用于灵活生产汽油和喷气燃料的系统可以包括烷基化反应区10，该烷基化反应区10包括一个或多个烷基化反应器，并且当使用两个或更多个时，这些反应器可以是串联和/或并联的。一个或多个烷基化反应器可以用于使C4-C5烯烃与异链烷烃在酸烷基化催化剂的存在下反应以产生烃流出物和废酸流。在多种实施方案中，可以将C4烯烃、C5烯烃和/或C6烯烃提供至烷基化反应区。
C4-C6烯烃可以作为一种或多种粗烯烃流12提供，该粗烯烃流12包括例如C4烯烃流、C5烯烃流或混合的C4/C5烯烃流。粗C4和C5烯烃流可以包含烯烃和链烷烃的混合物。其中含有的烯烃可以包括正烯烃、异烯烃或其混合物。链烷烃可以包括例如C4烷烃(正丁烷、异丁烷)、C5烷烃(正戊烷、新戊烷和异戊烷)或其混合物。在一些实施方案中，可选地或另外地提供高纯度异链烷烃，如异丁烷或异戊烷进料14。在其他实施方案中，可以单独地提供烯烃和异链烷烃。在一些实施方案中，含C4烯烃的原料可以具有大于50重量％的C4烯烃。在一些实施方案中，含C5烯烃的原料可具有大于50重量％的C5烯烃。
烷基化反应可以用例如硫酸或HF催化。硫酸可以例如在一些实施方案中以超过80重量％的浓度使用，在其他实施方案中以超过88重量％的浓度使用，并且在还是其他实施方案中以超过96重量％的浓度使用。烷基化方法包括在烷基化反应区10的一个或多个反应器中使异链烷烃与烯烃在酸催化剂的存在下反应。然后在烷基化反应区中将反应产物分离以回收富含烃的相和富含酸的相。如果需要，在其他操作中，可以在烷基化反应区中进一步处理富含烃的相，以从该烃相中移除硫酸酯，从而产生烃流出物16，其可以包含未反应的异链烷烃和烷基化物产物。
可以将富含酸的相的一部分再循环至相同的烷基化反应器，以便在反应器中维持所需的酸浓度。剩余的酸可以作为废酸馏分回收，该废酸馏分可以被运送至烷基化反应区中的不同反应器(酸级联)，或者可以经由流动管线18回收以进行废酸回收。还可以提供新鲜酸进料20以将反应器维持在所需的酸浓度。例如，进料到烷基化反应区的硫酸可以包括新鲜硫酸和/或再循环的硫酸。在一些实施方案中，可以将进入烷基化反应器的硫酸相的浓度维持在滴定为低于99.8重量％强度的硫酸/水混合物或更低的浓度。在其他实施方案中，可以将硫酸维持在滴定为20至96重量％的硫酸/水混合物的浓度范围内；在其他实施方案中，可以将硫酸维持在滴定为25至75重量％的硫酸/水混合物的浓度范围内；并且在还是其他实施方案中，可以将硫酸维持在滴定为30至70重量％的硫酸/水混合物的浓度范围内。可以注意到的是，在这些情况下，酸相由硫酸、硫酸酯、ASO(酸溶性油)和水组成。酸相不含有大量的水，典型地为0-5重量％，并且出于描述酸含量的目的，术语“滴定为”或“滴定成”用于表示具有相同酸度的硫酸/水混合物，从而理解本文中使用的酸混合物在化学组成上是更复杂的。酸度的测量可以例如使用METTLER DL-77或METTLER T-90滴定仪进行。
因此，在多个实施方案中，除了进料至在烷基化反应区中的烷基化反应器的废酸或再循环酸之外，还可以进料新鲜酸。为了在每一个相应的烷基化反应器中实现所需或最佳的酸强度，可以控制新鲜酸流、再循环至烷基化反应器的回收酸的部分和运送至另一个烷基化区或至酸回收的废酸的部分的流速。在一些实施方案中，烷基化反应区可以包括例如C4烷基化反应器和C5烷基化反应器。可以控制酸再循环、新鲜酸和酸级联，使得可以将C4烷基化反应器中的硫酸维持在滴定为87至95重量％的硫酸/水混合物的浓度范围内，同时可以将C5烷基化反应器中的硫酸维持在滴定为80至95重量％的硫酸/水混合物的浓度范围内。
