DE112016001182T5

DE112016001182T5 - Pneumatisch bewegte Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit unter Verwendung von Verdampfung zur Entfernung von Reaktionshitze

Info

Publication number: DE112016001182T5
Application number: DE112016001182.2T
Authority: DE
Inventors: Donald Henry Mohr; Huping Luo; Clifford Michael Lowe; Krishniah Parimi; Michael John Girgis; Hye Kyung Cho Timken; Bong-Kyu Chang
Original assignee: Chevron USA Inc
Current assignee: Chevron USA Inc
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2017-11-30
Also published as: WO2016148974A1; US9796642B2; KR20170128258A; CA2976703A1; GB201713788D0; US20160264494A1; KR102488711B1; CA2976703C; CN107429170A; CN107429170B; GB2551666A

Abstract

Systeme und Vorrichtung zur Umwandlung von durch ionische Flüssigkeit katalysiertem Kohlenwasserstoff, zum Beispiel Alkylierung, unter Verwendung von Verdampfung zur Entfernung von Reaktionswärme aus einem Reaktor für ionische Flüssigkeiten und zum Bereitstellen eines Mischens darin, wobei die Kohlenwasserstoffdämpfe dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten entzogen werden und der entzogene Kohlenwasserstoffdampf über eine Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf in Fluidverbindung mit dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten zum Rückführen kondensierter Kohlenwasserstoffe an den Reaktor für ionische Flüssigkeiten zurückgeführt wird. Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Alkylierung werden ebenfalls offenbart.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Systeme, Reaktoren und Prozesse zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung wie zum Beispiel Alkylierung unter Verwendung von Verdampfung zur Entfernung von Reaktionswärme aus dem Reaktor und zur Bereitstellung eines Mischens darin.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Es besteht ein Bedarf an Systemen, Reaktoren und Prozessen zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung wie zum Beispiel Alkylierung unter Verwendung von Verdampfung zur Entfernung von Reaktionswärme aus dem Reaktor und zur Bereitstellung eines Mischens darin.
KURZDARSTELLUNG
In einer Ausführungsform ist ein System bereitgestellt, das einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten umfasst, der dazu ausgelegt ist, eine durch ionische Flüssigkeit katalysierte exotherme Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktion durchzuführen, wobei der Reaktor für ionische Flüssigkeiten einen Kohlenwasserstoffdampfauslass umfasst, der dazu ausgelegt ist, dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten Kohlenwasserstoffdampf zu entziehen, und das System ferner Folgendes umfasst: mindestens eine Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit, die in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten angeordnet ist, wobei jede Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit dazu ausgelegt ist, einen Katalysator aus ionischer Flüssigkeit in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten einzuspritzen; mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung, die in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten angeordnet ist, wobei jede Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung dazu ausgelegt ist, einen Kohlenwasserstoffzufuhrstrom in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten einzuspritzen; eine Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf, die in Fluidverbindung mit dem Kohlenwasserstoffdampfauslass steht, wobei die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf dazu ausgelegt ist, Kohlenwasserstoffdampf aufzunehmen, der dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten entzogen wurde, und den entzogenen Kohlenwasserstoffdampf zu kondensieren, um einen Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit bereitzustellen; und eine Leitung für kondensierte Kohlenwasserstoffflüssigkeit, die sich in Fluidverbindung mit der Rückgewinnungseinheit für den Kohlenwasserstoffdampf befindet und dazu ausgelegt ist, den Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit an den Reaktor für ionische Flüssigkeiten zurückzuführen.
In einer anderen Ausführungsform ist ein System bereitgestellt, das einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten umfasst, das dazu ausgelegt ist, eine durch ionische Flüssigkeit katalysierte exotherme Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktion durchzuführen, wobei der Reaktor für ionische Flüssigkeiten Folgendes aufweist: mindestens eine in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten angeordnete Kohlenwasserstoffverdampfungszone und einen Kohlenwasserstoffdampfauslass, der dazu ausgelegt ist, dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten Kohlenwasserstoffdampf zu entziehen, mindestens eine Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit, die in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten angeordnet ist, wobei jede Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit dazu ausgelegt ist, Katalysator aus ionischer Flüssigkeit in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten einzuspritzen; mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung, die in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten angeordnet ist, wobei jede Kohlenwasserstoffverdampfungszone über jeder Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung angeordnet ist; und eine Rückgewinnungseinheit Kohlenwasserstoffdampf, die sich in Fluidverbindung mit dem Kohlenwasserstoffdampfauslass befindet, wobei die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf dazu ausgelegt ist, Kohlenwasserstoffdampf aufzunehmen, der dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten entzogen wurde, und den entzogenen Kohlenwasserstoffdampf zu kondensieren, um einen Strom aus kondensiertem Kohlenwasserstoffdampf bereitzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein System bereitgestellt, das einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten umfasst, der dazu ausgelegt ist, eine durch ionische Flüssigkeit katalysierte Alkylierung durchzuführen, wobei der Reaktor für ionische Flüssigkeiten einen Kohlenwasserstoffdampfauslass umfasst, der dazu ausgelegt ist, dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten Kohlenwasserstoffdampf zu entziehen, und das System ferner Folgendes umfasst: mindestens einen Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit, die in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten angeordnet ist, wobei jede Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit dazu ausgelegt ist, einen Katalysator aus ionischer Flüssigkeit in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten einzuspritzen; mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung, die in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten angeordnet ist, eine Einspritzleitung für die Kohlenwasserstoffzufuhr, die sich in Fluidverbindung mit jeder Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung befindet, zum Zuführen eines kombinierten Zufuhrstroms an jede Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung, wobei jede Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung dazu ausgelegt ist, den kombinierten Zufuhrstrom in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten einzuspritzen; eine Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf, die in Fluidverbindung mit dem Kohlenwasserstoffdampfauslass steht, wobei die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf dazu ausgelegt ist, Kohlenwasserstoffdampf aufzunehmen, der dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten über den Kohlenwasserstoffdampfauslass entzogen wurde, und den entzogenen Kohlenwasserstoffdampf zu kondensieren, um einen Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit bereitzustellen; und eine Leitung für kondensierte Kohlenwasserstoffflüssigkeit, die sich in Fluidverbindung mit der Rückgewinnungseinheit für den Kohlenwasserstoffdampf und der Einspritzleitung für die Kohlenwasserstoffzufuhr befindet, wobei die Einspritzleitung für kondensierten Kohlenwasserstoff dazu ausgelegt ist, der Einspritzleitung für die Kohlenwasserstoffzufuhr den Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit aus der Rückgewinnungseinheit zuzuführen.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren bereitgestellt, das das Inkontaktbringen eines Kohlenwasserstoffstroms mit einem Katalysator aus ionischer Flüssigkeit in einer Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit unter Bedingungen für eine Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit umfasst, um eine exotherme Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit durchzuführen; über die Reaktionswärme der exothermen Alkylierungsreaktion Verdampfen eines Teils mindestens eines Kohlenwasserstoffs in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit, um Kohlenwasserstoffdampf in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit bereitzustellen; Entziehen zumindest eines Teils des Kohlenwasserstoffs aus der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit; Kondensieren des entzogenen Kohlenwasserstoffdampfs, um einen Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit bereitzustellen; und Rückführen des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit an die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren bereitgestellt, das das Inkontaktbringen von mindestens einem Isoparaffin und mindestens einem Olefin mit einem Katalysator aus ionischer Flüssigkeit in einer Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit unter Bedingungen für eine Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit umfasst, um eine exotherme Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit durchzuführen, wobei die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit ein flüssiges Reaktionsmedium enthält, das Tröpfchen des in einer flüssigen Kohlenwasserstoffphase dispergierten Katalysators aus ionischer Flüssigkeit umfasst; über die Reaktionswärme der exothermen Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit Verdampfen eines Teils mindestens eines Kohlenwasserstoffs in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit, um Blasen aus Kohlenwasserstoffdampf in dem flüssigen Reaktionsmedium zu bilden; über die Blasen in dem Kohlenwasserstoffdampf pneumatisches Bewegen des flüssigen Reaktionsmediums in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit; Entziehen zumindest eines Teils des Kohlenwasserstoffs aus der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit; Kondensieren des entzogenen Kohlenwasserstoffdampfs, um einen Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit bereitzustellen; und Rückführen des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit an die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit.