然后可以将经由流动管线16回收的烷基化产物分离为汽油范围组分和较重质烷基化物产物。根据本文中的实施方案的系统可以包括用于将烃流出物16分离为异丁烷馏分24、正丁烷馏分26和C5+馏分28的脱异丁烷塔22。该系统还可以包括用于将C5+馏分28分离为异戊烷馏分32和C6+馏分34的脱异戊烷塔30。还可提供分离塔36用于将C6+馏分分离为轻质烷基化物塔顶馏分38和重质烷基化物塔底馏分40。
根据本文中的实施方案，提供了流动系统以使得能够灵活地生产喷气燃料和汽油。可以提供流动系统用于经由流动管线42将异丁烷馏分24再循环至烷基化反应区、经由流动管线44将异丁烷馏分作为异丁烷产物回收以及将异丁烷馏分的一部分42再循环至烷基化反应区并且将异丁烷馏分的一部分44作为异丁烷产物回收。还可以提供流动系统用于经由流动管线46将异戊烷馏分32再循环至烷基化反应区、将异戊烷馏分作为异戊烷产物48回收以及将异戊烷馏分的一部分46再循环至烷基化反应区并且将异戊烷馏分的一部分48作为异丁烷产物回收。此外，可以提供流动系统用于经由流动管线50将轻质烷基化物馏分38再循环至烷基化反应区、将轻质烷基化物作为轻质烷基化物产物52回收以及将轻质烷基化物馏分的一部分50再循环至烷基化反应区并且将轻质烷基化物馏分的一部分52作为轻质烷基化物产物回收。轻质烷基化物或其一部分的再循环可以将己烯类和/或异己烷引入至反应区，其可以反应而产生更高分子量的烷基化物。
还可以提供控制系统(未示出)，如用于控制或操作装设阀门以及设备的其他方面的数字控制系统或者类似过程操作和控制软件和硬件。根据本文中的实施方案的控制系统可以被配置成调节到烷基化反应区10的粗烯烃12(C4烯烃和C5烯烃)、再循环异丁烷馏分42、异戊烷再循环馏分46和轻质烷基化物再循环馏分50中的每一种的流速，以选择性地增大或减小在烷基化反应区10中生产和在流出物16中回收的汽油与喷气燃料范围烃的比率。
在一些实施方案中，控制系统还被配置成调节在烷基化反应区中的一个或多个反应器的反应温度，以增大或减小在烷基化反应区中生产的汽油与喷气燃料范围烃的比率。控制系统可以进一步被配置成调节到在烷基化反应区中的一个或多个反应器的新鲜酸催化剂的流速，以增大或减小在烷基化反应区域中生产的汽油与喷气燃料范围烃的比率。仍进一步地，控制系统可以另外地或可选地被配置成调节在烷基化反应区中的一个或多个反应器中的操作条件，以增大或减小在烷基化反应区中生产的汽油与喷气燃料范围烃的比率，其中操作条件可以选自例如酸强度、温度、空速、混合强度、再循环异丁烷与烯烃的比率和再循环异戊烷与烯烃的比率中的一种或多种。
所述系统还可以包括用于将C5+馏分作为汽油产物馏分回收的流动管线54。如上所述的，图3中所示的系统可以用于方法中，以根据市场需求有效地且高效地改变经由烷基化生产的汽油与喷气燃料的比率。用于灵活生产汽油和喷气燃料的方法可以包括将异链烷烃14和包括C4和/或C5烯烃的烯烃12进料至烷基化反应区10，该烷基化反应区10包括用于使C4-C5烯烃与异链烷烃在酸烷基化催化剂20的存在下反应以产生烃流出物16和废酸流18的一个或多个反应器。然后可以将烃流出物16分离为异丁烷馏分24、正丁烷馏分26和C5+馏分28。可以将C5+馏分28分离为异戊烷馏分32和C6+馏分34。此外，可以将C6+馏分34分离为轻质烷基化物塔顶馏分38和重质烷基化物塔底馏分40。
本文中的方法还可以包括可选地(i)增大烷基化物中的汽油与喷气燃料范围烃的比率，和(ii)减小烷基化物中的汽油与喷气燃料范围烃的比率。可选地增大和减小可以包括，例如，调节到烷基化反应区的粗烯烃12(其可以是单独的C4烯烃和C5烯烃进料)、异丁烷再循环馏分42、异戊烷再循环馏分46和轻质烷基化物再循环馏分50中的每一种的流速。在一些实施方案中，可选地增大和减小可以包括调节在烷基化反应区中的一个或多个反应器中的一个或多个的反应温度，以增大或减小在烷基化反应区中生产的汽油与喷气燃料范围烃的比率。在一些实施方案中，可选地增大和减小可以包括调节到在烷基化反应区中的一个或多个反应器的新鲜酸催化剂的流速，以增大或减小在烷基化反应区中生产的汽油与喷气燃料范围烃的比率。另外地，或可选地，可选地增大和减小可以包括调节在烷基化反应区中的一个或多个反应器中的操作条件，以增大或减小在烷基化反应区中生产的汽油与喷气燃料范围烃的比率，其中操作条件选自酸强度、空速、混合强度、再循环异丁烷与烯烃的比率和再循环异戊烷与烯烃的比率中的一种或多种。
在一些实施方案中，可选地增大包括如经由流动管线54，将C5+馏分或其一部分作为汽油产物馏分回收。在其中将全部C5+馏分作为产物回收的实施方案中，可以暂时关闭脱戊烷塔30和分离塔36以及相关的流动流。由于期望增大喷气燃料生产，所以可以使这样的系统(30、36和相关的流动流)恢复联机。在这样的实施方案中，控制系统可以进一步被配置成分别在增大/最大化汽油产物馏分或减小/最小化汽油产物馏分时关闭和开启脱戊烷塔和分离塔。
在一些实施方案中，用于烷基化反应区中的每一个的总反应器进料(粗烯烃、异链烷烃和再循环烃)中的烯烃与异链烷烃的摩尔比可以在约1:1.5至约1:30的范围内，如在约1:5至约1:15的范围内。也可以使用较低的烯烃与异链烷烃的比率。在一个或多个烷基化反应器中的总循环异链烷烃与烯烃的比率可以在1:1至20:1的范围内。
在最大化汽油生产中，在总再循环异链烷烃流中的异丁烷浓度可以在80-100％的范围内。反应器中的温度例如可以在-10℃至50℃的范围内。在一些实施方案中，C4烯烃和/或C5烯烃的烷基化可以在约-7℃至约38℃的范围内。
在最大化喷气燃料生产中，在总再循环异链烷烃流中的异丁烷浓度可以在0-80％的范围内。烷基化反应器的操作温度可以与最大化汽油时的温度相同或比其更高。同样，酸强度可以与最大化汽油生产时相同或比其更低，并且空速可以与最大化汽油生产时相同或比其更高。
在一些实施方案中，如在图4-6中集合性地示出的，富含C4的烯烃进料和富含C5的烯烃进料在单独的专用反应器中处理。图4-6的过程方案是集合性的，其中图4示出了在最大化汽油模式中的C4/C5烷基化过程方案，图5示出了在最大化喷气燃料模式中的C4/C5烷基化过程方案，并且图6示出了在联产模式中的C4/C5烷基化过程方案。反应区10可以包括C4烷基化反应器10A和C5烷基化反应器10B，并且粗烯烃进料12可以包括粗C4烯烃进料12A和粗C5烯烃进料12B。图4-6示出了在相应模式期间处于操作中的烃流动流和系统，而整个系统可以与图3中所示的系统类似，其中某些设备或流动管线处于脱机状态。尽管没有示出酸流动，但是这些也与关于图3所显示和描述的类似。
现在参考图4，示出了在最大化汽油生产的方案中的本文中的C4/C5烷基化方法实施方案的简化流程图，其中相同的数字表示相同的部件。在最大汽油模式中，如图4中所示的，仅异丁烷24/42被再循环。与喷气燃料模式或联产模式相比，两个反应器10A/10B中的操作条件可以针对较低的空速、较低的温度、较高的酸强度和较高的异丁烷/烯烃比率。脱戊烷塔30和分离塔36在最大汽油模式中处于脱机状态。
现在参考图5，示出了在最大化喷气燃料生产的方案中的本文中的C4/C5烷基化方法实施方案的简化流程图，其中相同的数字表示相同的部件。在最大喷气燃料模式中，如图5中所示的，应使异戊烷再循环32/46最大化。异丁烷应作为净产物44从系统中移除。为了满足终馏点(FBP)要求，可能需要一定的异丁烷再循环(42，图5中未示出)来控制重质烃的浓度。关于操作条件，总体上，与汽油生产模式相比，两个反应器均优选较高的空速、较高的温度、较低的酸强度和较低的再循环I/O比率。