In eine anderen Ausführungsform ist ein Verfahren bereitgestellt, das das Einspritzen eines kombinierten Zufuhrstroms in eine Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit umfasst, wobei der kombinierte Zufuhrstrom mindestens ein C₄-C₁₀-Isoparaffin und mindestens ein C₂-C₁₀-Olefin umfasst; Einspritzen eines Katalysators aus ionischer Flüssigkeit in die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit über mindestens eine Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit; Inkontaktbringen des mindestens einen Isoparaffins und des mindestens einen Olefins mit der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit unter Bedingungen für die Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit, um eine exotherme Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit in einem flüssigen Reaktionsmedium durchzuführen; über die Reaktionswärme der exothermen Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit Verdampfen eines Teils des mindestens einen Kohlenwasserstoffbestandteils des kombinierten Zufuhrstroms, um Kohlenwasserstoffdampf in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit bereitzustellen; Entziehen mindestens eines Teils des Kohlenwasserstoffdampfs aus der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit, wobei der Kohlenwasserstoffdampf einen C₃-C₄-Kohlenwasserstoff umfasst, der aus der Gruppe bestehend aus Propan, Isobutan, n-Butan und Kombinationen davon ausgewählt ist; Kondensieren des entzogenen Kohlenwasserstoffdampfs, um einen Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit bereitzustellen; Zusammenführen des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit mit einem Olefinzufuhrstrom und einem Isobutanrückführstrom, um den kombinierten Zufuhrstrom bereitzustellen; Entziehen von Aliquoten des flüssigen Reaktionsmediums aus der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit, um den Reaktorabflussstrom in eine Phase aus ionischer Flüssigkeit und eine Kohlenwasserstoffphase zu teilen; und Fraktionieren der Kohlenwasserstoffphase, um den Isobutanrückführstrom und ein Alkylatprodukt bereitzustellen.
Weitere Ausführungsformen der Systeme und Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung sind nachstehend beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt. Im hier verwendeten Sinne stehen die Ausdrücke „umfassend“ und „umfasst“ für den Einschluss der genannten Elemente oder Schritte, die durch diese Ausdrücke herausgestellt werden, ohne jedoch zwingend andere, unbenannte Elemente oder Schritte auszuschließen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt schematisch ein System und ein Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung, das eine Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
2 stellt schematisch ein System und ein Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung, das eine Fraktionierungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
3 stellt schematisch ein System und ein Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung, das Komponenten einer Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
4 stellt schematisch ein System und ein Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung, das eine Kohlenwasserstoffrückführung aus einer Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf umfasst, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
5 stellt schematisch ein System und ein Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung, das einen seitlichen Entzug von flüssigem Reaktionsmedium aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
6 stellt schematisch ein System und ein Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung, das einen Füllstandsmesser und ein Steuerventil aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
7 stellt schematisch ein System und ein Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung, das ein rückgeführtes flüssiges Reaktionsmedium darstellt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
8 stellt schematisch ein System und ein Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung, das ein Saugrohr in einem Reaktor für ionische Flüssigkeiten aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
9A stellt schematisch einen vertikal ausgerichteten Reaktor für ionische Flüssigkeiten, der ein Saugrohr aufweist, dar und 9B stellt den Reaktor für ionische Flüssigkeiten aus 9A, wie er entlang der Linie 9B-9B zu sehen ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
9C stellt schematisch eine innere Zone und eine äußere Zone in einem vertikal ausgerichteten Reaktor für ionische Flüssigkeiten dar und 9D stellt den Reaktor für ionische Flüssigkeiten aus 9C, wie er entlang der Linie 9D-9D zu sehen ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
10A stellt schematisch einen vertikal ausgerichteten Reaktor für ionische Flüssigkeiten, der ein Saugrohr mit einem vergrößerten oberen Saugrohrabschnitt aufweist, dar und 10B stellt den Reaktor für ionische Flüssigkeiten aus 10A, wie er entlang der Linie 10B-10B zu sehen ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
11 stellt schematisch ein Verfahren und ein System, das einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten mit vertikal beabstandeten Einspritzeinheiten für die Kohlenwasserstoffzufuhr aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
12A stellt schematisch einen vertikal ausgerichteten Reaktor für ionische Flüssigkeiten, der ein Saugrohr aufweist, dar und 12B stellt den Reaktor für ionische Flüssigkeiten aus 12A, wie er entlang der Linie 12B-12B zu sehen ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
12C stellt schematisch einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten, der auf einen Kohlenwasserstoffverdampfungsbereich in Relation zu jeder Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung hinweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
13A stellt einen Unterteil eines vertikal ausgerichteten Reaktors für ionische Flüssigkeiten mit vertikal beabstandeten Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung und horizontal beabstandeten Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit, die in einer inneren Zone des Reaktors für ionische Flüssigkeiten angeordnet sind, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
13B stellt einen Unterteil eines vertikal ausgerichteten Reaktors für ionische Flüssigkeiten mit horizontal beabstandeten Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung und horizontal beabstandeten Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit in einer äußeren Zone des Reaktors für ionische Flüssigkeiten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
13C stellt einen Unterteil eines vertikal ausgerichteten Reaktors für ionische Flüssigkeiten mit horizontal beabstandeten Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung in einer äußeren Zone des Reaktors für ionische Flüssigkeiten und horizontal beabstandeten Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit in einer inneren Zone des Reaktors für ionische Flüssigkeiten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
14A stellt schematisch einen horizontal ausgerichteten Reaktor für ionische Flüssigkeiten mit horizontal beabstandeten Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung und horizontal beabstandeten Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit darstellt, der auf eine Einspritzung der Kohlenwasserstoffzufuhr und eines Katalysators aus ionischer Flüssigkeit in unterschiedliche Richtungen hinweist, und 14B stellt den Reaktor für ionische Flüssigkeiten aus 14A so, wie er entlang der Linie 14B-14B zu sehen ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
15A stellt schematisch einen horizontal ausgerichteten Reaktor für ionische Flüssigkeiten mit horizontal beabstandeten Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung und Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit, der an die Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung angrenzend angeordnet sind, dar und 15B stellt den Reaktor für ionische Flüssigkeiten aus 15A so, wie er entlang der Linie 15B-15B zu sehen ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Katalysatoren aus ionischen Flüssigkeiten können nützlich für Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktionen einschließlich Alkylierungsreaktionen zur Herstellung von Alkylat-Benzin-Mischkomponenten und dergleichen sein. Systeme für zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung gemäß der vorliegenden Offenbarung können einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten und eine Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf umfassen, wobei die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf in Fluidverbindung mit dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten zur Rückgewinnung von Kohlenwasserstoffdampf steht, der Reaktor für ionische Flüssigkeiten mittels Kohlenwasserstoffverdampfung in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten gekühlt werden kann und der Kohlenwasserstoffdampf aus der Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf an den Reaktor für ionische Flüssigkeiten zurückgeführt werden kann.