现在参考图6，示出了在联产汽油和喷气燃料的方案中的本文中的C4/C5烷基化方法实施方案的简化流程图，其中相同的数字表示相同的部件。在联产模式中，如图6中所示的，异丁烷42优选再循环返回到C4烷基化反应器中，并且异戊烷46优选再循环返回到C5反应器，因为与C5烷基化相比，C4烷基化趋于产生具有显著更高辛烷的烷基化物。使C4烯烃与异丁烷的反应，同时使C5烯烃与异戊烷的反应，可以最佳地实现(monetarize)它们特定的反应化学。另外，与联产模式中的C4反应器相比，C5反应器优选在显著更高的温度和更低的酸强度下操作。
与新鲜异链烷烃进料14、再循环异链烷烃42/46/50和粗烯烃10/10A/10B相关的流动系统可以提供用于混合相应馏分、到C5反应器的C4烯烃或异链烷烃的进料、到C4反应器的C5烯烃或异链烷烃的进料或者其他组合，以在产物制备中提供进一步的灵活性。
关于图4-6所描述的C4/C5烷基化方法的实施方案可以包括在C4反应器中的在87-95％范围内的酸强度和在C5反应器中的在80-95％范围内的酸强度。异链烷烃可以再循环返回到C4和C5反应器二者中。
在两个反应器中的总再循环异链烷烃与烯烃的比率可以在1:1至20:1的范围内。在最大化汽油模式中，在返回到两个反应器的总再循环异链烷烃中的异丁烷浓度在80-100％的范围内。在最大化喷气燃料模式下，在返回到两个反应器的总再循环异链烷烃中的异丁烷浓度在0-80％的范围内。在喷气燃料模式中的操作温度可以与在汽油模式期间的操作温度相同或比其更高。同样，与权利要求相比，在喷气燃料模式中的酸强度可以相同或更低，并且空速可以相同或更高。
在联产模式中，在返回到C4反应器的总再循环异链烷烃中的异丁烷浓度可以在80-100％的范围内，并且在返回到C5反应器的总再循环异链烷烃中的异丁烷浓度可以在0-80％的范围内。C4反应器可以具有与C5反应器相同或比其更高的酸强度，并且C4反应器可以具有与C5反应器相同或比其更低的温度。
现在参考图7，示出了根据本文中的一个或多个实施方案的烷基化区的简化过程图。烷基化区可包括反应区和分离区。烷基化区100例如可以包括上反应段100a和底部分离段100b。接触结构102可以位于上段100a中，以促进烯烃104、异链烷烃106和硫酸108的密切接触。
如上所提及的，可以维持烷基化区100中的条件，使得至少一部分或全部烯烃与异链烷烃反应而形成烷基化物。然后可以例如通过在下段100b中倾析反应混合物来分离所得的反应混合物以回收烃馏分120以及废的或部分废的酸馏分122，烃馏分120包括烷基化物、未反应的异链烷烃和任何未反应的烯烃(当存在时)。
如果使用接触结构，则可以将它们定位在烷基化反应器100的上段100a中，以使硫酸、异链烷烃和烯烃进料流接触。在一些实施方案中，在本文中描述的实施方案中使用的接触结构或分散器可以包括至少50％的空隙空间；在其他实施方案中包括至少60％的空隙空间；在其他实施方案中包括至少70％的空隙空间；在其他实施方案中包括至少80％的空隙空间；并且在还是其他实施方案中包括高达99％的空隙空间。例如，在一些实施方案中，接触结构可以包括多丝部件和结构元件，如共编织丝网、分散器或其他合适的接触结构。例如，可以使用如在美国专利第6,774,275号(通过引用并入本文中)中描述的接触结构。
在一些实施方案中，脉冲流动方式也可以用于烷基化反应器100的反应区。脉冲的特征可以在于大的传质和传热速率。在平行流动的细流之间增大的接触结构润湿和连续的混合可以减少流动分布不均。另外，可以减少局部热点的形成，从而导致本质上更安全的方法。脉冲可以连续地将停滞的液体滞留量(holdup，或称为塔藏量)调节到其中它的停滞性质消失的点。由于停滞的滞留量代表滴流操作中的总液体滞留量的10至30％，因此脉冲流动方式的动态特性可以增强反应器性能，如通过改善的径向混合来实现。
如上所述的，可以将从烷基化区回收的部分废的酸馏分122的一部分或全部进料至另一个烷基化区(未示出)。在一些实施方案中，酸馏分158的一部分124也可以再循环至相同的烷基化反应器100，以便在第一烷基化反应器100中维持所需的酸浓度。剩余的酸可以作为废酸馏分126回收，该废酸馏分126可以运送至不同的反应器或被回收用于废酸回收。
另外地，反应的热可以产生一些蒸气140，其可以被移除。如果需要，这些蒸气可以被冷凝或压缩(如通过使用压缩机142)，并且与回收的液态烃馏分120合并以形成烃馏分144。在一些实施方案中，可以将回收的烃馏分144分离为第一部分150以被送至下游烷基化区或产物回收区，并且可以将第二部分152再循环至相同的烷基化反应器100，以便维持所需的烯烃进料浓度和/或用于温度控制。
实施例
在中试设备试验运行中，将FCC C4馏分和异丁烷用作与图3中所示方法相似的方法的原料。调节操作条件以改变产物分布。通过小心地选择分馏点(cut point，或称为馏出温度)，然后将整个烷基化物蒸馏为轻质烷基化物和重质烷基化物。如图8中所示的，重质烷基化物具有在喷气燃料范围内的沸程。轻质烷基化物可以用作航空汽油或车用汽油的调合组分。图9给出了轻质烷基化物和重质烷基化物的碳数分布。明显的是，在蒸馏之后，大多数C11+产物进入重质烷基化物。
在试验运行中，使用变化的操作条件以获得不同的喷气燃料产率。随着喷气燃料产率越高，轻质烷基化物的烷基化物质量(辛烷值)趋于变得更低，并且总酸消耗趋于更高。因此，取决于烯烃类型和汽油与喷气燃料之间的价格差异，存在最佳的操作条件以联产汽油和喷气燃料，以最大化收益或满足市场需求。
如上所述的，本文中的实施方案提供了灵活地生产汽油和喷气燃料的系统和方法。与将C5烯烃直接调合到汽油池中相比，人们对C5烷基化的兴趣日益增长，因为其降低了总体RVP、增加了体积产率和辛烷。同时，用于C5烷基化的操作酸强度显著更低，从而允许从现有的C4烷基化反应器至C5反应器的酸级联。有利地，本文中的实施方案提供了对于以下不同目标共处理C4烯烃和C5烯烃的过程方案：最大化汽油产率，最大化喷气燃料产率或两者的最佳联产。
尽管本公开包括有限数量的实施方案，但是受益于本公开的本领域技术人员将理解的是，可以设计出不脱离本公开范围的其他实施方案。因此，范围应仅由所附权利要求限制。

Claims (22)

1.一种用于灵活生产汽油和喷气燃料的系统，所述系统包括：
烷基化反应区，其包括用于使C4烯烃、C5烯烃、C6烯烃、C4-C5烯烃或C4-C6烯烃与C4-C6异链烷烃在硫酸烷基化催化剂的存在下反应以产生烃流出物和废酸流的一个或多个反应器；
用于将C4烯烃提供至所述烷基化反应区的流动管线；
用于将C5烯烃提供至所述烷基化反应区的流动管线；
用于将新鲜酸烷基化催化剂提供至所述烷基化反应区的流动管线；
用于将所述烃流出物分离为异丁烷馏分、正丁烷馏分和C5+馏分的脱异丁烷塔；
用于将所述C5+馏分分离为异戊烷馏分和C6+馏分的脱异戊烷塔；
用于将所述C6+馏分分离为轻质烷基化物塔顶馏分和重质烷基化物塔底馏分的分离塔；
用于将所述异丁烷馏分再循环至所述烷基化反应区、将所述异丁烷馏分作为异丁烷产物回收以及将所述异丁烷馏分的一部分再循环至所述烷基化反应区并且将所述异丁烷馏分的一部分作为异丁烷产物回收的流动系统；
用于将所述异戊烷馏分再循环至所述烷基化反应区、将所述异戊烷馏分作为异戊烷产物回收以及将所述异戊烷馏分的一部分再循环至所述烷基化反应区并且将所述异戊烷馏分的一部分作为异戊烷产物回收的流动系统；