Reaktoren für ionische Flüssigkeiten entsprechend der vorliegenden Offenbarung bieten darüber hinaus ein Mischen und Zirkulieren von flüssigem Reaktionsmedium, das Katalysator aus ionischer Flüssigkeit und Kohlenwasserstoffreaktionsmittel umfasst, um eine große Oberfläche der Phase aus Katalysator aus ionischer Flüssigkeit in einem Gemisch aus ionischer Flüssigkeit und Kohlenwasserstoff zu erzeugen. Ein derartiges Mischen und Zirkulieren kann primär dadurch erfolgen, dass die Verdampfung des Kohlenwasserstoffs eine Turbulenz in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten bewirkt, z. B. kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten pneumatisch durch Blasen aus Kohlenwasserstoffdampf bewegt werden, die infolge der Reaktionswärme aus einer exothermen Reaktion in dem flüssigen Reaktionsmedium erzeugt werden. Infolgedessen kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten ohne bewegliche Teile betrieben werden
Systeme zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung
Systeme für Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung können einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten umfassen. In einer Ausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten zur Durchführung durch ionische Flüssigkeit katalysierter exothermer Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktionen wie zum Beispiel Alkylierung ausgelegt sein. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten kann einen Kohlenwasserstoffdampfauslass umfassen, der dazu ausgelegt ist, dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten Kohlenwasserstoffdampf zu entziehen. In einer Ausführungsform kann der Kohlenwasserstoffdampfauslass an der Oberseite des Reaktors für ionische Flüssigkeiten ausgeführt sein. In einer Unterausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten vertikal ausgerichtet sein und der Kohlenwasserstoffauslass kann axial in Bezug auf den Reaktor für ionische Flüssigkeiten angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten horizontal ausgerichtet sein.
Derartige Systeme können ferner mindestens eine Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit umfassen. In einer Ausführungsform kann jede Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten angeordnet sein. Jede Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit kann dazu ausgelegt sein, einen Katalysator aus ionischer Flüssigkeit in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten einzuspritzen. In einer Ausführungsform kann eine Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit eine beliebige Düse oder Öffnung zum Bereitstellen von Tröpfchen von Katalysator aus ionischer Flüssigkeit mit einer geeigneten Größe oder einem geeigneten Größenbereich umfassen. In einer Ausführungsform kann jede Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit dazu ausgelegt sein, kleine bis mikroskopische Tröpfchen des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten herzustellen. In einer Ausführungsform können derartige Tröpfchen des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit einen Durchmesser im Bereich von 1 bis 1000 Mikrometern oder von 5 bis 500 Mikrometern oder von 10 bis 250 Mikrometern aufweisen.
Derartige Tröpfchen können nicht nur eine Oberfläche des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit bereitstellen, die eine hohe Geschwindigkeit und eine hohe Qualität des Produkts (z. B. Alkylat) erzeugt, sondern auch ein flüssiges Reaktionsmedium (Mischphase aus Kohlenwasserstoff / ionischer Flüssigkeit), das für die anschließende nachgelagerte Phasentrennung förderlich ist. Die Größe oder der Größenbereich der Tröpfchen der ionischen Flüssigkeit, die von den Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit hergestellt werden, können zum Beispiel durch Einstellen des Durchflusses einer Zufuhr von ionischer Flüssigkeit oder durch die Anzahl, Größe und Ausgestaltung der Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit ausgewählt werden. In einer Ausführungsform kann eine Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit in Form von einer oder mehreren Öffnungen in einer Leitung oder einem Rohr und dergleichen vorliegen. In einer Ausführungsform kann jede der Einspritzdüsen dazu ausgelegt sein, ionische Flüssigkeiten zum Einspritzen des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit in Aufwärtsrichtung oder in Abwärtsrichtung in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten einzuspritzen.
Derartige Systeme können ferner mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung umfassen. In einer Ausführungsform kann jede Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten angeordnet sein. Jede Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung kann dazu ausgelegt sein, einen Kohlenwasserstoffzufuhrstrom in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten einzuspritzen. In einer Ausführungsform kann jede Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung eine Einspritzdüse zur Kohlenwasserstoffzuführung oder einen Einspritzverteiler zur Kohlenwasserstoffzuführung umfassen. In einer Ausführungsform kann ein Zuführeinspritzverteiler als Reihe von Einspritzdüsen zur Kohlenwasserstoffzuführung betrachtet werden. In einer Ausführungsform kann eine Einspritzdüse zur Kohlenwasserstoffzuführung in Form von einer oder mehreren Öffnungen (Löchern, Hohlräumen, Schlitzen usw.) in einer Leitung oder einem Rohr und dergleichen vorliegen. In einer Ausführungsform kann ein Einspritzverteiler zur Kohlenwasserstoffzuführung in Form einer Reihe derartiger Öffnungen in einer Leitung oder einem Rohr und dergleichen vorliegen. In einer Ausführungsform kann jede Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung dazu ausgelegt sein, den Kohlenwasserstoffzufuhrstrom in Aufwärtsrichtung einzuspritzen oder in Richtung der Oberseite des Reaktors in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten einzuspritzen.
Derartige Systeme können ferner eine Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf in Fluidverbindung mit dem Kohlenwasserstoffdampfauslass umfassen. Die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf kann dazu ausgelegt sein, Kohlenwasserstoffdampf aufzunehmen, der dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten entzogen wurde, und den entzogenen Kohlenwasserstoffdampf zu kondensieren, um einen Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit bereitzustellen. In einer Ausführungsform kann die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf eine oder mehrere Komponenten aufweisen, die aus einer Trennvorrichtung für Dampf / mitgenommene Flüssigkeit, einem Gaskompressor, einem Wärmetauscher, einer Trennvorrichtung für Gas / kondensierte Flüssigkeit und Kombinationen davon ausgewählt ist/sind.
In einer Ausführungsform kann die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf dazu ausgelegt sein, mindestens 5 Mol-% des in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten eingespritzten Kohlenwasserstoffzufuhrstroms oder im Bereich von 5–50 Mol-% des in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten eingespritzten Kohlenwasserstoffzufuhrstroms zurückzugewinnen. In einer Ausführungsform kann die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf dazu ausgelegt sein, den dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten entzogenen Kohlenwasserstoffdampf zurückzugewinnen, um einen kondensierten Kohlenwasserstoffflüssigkeitsstrom bereitzustellen, und das System kann dazu ausgelegt sein, den Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit an den Reaktor für ionische Flüssigkeiten zurückzuführen. In einer Ausführungsform kann der Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit mindestens 5 Mol-% des in den Alkylierungsreaktor für ionische Flüssigkeiten eingespritzten Kohlenwasserstoffzufuhrstroms oder im Bereich von 5–50 Mol-% des in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten eingespritzten Kohlenwasserstoffzufuhrstroms betragen.
In einer Ausführungsform kann die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf Folgendes umfassen: eine Trennvorrichtung für Dampf / mitgenommene Flüssigkeit, die in Fluidverbindung mit dem Kohlenwasserstoffdampfauslass steht und diesem nachgelagert angeordnet ist, einen Gaskompressor, der sich in Fluidverbindung mit der Trennvorrichtung für Dampf / mitgenommene Flüssigkeit befindet und dieser nachgelagert angeordnet ist; einen Wärmetauscher, der sich in Fluidverbindung mit dem Gaskompressor befindet und diesem nachgelagert angeordnet ist; und eine Trennvorrichtung für Gas / kondensierte Flüssigkeit, die sich in Fluidverbindung mit dem Wärmetauscher befindet und diesem nachgelagert angeordnet ist.
Derartige Systeme können ferner eine Leitung für kondensierte Kohlenwasserstoffflüssigkeit in Fluidverbindung mit der Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf umfassen. In einer Ausführungsform kann die Leitung für kondensierte Kohlenwasserstoffflüssigkeit dazu ausgelegt sein, den Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten zurückzuführen. In einer Ausführungsform kann die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf dazu ausgelegt sein, den Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit massenhaft in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten zurückzuführen, d. h. der Strom aus kondensierte Kohlenwasserstoffflüssigkeit kann insgesamt, ohne Versuche, Bestandteile des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit zu trennen, an den Reaktor für ionische Flüssigkeiten zurückgeführt werden.
In einer Ausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten im Wesentlichen zylindrisch sein. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten kann in einer Ausrichtung ausgerichtet sein, die aus der Gruppe bestehend aus vertikaler Ausrichtung und horizontaler Ausrichtung ausgewählt ist. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten kann eine Reaktorunterseite, eine Reaktoroberseite und einen Reaktorabflussauslass aufweisen. In einer Ausführungsform kann der Reaktorabflussauslass an der Reaktorunterseite angeordnet sein, und der Kohlenwasserstoffdampfauslass kann an der Reaktoroberseite angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann jede aus einer Mehrzahl von Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit in im Wesentlichen dergleichen Höhe von der Reaktorunterseite angeordnet sein.