用于将所述轻质烷基化物馏分再循环至所述烷基化反应区、将所述轻质烷基化物作为轻质烷基化物产物回收以及将所述轻质烷基化物馏分的一部分再循环至所述烷基化反应区并且将所述轻质烷基化物馏分的一部分作为轻质烷基化物产物回收的流动系统。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括用于将C6烯烃提供至所述烷基化反应区的流动管线。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，还包括控制系统，所述控制系统被配置成调节到所述烷基化反应区的所述C4烯烃、所述C5烯烃、再循环异丁烷馏分、异戊烷再循环馏分和轻质烷基化物再循环馏分中的每一种的流速以选择性地增大或减小在所述烷基化反应区中生产的汽油与喷气燃料范围烃的比率。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述控制系统还被配置成调节在所述烷基化反应区中的所述一个或多个反应器的反应温度以增大或减小在所述烷基化反应区中生产的汽油与喷气燃料范围烃的比率。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的系统，其中所述控制系统还被配置成调节到在所述烷基化反应区中的所述一个或多个反应器的新鲜酸催化剂的流速以增大或减小在所述烷基化反应区中生产的汽油与喷气燃料范围烃的比率。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的系统，其中所述控制系统还被配置成调节在所述烷基化反应区中的所述一个或多个反应器中的操作条件以增大或减小在所述烷基化反应区中生产的汽油与喷气燃料范围烃的比率，其中所述操作条件选自酸强度、温度、空速、混合强度、再循环异丁烷与烯烃的比率和再循环异戊烷与烯烃的比率中的一种或多种。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的系统，还包括用于将所述C5+馏分作为汽油产物馏分回收的流动管线。
8.一种用于灵活生产汽油和喷气燃料的系统，所述系统包括：
烷基化反应区，其包括用于使C4烯烃、C5烯烃、C6烯烃、C4-C5烯烃或C4-C6烯烃与异链烷烃在硫酸烷基化催化剂的存在下反应以产生烃流出物和废酸流的一个或多个反应器；
用于将C4烯烃提供至所述烷基化反应区的流动管线；
用于将C5烯烃提供至所述烷基化反应区的流动管线；
用于将新鲜酸烷基化催化剂提供至所述烷基化反应区的流动管线；
用于将所述烃流出物分离为异丁烷馏分、正丁烷馏分和C5+馏分的脱异丁烷塔；
用于将所述C5+馏分分离为异戊烷馏分和C6+馏分的脱异戊烷塔；
用于将所述C6+馏分分离为轻质烷基化物塔顶馏分和重质烷基化物塔底馏分的分离塔；
用于将所述异丁烷馏分再循环至所述烷基化反应区、将所述异丁烷馏分作为异丁烷产物回收以及将所述异丁烷馏分的一部分再循环至所述烷基化反应区并且将所述异丁烷馏分的一部分作为异丁烷产物回收的流动系统；
用于将所述异戊烷馏分再循环至所述烷基化反应区、将所述异戊烷馏分作为异戊烷产物回收以及将所述异戊烷馏分的一部分再循环至所述烷基化反应区并且将所述异戊烷馏分的一部分作为异戊烷产物回收的流动系统；和
控制系统，其被配置成调节到所述烷基化反应区的所述C4烯烃、所述C5烯烃、再循环异丁烷馏分和异戊烷再循环馏分中的每一种的流速以选择性地增大或减小在所述烷基化反应区中生产的汽油与喷气燃料范围烃的比率。
9.根据权利要求8所述的系统，还包括用于将C6烯烃提供至所述烷基化反应区的流动管线。
10.根据权利要求8或权利要求9所述的系统，其中所述控制系统还被配置成调节在所述烷基化反应区中的所述一个或多个反应器的反应温度以增大或减小在所述烷基化反应区中生产的汽油与喷气燃料范围烃的比率。