In einer Ausführungsform kann jede Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit in einem unteren Teil oder Unterteil des Reaktors für ionische Flüssigkeiten angeordnet sein, und jede Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit kann dazu ausgelegt sein, den Katalysator aus ionischer Flüssigkeit in Aufwärtsrichtung in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten einzuspritzen. In einer anderen Ausführungsform kann jede Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit in einem oberen Teil oder Oberteil des Reaktors für ionische Flüssigkeiten angeordnet sein, und jede Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit kann dazu ausgelegt sein, den Katalysator aus ionischer Flüssigkeit in Abwärtsrichtung in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten einzuspritzen. Unter dem Ausdruck „Oberteil“ ist hier ein Teil des Reaktors für ionische Flüssigkeiten zu verstehen, der sich an der, nahe der oder in Richtung der Oberseite des Reaktors für ionische Flüssigkeiten befindet.
In einer weiteren Ausführungsform kann jede Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung in einem unteren Teil oder Unterteil des Reaktors für ionische Flüssigkeiten angeordnet sein, und jede Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung kann dazu ausgelegt sein, den Kohlenwasserstoffzufuhrstrom in Aufwärtsrichtung in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten einzuspritzen. In einer Ausführungsform kann jede Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit an jede Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung angrenzend angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung eine Mehrzahl von Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung umfassen, und die Mehrzahl von Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung kann voneinander auf eine Weise beabstandet sein, die aus horizontaler Beabstandung, vertikaler Beabstandung und Kombinationen davon ausgewählt ist. Das heißt, eine Mehrzahl von Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung, die in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten angeordnet sind, können voneinander horizontal, vertikal oder sowohl horizontal als auch vertikal beabstandet sein.
In einer Ausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten eine im Wesentlichen zylindrische Reaktorwand umfassen. In einer Unterausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten vertikal ausgerichtet sein und es kann ein Saugrohr in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann das Saugrohr koaxial in der Reaktorwand angeordnet sein. Das Saugrohr kann eine innere Zone in dem Saugrohr definieren, und die Reaktorwand und das Saugrohr können gemeinsam eine äußere Zone außerhalb des Saugrohrs definieren.
In einer Ausführungsform kann das Saugrohr kürzer als die Reaktorwand sein, sodass sich die Reaktorwand über die Oberseite des Saugrohrs und/oder unter die Unterseite des Saugrohrs erstreckt. Zur Beschreibung der Position der Kohlenwasserstoffzufuhreinheiten und der Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit kann die innere Zone jedoch als sich über und/oder unter die Enden des Saugrohrs erstreckend betrachtet werden, so z. B. über die gesamte Länge (oder Höhe) des Reaktors für ionische Flüssigkeiten. In der vorliegenden Offenbarung kann das Konzept einer inneren Zone und einer äußeren Zone eines vertikal ausgerichteten, zylindrischen Reaktors für ionische Flüssigkeiten auch auf Ausführungsformen angewendet werden, denen ein Saugrohr per se fehlt.
In einer Ausführungsform kann mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung in der inneren Zone angeordnet sein. In einer Unterausführungsform kann mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung koaxial mit der inneren Zone angeordnet sein. In einer anderen Ausführungsform kann mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung in der äußeren Zone, d. h. außerhalb des Saugrohrs, angeordnet sein.
In einer Ausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten vertikal ausgerichtet sein, mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung kann axial in Bezug auf den Reaktor für ionische Flüssigkeiten angeordnet sein, und die mindesten eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung kann dazu ausgelegt sein, den Kohlenwasserstoffstrom in Aufwärtsrichtung in die innere Zone des Reaktors für ionische Flüssigkeiten einzuspritzen.
In einer anderen Ausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten vertikal ausgerichtet sein und das System ferner ein Saugrohr umfassen, das vertikal in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten angeordnet ist, um die innere Zone in dem Saugrohr und die äußere Zone außerhalb des Saugrohrs zu definieren, wobei mindestens eine Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit in der äußeren Zone angeordnet sein kann und mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung in der inneren Zone angeordnet sein kann. In einer weiteren Ausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten vertikal ausgerichtet sein und das System ferner ein Saugrohr umfassen, das vertikal in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten angeordnet ist, um die innere Zone in dem Saugrohr und die äußere Zone außerhalb des Saugrohrs zu definieren, wobei mindestens eine Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit und mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung in der inneren Zone angeordnet sein können.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten vertikal ausgerichtet sein und das System ferner ein Saugrohr umfassen, das vertikal in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten angeordnet ist, um die innere Zone in dem Saugrohr und die äußere Zone außerhalb des Saugrohrs zu definieren, wobei mindestens eine Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit und mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung in der inneren Zone angeordnet sein kann.
In einer Ausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten ein vertikal darin angeordnetes Saugrohr aufweisen, wobei das Saugrohr einen gestreckten oder vergrößerten oberen Teil aufweisen kann. In einem Beispiel kann das Saugrohr am oberen Teil des Saugrohrs einen größeren Durchmesser aufweisen als an einem unteren Teil des Saugrohrs (siehe zum Beispiel 10A–10B). In einer Ausführungsform kann der untere Teil des Saugrohrs zylindrisch sein und der obere Teil des Saugrohrs eine konische Wand aufweisen. In einer Unterausführungsform kann das Saugrohr einen kegelstumpfförmigen unteren Teil aufweisen. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, kann der vergrößerte obere Teil des Saugrohrs eine Freisetzung von Dampfblasen aus dem flüssigen Reaktionsmedium in einem oberen Teil des Reaktors für ionische Flüssigkeiten fördern, um die Phasentrennung von Kohlenwasserstoffdampf und -flüssigkeit zu verbessern und den separaten Entzug von Kohlenwasserstoffdampf aus der Oberseite des Reaktors für ionische Flüssigkeiten zu ermöglichen, d. h. sodass der Kohlenwasserstoffdampf bei wesentlichem Nichtvorhandensein von flüssigem Reaktionsmedium entzogen werden kann.
In einer Ausführungsform kann das System eine Tropfenabscheidereinheit in Fluidverbindung mit dem Kohlenwasserstoffdampfauslass des Reaktors für ionische Flüssigkeiten umfassen. In einer Ausführungsform kann die Tropfenabscheidereinheit dazu ausgelegt sein, mitgenommene Flüssigkeit (z. B. Tröpfchen von ionischer Flüssigkeit) aus dem Kohlenwasserstoffdampf zu entfernen. In einer Ausführungsform kann die Tropfenabscheidereinheit der Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf vorgelagert angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann die Tropfenabscheidereinheit in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten integriert sein. In einer Unterausführungsform kann die Tropfenabscheidereinheit in einem Hals des Reaktors für ionische Flüssigkeiten angeordnet sein, der nahe der Oberseite des Reaktors für ionische Flüssigkeiten angeordnet ist. In einer Ausführungsform kann die Tropfenabscheidereinheit Tropfenabscheidungsfüllmaterial umfassen. In einer Ausführungsform können sich Tröpfchen der ionischen Flüssigkeit, die von einem Strom aus Kohlenwasserstoffdampf aus dem Kohlenwasserstoffdampfauslass mitgenommen werden, in der Tropfenabscheidereinheit vereinigen und eine solche vereinigte Flüssigkeit kann an den Reaktor für ionische Flüssigkeiten zurückgeführt werden.
In einer Ausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten einen Reaktorabflussauslass umfassen, der dazu ausgelegt ist, dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten flüssiges Reaktionsmedium zu entziehen, z. B., um einen Reaktorabflussstrom bereitzustellen. In einer Unterausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten vertikal ausgerichtet sein. In einer Ausführungsform kann der Reaktorabflussauslass an einem unteren Teil oder Unterteil des Reaktors für ionische Flüssigkeiten angeordnet sein, z. B. im Reaktorunterteil. In einer anderen Ausführungsform kann der Reaktorabflussauslass seitlich an der Seite des Reaktors für ionische Flüssigkeiten angeordnet sein. In einer Unterausführungsform kann der Füllstand des flüssigen Reaktionsmediums in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten über einen „Überlauf“ aus dem seitlichen Reaktorabflussauslass gesteuert werden. In einer anderen Ausführungsform kann der Stand des flüssigen Reaktionsmediums in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten über ein Abflusssteuerungsventil in Kombination mit einem Füllstandsmesser zum Kontrollieren des Füllstands und zum Erteilen von Signalen an das Abflusssteuerungsventil gesteuert werden.
In einer Ausführungsform kann dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten eine Gasphasenzufuhr oder ein -einlass fehlen. In einer Ausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten ausreichend Turbulenz und Vermischung von Tröpfchen des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit und flüssigen Kohlenwasserstoffen bieten, um effizient eine Alkylierung in Abwesenheit beweglicher Teile in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten durchzuführen, bei denen es sich nicht um den Fluidfluss handelt. In einer Ausführungsform kann die Zirkulation oder der Fluss des flüssigen Reaktionsmediums in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten aufgrund der Erzeugung von Wärme (Reaktionswärme) aus exothermen Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktionen, z. B. Alkylierung, teilweise durch die Verdampfung von Kohlenwasserstoffen in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten angetrieben werden.
In einer Ausführungsform können die Quellen des Mischens in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten das Einspritzen der Kohlenwasserstoffzufuhr in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten und das Einspritzen des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten umfassen. Diese Quellen des Mischens sind möglicherweise ausgeprägter, wenn der Kohlenwasserstoffzufuhrstrom und der Katalysator aus ionischer Flüssigkeit gleichzeitig eingespritzt werden. In einer Ausführungsform können durch Folgendes höhere Mischgeschwindigkeiten erzeugt werden: i) lokale Turbulenz, z. B. über jeder oder angrenzend an jede Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung aufgrund der verstärkten Verdampfung von Kohlenwasserstoffen in dem flüssigen Reaktionsmedium, und ii) Zirkulieren des flüssigen Reaktionsmediums in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten, z. B. kann das flüssige Reaktionsmedium in einer ersten Richtung in der inneren Zone und in der entgegengesetzten Richtung in der äußeren Zone des Reaktors für ionische Flüssigkeiten fließen. In einem nichteinschränkenden Beispiel kann der Fluss des flüssigen Reaktionsmediums in der inneren Zone aufwärts und in der äußeren Zone abwärts erfolgen oder umgekehrt (siehe z. B. 13A–13C).
In einer Ausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten dazu ausgelegt sein, ein flüssiges Reaktionsmedium zu enthalten, und das Mischen des flüssigen Reaktionsmediums kann primär durch die Kohlenwasserstoffverdampfung im Reaktor und in Abwesenheit beweglicher Teile erfolgen. Zum Beispiel kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten pneumatisch durch Blasen aus Kohlenwasserstoffdampf bewegt werden, der durch die Reaktionswärme aus einer exothermen Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktion in dem flüssigen Reaktionsmedium erzeugt wird. Zumindest ein Teil des Kohlenwasserstoffdampfs kann im Reaktor aufsteigen und eine Bewegung und ein Mischen des Reaktorinhalts bereitstellen. Ein derartiger Reaktor kann hier als pneumatisch bewegter Reaktor für ionische Flüssigkeiten bezeichnet werden.
In einer Ausführungsform kann der Kohlenwasserstoffzufuhrstrom über eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung in einen Bereich oder in Richtung eines Bereichs mit verstärkter Kohlenwasserstoffverdampfung im Vergleich zur Geschwindigkeit der Kohlenwasserstoffverdampfung für den Reaktor für ionische Flüssigkeiten insgesamt eingespritzt werden. Ein derartiger Bereich mit verstärkter Kohlenwasserstoffverdampfung kann hier als Kohlenwasserstoffverdampfungszone bezeichnet werden. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, kann eine verstärkte Kohlenwasserstoffverdampfung in der Kohlenwasserstoffverdampfungszone auf eine höhere Geschwindigkeit der Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit in der Nähe der Einspritzung der Kohlenstoffzufuhr zurückzuführen sein.
In einer Ausführungsform kann ein Kohlenwasserstoffzufuhrstrom in Aufwärtsrichtung aus mindestens einer Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten eingespritzt werden, sodass eine Kohlenwasserstoffverdampfungszone über jeder Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung angeordnet sein kann. In einer Ausführungsform kann jede Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung in einem unteren Teil oder Unterteil des Reaktors für ionische Flüssigkeiten angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann das flüssige Reaktionsmedium in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten auf definierte Weise zirkulieren. In einer Ausführungsform kann eine solche Zirkulation des flüssigen Reaktionsmediums in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten primär durch Kohlenwasserstoffverdampfung in der einen oder den mehreren Kohlenwasserstoffverdampfungszonen angetrieben werden.
In einer Ausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten einen Flüssigkeitsrückflussauslass umfassen, der an dem Unterteil des Reaktors für ionische Flüssigkeiten angeordnet ist. In einer Unterausführungsform kann der Flüssigkeitsrückflussauslass an der Unterseite des Reaktors für ionische Flüssigkeiten angeordnet sein. Der Flüssigkeitsrückflussauslass kann dazu ausgelegt sein, dem Unterteil des Reaktors für ionische Flüssigkeiten flüssiges Reaktionsmedium zu entziehen. Der Flüssigkeitsrückflussauslass kann sich in Fluidkommunikation mit jeder Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit zum Einspritzen des zurückgeführten flüssigen Reaktionsmediums in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten befinden. Unter dem Ausdruck „Unterteil“ ist hier ein Teil des Reaktors für ionische Flüssigkeiten zu verstehen, der sich an der, nahe der oder in Richtung der Unterseite des Reaktors für ionische Flüssigkeiten befindet.
Gemäß einer Ausführungsform eines Systems für durch ionische Flüssigkeit katalysierte Kohlenwasserstoffumwandlung kann das System einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten umfassen, der dazu ausgelegt ist, durch ionische Flüssigkeit katalysierte Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktionen auszuführen. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten kann mindestens eine darin angeordnete Kohlenwasserstoffverdampfungszone und einen Kohlenwasserstoffdampfauslass umfassen, der dazu ausgelegt ist, dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten Kohlenwasserstoffdampf zu entziehen.
Das System kann ferner mindestens eine Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit umfassen, die in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten angeordnet ist. Jede Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit kann dazu ausgelegt sein, einen Katalysator aus ionischer Flüssigkeit in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten einzuspritzen. Das System kann ferner mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung umfassen, die in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten angeordnet ist. In einer Ausführungsform kann eine Kohlenwasserstoffverdampfungszone über jeder Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann das System dazu ausgelegt sein, einen kombinierten Zufuhrstrom in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten einzuspritzen. In einer Ausführungsform kann der kombinierte Zufuhrstrom in Aufwärtsrichtung über die Einspritzeinheit(en) zur Kohlenwasserstoffzuführung in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten eingespritzt werden. In einer Ausführungsform kann der kombinierte Zufuhrstrom den Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit in Kombination mit mindestens einem von einem Olefinzufuhrstrom, einem Isoparaffinzufuhrstrom und einem Isobutanrückführstrom umfassen.
In einer Ausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten pneumatisch durch Blasen aus Kohlenwasserstoffdampf bewegt werden, die durch die Reaktionswärme aus einer exothermen Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktion in jeder Kohlenwasserstoffverdampfungszone erzeugt werden. Jede Kohlenwasserstoffverdampfungszone kann als ein erhöhtes Kohlenwasserstoffverdampfungsniveau im Vergleich zu dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten insgesamt aufweisend gekennzeichnet sein (siehe zum Beispiel 12A–12C).