11.根据权利要求8-10中任一项所述的系统，其中所述控制系统还被配置成调节到在所述烷基化反应区中的所述一个或多个反应器的新鲜酸催化剂的流速以增大或减小在所述烷基化反应区中生产的汽油与喷气燃料范围烃的比率。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的系统，其中所述控制系统还被配置成调节在所述烷基化反应区中的所述一个或多个反应器中的操作条件以增大或减小在所述烷基化反应区中生产的汽油与喷气燃料范围烃的比率，其中所述操作条件选自酸强度、温度、空速、混合强度、再循环异丁烷与烯烃的比率和再循环异戊烷与烯烃的比率中的一种或多种。
13.根据权利要求8-12中任一项所述的系统，还包括用于将所述轻质烷基化物馏分再循环至所述烷基化反应区、将所述轻质烷基化物作为轻质烷基化物产物回收以及将所述轻质烷基化物馏分的一部分再循环至所述烷基化反应区并且将所述轻质烷基化物馏分的一部分作为轻质烷基化物产物回收的流动系统。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制系统还被配置成调节到在所述烷基化反应区中的所述一个或多个反应器的轻质烷基化物再循环馏分的流速以增大或减小在所述烷基化反应区中生产的汽油与喷气燃料范围烃的比率。
15.根据权利要求8-13中任一项所述的系统，还包括用于将所述C5+馏分作为汽油产物馏分回收的流动管线。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述控制系统还被配置成分别在最大化所述汽油产物馏分或最小化所述汽油产物馏分时关闭和开启所述脱戊烷塔和所述分离塔。
17.一种用于灵活生产汽油和喷气燃料的方法，所述方法包括：
将异链烷烃与包括C4和/或C5烯烃的烯烃进料至烷基化反应区，所述烷基化反应区包括用于使所述C4-C5烯烃与所述异链烷烃在硫酸烷基化催化剂的存在下反应以产生烃流出物和废酸流的一个或多个反应器；
将所述烃流出物分离为异丁烷馏分、正丁烷馏分和C5+馏分；
将所述C5+馏分分离为异戊烷馏分和C6+馏分；
将所述C6+馏分分离为轻质烷基化物塔顶馏分和重质烷基化物塔底馏分；
可选地：
增大所述烷基化物中的汽油与喷气燃料范围烃的比率；和
减小所述烷基化物中的汽油与喷气燃料范围烃的比率。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述可选地增大和减小包括调节到所述烷基化反应区的所述C4烯烃、所述C5烯烃、异丁烷再循环馏分、异戊烷再循环馏分和轻质烷基化物再循环馏分中的每一种的流速。
19.根据权利要求17或权利要求18所述的方法，其中所述可选地增大和减小包括调节在所述烷基化反应区中的所述一个或多个反应器中的一个或多个的反应温度以增大或减小在所述烷基化反应区中生产的汽油与喷气燃料范围烃的比率。
20.根据权利要求17-19中任一项所述的方法，其中所述可选地增大和减小包括调节到在所述烷基化反应区中的所述一个或多个反应器的新鲜酸催化剂的流速以增大或减小在所述烷基化反应区中生产的汽油与喷气燃料范围烃的比率。
21.根据权利要求17-20中任一项所述的方法，其中所述可选地增大和减小包括调节在所述烷基化反应区中的所述一个或多个反应器中的操作条件以增大或减小在所述烷基化反应区中生产的汽油与喷气燃料范围烃的比率，其中所述操作条件选自酸强度、温度、空速、混合强度、再循环异丁烷与烯烃的比率和再循环异戊烷与烯烃的比率中的一种或多种。
22.根据权利要求17-21中任一项所述的方法，其中所述可选地增大包括将所述C5+馏分作为汽油产物馏分回收。
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