Das System kann ferner eine Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf in Fluidverbindung mit dem Kohlenwasserstoffdampfauslass umfassen. Die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf kann dazu ausgelegt sein, Kohlenwasserstoffdampf aufzunehmen, der dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten entzogen wurde, und den entzogenen Kohlenwasserstoffdampf zu kondensieren, um einen Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit bereitzustellen. In einer Ausführungsform kann die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf eine Trennvorrichtung für Dampf / mitgenommene Flüssigkeit in Fluidverbindung mit dem Kohlenwasserstoffdampfauslass zum Abtrennen mitgenommener Flüssigkeit von dem entzogenen Kohlenwasserstoffdampf umfassen. Die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf kann ferner einen Gaskompressor in Fluidverbindung mit der Trennvorrichtung für Dampf / mitgenommene Flüssigkeit zum Komprimieren des entzogenen Kohlenwasserstoffdampfs umfassen. Die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf kann ferner einen Wärmetauscher in Fluidverbindung mit dem Gaskompressor zum Kühlen des komprimierten Kohlenwasserstoffdampfs umfassen. Die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf kann ferner eine Trennvorrichtung für Gas / kondensierte Flüssigkeit in Fluidverbindung mit dem Wärmetauscher zum Abtrennen nichtkondensierbarer Gase aus einem Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit umfassen.
In einer Ausführungsform kann das System ferner eine Einspritzleitung für die Kohlenwasserstoffzufuhr in Fluidverbindung mit jeder Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung umfassen, um den Zufuhrstrom jeder Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung zuzuführen. In einer Ausführungsform kann das System ferner eine Leitung für kondensierte Kohlenwasserstoffflüssigkeit in Fluidkommunikation mit der Einspritzleitung für die Kohlenwasserstoffzufuhr und mit der Trennvorrichtung für Gas / kondensierte Flüssigkeit umfassen, um den Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit der Einspritzleitung für die Kohlenwasserstoffzufuhr zuzuführen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform eines Systems für durch ionische Flüssigkeit katalysierte Kohlenwasserstoffumwandlung kann das System einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten umfassen, der dazu ausgelegt ist, eine durch ionische Flüssigkeit katalysierte Alkylierung durchzuführen. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten kann einen Kohlenwasserstoffdampfauslass umfassen, der dazu ausgelegt ist, dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten Kohlenwasserstoffdampf zu entziehen. Mindestens eine Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit kann in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten angeordnet sein, und jede Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit kann dazu ausgelegt sein, einen Katalysator aus ionischer Flüssigkeit in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten einzuspritzen. Mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung kann ebenfalls in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten angeordnet sein.
Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten kann ein flüssiges Reaktionsmedium enthalten, und die durch ionische Flüssigkeit katalysierte Alkylierung kann eine exotherme Reaktion umfassen, die eine Reaktionswärme erzeugt, die ausreichend ist, um einige Kohlenwasserstoffbestandteile des flüssigen Reaktionsmediums zu verdampfen. In einer Ausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten pneumatisch durch Blasen aus Kohlenwasserstoffdampf bewegt werden, die durch die Reaktionswärme aus der exothermen Alkylierungsreaktion in dem flüssigen Reaktionsmedium erzeugt werden.
Das System kann ferner eine Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf in Fluidverbindung mit dem Kohlenwasserstoffdampfauslass umfassen, wobei die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf dazu ausgelegt sein kann, Kohlenwasserstoffdampf aufzunehmen, der dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten über den Kohlenwasserstoffdampfauslass entzogen wurde, und den entzogenen Kohlenwasserstoffdampf zu kondensieren, um einen Strom aus kondensiertem Kohlenwasserstoffdampf bereitzustellen. Das System kann ferner eine Einspritzleitung für die Kohlenwasserstoffzufuhr in Fluidverbindung mit jeder Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung umfassen, um jeder Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung einen kombinierten Zufuhrstrom zuzuführen. Jede Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung kann dazu ausgelegt sein, den kombinierten Zufuhrstrom in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten einzuspritzen.
Das System kann ferner eine Leitung für kondensierte Kohlenwasserstoffflüssigkeit in Fluidverbindung mit der Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf und mit der Einspritzleitung für die Kohlenwasserstoffzufuhr umfassen, wobei die Leitung für kondensierte Kohlenwasserstoffflüssigkeit dazu ausgelegt sein kann, den Strom aus kondensiertem Kohlenwasserstoff aus der Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf der Einspritzleitung für die Kohlenwasserstoffzufuhr zuzuführen. In einer Ausführungsform kann der kombinierte Zufuhrstrom den Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit und einen Olefinzufuhrstrom umfassen. In einer Ausführungsform kann der kombinierte Zufuhrstrom ferner einen Isobutanrückführstrom umfassen. In einer Ausführungsform kann der kombinierte Zufuhrstrom ferner einen Isoparaffinzufuhrstrom umfassen.
Das System kann ferner eine Tropfenabscheidereinheit für Kohlenwasserstoffdampf in Fluidverbindung mit dem Kohlenwasserstoffdampfauslass umfassen. In einer Ausführungsform kann die Tropfenabscheidereinheit dazu ausgelegt sein, mitgenommene Tröpfchen ionischer Flüssigkeit aus dem entzogenen Kohlenwasserstoffdampf zu entfernen. Die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf kann eine Trennvorrichtung für Dampf / mitgenommene Flüssigkeit aufweisen, die sich in Fluidverbindung mit der Tropfenabscheidereinheit befindet und dieser nachgelagert angeordnet ist. In einer Ausführungsform kann die Trennvorrichtung für Dampf / mitgenommene Flüssigkeit dazu ausgelegt sein, restliche mitgenommene Flüssigkeit von dem entzogenen Kohlenwasserstoffdampf zu trennen. Die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf kann ferner einen Gaskompressor umfassen, der sich in Fluidverbindung mit der Trennvorrichtung für Dampf / mitgenommene Flüssigkeit befindet und dieser nachgelagert angeordnet ist, wobei der Gaskompressor dazu ausgelegt sein kann, den entzogenen Kohlenwasserstoffdampf zu komprimieren.
Die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf kann ferner einen Wärmetauscher umfassen, der sich in Fluidverbindung mit dem Gaskompressor befindet und diesem nachgelagert angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher dazu ausgelegt sein kann, den komprimierten Kohlenwasserstoffdampf zu kühlen. Die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf kann ferner eine Trennvorrichtung für Gas / kondensierte Flüssigkeit umfassen, die sich in Fluidverbindung mit dem Wärmetauscher befindet und diesem nachgelagert angeordnet ist, wobei die Trennvorrichtung für Gas / kondensierte Flüssigkeit dazu ausgelegt sein kann, nichtkondensierbarer Gase von dem Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit zu trennen.
Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit kondensierten Kohlenwasserstoffumwandlung, z. B. Isoparaffin/Olefin-Alkylierung, unter Verwendung von Systemen ausgeführt werden, die einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten entsprechend der vorliegenden Offenbarung umfassen, der eine Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit umfasst. Systeme für derartige durch ionische Flüssigkeit katalysierte Verfahren umfassen ferner zusätzliche Elemente, Merkmale und Eigenschaften wie hier beschrieben und in den Zeichnungen dargestellt.
In einer Ausführungsform kann ein Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Alkylierung das Inkontaktbringen eines Kohlenwasserstoffzufuhrstroms mit einem Katalysator aus ionischer Flüssigkeit in einer Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit unter Bedingungen für die Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit umfassen, um eine exotherme Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit auszuführen. In einer Ausführungsform kann ein derartiges Verfahren das Verdampfen eines Teils von mindestens einem Kohlenwasserstoff in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit umfassen, um Kohlenwasserstoffdampf in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit bereitzustellen. Eine derartige Kohlenwasserstoffverdampfung kann durch die Reaktionswärme der exothermen Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit ausgelöst werden. In einer Ausführungsform kann es sich bei dem mindestens einen Kohlenwasserstoff um einen Bestandteil des Kohlenwasserstoffzufuhrstroms handeln. In einer Ausführungsform kann der mindestens eine Kohlenwasserstoff einen C₃-C₄-Kohlenwasserstoff umfassen. In einer Unterausführungsform kann mindestens ein in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit verdampfter Kohlenwasserstoff aus Propan, n-Butan, Isobutan und Kombinationen davon ausgewählt sein.
In einer Ausführungsform kann Wärme aus der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit über die Kohlenwasserstoffverdampfung entfernt werden, z. B. um die in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit erzeugte Reaktionswärme auszugleichen. In einer Unterausführungsform kann die durch die Kohlenwasserstoffverdampfung in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit entfernte Wärme im Wesentlichen der durch die exotherme(n) Reaktion(en) in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit erzeugten Reaktionswärme entsprechen.
In einer Ausführungsform kann ein solches Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Alkylierung ferner das Entziehen mindestens eines Teils des Kohlenwasserstoffdampfs aus der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit umfassen. In einer Ausführungsform kann das Entziehen des Kohlenwasserstoffdampfs aus der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit das Entziehen des gesamten oder im Wesentlichen des gesamten Kohlenwasserstoffdampfs umfassen, der bis zur Oberseite der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit aufsteigt. Die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit kann ein flüssiges Reaktionsmedium zusätzlich zu dem Kohlenwasserstoffdampf enthalten. In einer Ausführungsform kann der Kohlenwasserstoffdampf z. B. über einen Kohlenwasserstoffdampfauslass aus einem Oberteil der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit bei wesentlichem Nichtvorhandensein von flüssigem Reaktionsmedium entzogen werden. Unter dem Ausdruck „Oberteil“ ist hier ein Teil der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit zu verstehen, der sich an der, nahe der oder in Richtung der Oberseite der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit befindet.
Das Verfahren kann ferner das Kondensieren des entzogenen Kohlenwasserstoffdampfs umfassen, um einen Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit bereitzustellen. In einer Ausführungsform kann der entzogene Kohlenwasserstoffdampf durch Kühlen des entzogenen Kohlenwasserstoffdampfs, durch Komprimieren des entzogenen Kohlenwasserstoffdampfs oder durch eine Kombination davon kondensiert werden. In einer Unterausführungsform kann der Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit durch Komprimieren des entzogenen Kohlenwasserstoffdampfs und danach durch Kühlen des komprimierten Kohlenwasserstoffdampfs bereitgestellt werden. In einer Ausführungsform kann ein Gaskompressor zum Komprimieren des entzogenen Kohlenwasserstoffdampfs Kohlenstoffstahl umfassen. Das Verfahren kann ferner das Rückführen des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit an die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit umfassen.
Vor dem Kondensationsschritt können mitgenommene Tröpfchen der ionischen Flüssigkeit aus dem entzogenen Kohlenwasserstoffdampf entfernt werden. In einer Ausführungsform können derartige mitgenommene Tröpfchen der ionischen Flüssigkeit aus dem Kohlenwasserstoffdampf entfernt nehmen, indem der Kohlenwasserstoffdampf durch eine Tropfenabscheidereinheit verläuft. In einer Ausführungsform kann die Tropfenabscheidereinheit ein Tropfenabscheidungsfüllmaterial umfassen oder enthalten. In einer Ausführungsform können sich Tröpfchen der ionischen Flüssigkeit an dem Tropfenabscheidungsfüllmaterial der Tropfenabscheidereinheit vereinigen und derartige Tröpfchen können an die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit zurückgeführt werden, z. B. durch die Schwerkraft. In einer Ausführungsform können restliche mitgenommene Tröpfchen der ionischen Flüssigkeit aus dem Kohlenwasserstoffdampf über eine Trennvorrichtung für Dampf / mitgenommene Flüssigkeit, die der Tropfenabscheidereinheit nachgelagert angeordnet ist, entfernt werden.
In einer Ausführungsform kann der entzogene Kohlenwasserstoffdampf über einen Wärmetauscher entzogen werden und das Verfahren kann gegebenenfalls das Einstellen des Kühlmitteldurchflusses an den Wärmetauscher umfassen, um die Temperatur der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit zu steuern. Beim Einstellen des Kühlmitteldurchflusses an den Wärmetauscher handelt es sich um ein nichteinschränkendes Beispiel zum optionalen Bereitstellen von zusätzlichem Kühlmittel, d. h. zusätzlich zu dem durch die Kohlenwasserstoffverdampfung bereitgestellten, an die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit. In einer Ausführungsform kann der Wärmetauscher einen Rohrbündelwärmetauscher umfassen. In einer Unterausführungsform kann der Wärmetauscher Kohlenstoffstahl umfassen.
In einer Ausführungsform kann nichtkondensierbares Gas vom dem Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit vor dem Rückführen des Stroms aus kondensiertem Kohlenwasserstoff an die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit abgetrennt werden. In einer Ausführungsform können die nichtkondensierbaren Gase über eine Trennvorrichtung für Gas / kondensierte Flüssigkeit von dem Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit getrennt werden. In einer Ausführungsform kann der Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit mindestens ein C₃-C₄-Alkan umfassen.
In einer Ausführungsform kann der dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten entzogene Kohlenwasserstoffdampf Propan umfassen, und der Schritt der Rückführung des kondensierten Kohlenwasserstoffdampfs kann das Rückführen des Propans an die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit über den Strom (d. h. als Bestandteil des Stroms) aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit umfassen. In einer Ausführungsform können mindestens 50 % oder mindestens 75 % oder mindestens 90 % oder mindestens 95 % oder mindestens 99 % des in dem entzogenen Kohlenwasserstoffdampf vorhandenen Propans über den Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit an die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit zurückgeführt werden. In einer Ausführungsform kann der Schritt der Rückführung des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit das Rückführen des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit an die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit ohne Fraktionierung des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit umfassen, d. h. durch massenhaftes Rückführen des Stroms aus kondensiertem Kohlenwasserstoff an die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit.
In einer Ausführungsform kann die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit ein flüssiges Reaktionsmedium enthalten, das Tröpfchen des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit umfasst, die in einer flüssigen Kohlenwasserstoffphase dispergiert sind. Der Schritt der Verdampfung mindestens eines Kohlenwasserstoffs kann das Bilden von Blasen aus Kohlenwasserstoff in dem flüssigen Reaktionsmedium umfassen und das Verfahren kann ferner pneumatisches Bewegen des flüssigen Reaktionsmediums durch die Blasen des Kohlenwasserstoffdampfs umfassen. Zumindest ein Teil der Blasen des Kohlenwasserstoffdampfs kann durch das flüssige Reaktionsmedium an einen Oberteil der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit aufsteigen, wo die Kohlenwasserstoffdampfblasen sich von dem flüssigen Reaktionsmedium lösen können. Das Mischen eines in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit enthaltenen flüssigen Reaktionsmediums, das aus der Kohlenwasserstoffverdampfung resultiert, z. B. aufgrund von Turbulenz, kann hier als pneumatisches Bewegen bezeichnet werden.
In einer Ausführungsform kann die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit bei im Wesentlichen konstanter Temperatur und konstantem Druck gehalten werden. In einem nichteinschränkenden Beispiel kann die Temperatur in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit bei ±5 °F eines Zielwerts für die Temperatur gehalten werden und der Druck in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit bei ±35 kPa eines Zielwerts für den Druck gehalten werden. In einer Ausführungsform gibt es keinen Gasphaseneinlass in die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit und keine Gasphasenzufuhr während des Vorgangs zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit.
In einer Ausführungsform kann der Kohlenwasserstoffzufuhrstrom an die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit einen kombinierten Zufuhrstrom umfassen. In einer Ausführungsform kann der kombinierte Zufuhrstrom mindestens ein Olefin und mindestens ein Isoparaffin umfassen. In einer Ausführungsform kann der Schritt der Rückführung des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit an die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit das Zusammenbringen des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit mit einem Olefinzufuhrstrom und einem Isobutanrückführstrom umfassen, um den kombinierten Zufuhrstrom bereitzustellen.
In einer Ausführungsform können die Bedingungen des Verfahren zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit aus dem Verdampfen eines Teils eines flüssigen Kohlenwasserstoffs in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten, der ausreichend ist, um zumindest einen Teil der während der exothermen Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit erzeugten Wärme zu entfernen, ausgewählt sein, sodass eine beliebige externe Kühlung der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit (des Reaktors) unnötig, minimiert oder verringert sein kann.
In einer Ausführungsform kann die exotherme Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit in der flüssigen Phase ablaufen, der kombinierte Zufuhrstrom kann mindestens ein C₃-C₄-Alkan umfassen, und die Bedingungen für die Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit können so ausgewählt sein, dass sie die Verdampfung des mindestens einen C₃-C₄-Alkans nur in Gegenwart der exothermen Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit fördern. In einer Unterausführungsform können die Alkylierungsbedingungen so ausgewählt sein, dass eine C₃-C₄-Verdampfung, die ausreichend ist, um eine wesentliche Kühlung der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit bereitzustellen, und/oder ausreichend ist, um eine wesentliche Turbulenz in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit zu bewirken, nur auftreten kann, wenn die Alkylierungsreaktion mit einer oder über einer Geschwindigkeit in Höhe eines Schwellenwerts auftritt.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Einspritzen des kombinierten Zufuhrstroms über mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung in Aufwärtsrichtung in die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit umfassen. In einer Ausführungsform kann der kombinierte Zufuhrstrom an einer oder angrenzend an eine Position eingespritzt werden, an der die Kohlenwasserstoffverdampfung im Vergleich zu der Geschwindigkeit der Kohlenwasserstoffverdampfung für die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit insgesamt erhöht ist. Ein derartiger Bereich mit erhöhter Kohlenwasserstoffverdampfung kann hier als Kohlenwasserstoffverdampfungszone bezeichnet werden. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, kann eine erhöhte Kohlenwasserstoffverdampfung in der Kohlenwasserstoffverdampfungszone auf eine höhere Geschwindigkeit der Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit in der Nähe der Einspritzung der Kohlenstoffzufuhr zurückzuführen sein. In einer Ausführungsform kann eine Kohlenwasserstoffverdampfungszone über und/oder nahe jeder Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung angeordnet sein.
Jede Zufuhreinspritzeinheit kann eine Düse oder einen Verteiler und dergleichen umfassen. In einer Ausführungsform kann eine Kohlenwasserstoffeinspritzdüse in Form von einer oder mehreren Öffnungen, Löchern oder Schlitzen und dergleichen in einer Leitung oder einem Rohr oder dergleichen vorliegen. In einer Ausführungsform kann ein Einspritzverteiler zur Kohlenwasserstoffzuführung in Form einer Reihe von Öffnungen in einer Leitung oder einem Rohr und dergleichen vorliegen. In einer Ausführungsform kann jede Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung in einem unteren Teil oder Unterteil der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit ein flüssiges Reaktionsmedium enthalten, das eine kontinuierliche Phase aus flüssigem Kohlenwasserstoff und eine dispergierte Phase aus ionischer Flüssigkeit umfasst. Unter dem Ausdruck „Unterteil“ ist hier ein Teil der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit zu verstehen, der sich an der, nahe der oder in Richtung der Unterseite der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit befindet.
In einer Ausführungsform kann das Einspritzen des ionischen flüssigen Katalysators kleine bis mikroskopische Tröpfchen von Katalysator aus ionischer Flüssigkeit bereitstellen, die einen Tröpfchendurchmesser im Bereich von 1 bis 1000 Mikrometern oder von 5 bis 500 Mikrometern oder von 10 bis 250 Mikrometern aufweisen. Die Einspritzdüse(n) für ionische Flüssigkeiten kann/können über, an oder unter dem Füllstand des flüssigen Reaktionsmediums in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit angeordnet sein. In einer Unterausführungsform können die Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit sowohl über als auch unter dem Füllstand des flüssigen Reaktionsmediums in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann das flüssige Reaktionsmedium in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit bei einem konstanten Füllstand gehalten werden, z. B. über ein Füllstandkontrollventil oder über einen „Überlauf“ aus einem seitlichen Abflussauslass.
In einer Ausführungsform kann der der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit entzogene Kohlenwasserstoffdampf mindestens etwa 5 Mol-% oder zwischen 5 und 50 Mol-% des kombinierten Zufuhrstroms entsprechen, der in die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit eingespritzt wird. Im Gegensatz zur herkömmlichen Alkylierung bilden Kohlenwasserstoffe bei der durch ionische Flüssigkeit katalysierten Isoparaffin-Olefin-Alkylierung zur Alkylatherstellung typischerweise die kontinuierliche Phase und stellen bei einer nur geringen Menge durch ionische Flüssigkeit katalysierter Tröpfchen als dispergierte Phase die große Mehrheit des Reaktorinhalts dar. Infolge der größeren relativen Menge an Kohlenwasserstoffen in durch ionische Flüssigkeit katalysierten Alkylierungsverfahren ist pro Einheitenvolumen des Reaktors im Vergleich zu herkömmlichen Alkylierungsverfahren (bei denen eine relativ geringe Menge Kohlenwasserstoff in einem viel größeren Volumen an herkömmlichem Katalysator dispergiert wird) viel mehr Kohlenwasserstoffverdampfung möglich. In einer Ausführungsform können mindestens 5 Mol-% oder im Bereich von 5–50 Mol-% der Gesamtkohlenwasserstoffbestandteile des kombinierten Zufuhrstroms in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit verdampft, dieser entzogen und an diese zurückgeführt werden. In einer Ausführungsform kann der Schritt der Rückführung des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit an den Reaktor für ionische Flüssigkeiten das Isoparaffin/Olefin(I/O)-Verhältnis in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit vorteilhafterweise um mindestens 5 % oder zwischen 5 und 50 % erhöhen.
Während durch ionische Flüssigkeit katalysierter Alkylierungsverfahren entsprechend der vorliegenden Offenbarung kann die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit ein flüssiges Reaktionsmedium enthalten, das Tröpfchen des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit umfasst, die in einer flüssigen Kohlenwasserstoffphase dispergiert sind. In einer Ausführungsform kann die Verdampfung des mindestens einen Kohlenwasserstoffs in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit einen Aufwärtsfluss des flüssigen Reaktionsmediums bewirken, z. B. an einer Position über jeder Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung. In einer Ausführungsform befinden sich keine beweglichen Teile in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit außer dem Fluidfluss. In einer Ausführungsform kann ein Saugrohr in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit angeordnet sein, um eine innere Zone in dem Saugrohr und eine äußere Zone außerhalb des Saugrohrs zu definieren, wobei das Saugrohr und die äußere Zone jeweils das flüssige Reaktionsmedium enthalten.
In einer Ausführungsform kann der kombinierte Zufuhrstrom in das Saugrohr eingespritzt werden, das flüssige Reaktionsmedium in dem Saugrohr im Allgemeinen aufwärts fließen und das flüssige Reaktionsmedium in der äußeren Zone im Allgemeinen abwärts fließen. In einer Ausführungsform kann der zusammengeführte Zufuhrstrom axial in Aufwärtsrichtung, d. h. im Wesentlichen aus der Mitte des Saugrohrs, eingespritzt werden. In einer anderen Ausführungsform kann der kombinierte Zufuhrstrom in die äußere Zone außerhalb des Saugrohrs eingespritzt werden, das flüssige Reaktionsmedium in der äußeren Zone im Allgemeinen aufwärts fließen und das flüssige Reaktionsmedium in dem Saugrohr im Allgemeinen abwärts fließen.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Einspritzen des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit in eine äußere Zone der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit über mindestens eine Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit umfassen. In einer Ausführungsform können die Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit in einem Oberteil der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit oder in einem Unterteil der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit angeordnet sein. Der Katalysator aus ionischer Flüssigkeit kann in Aufwärtsrichtung oder in Abwärtsrichtung in die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit eingespritzt werden.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Einspritzen des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit in eine innere Zone der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit über mindestens eine Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit umfassen (siehe z. B. 13A). In einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Einspritzen des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit in eine äußere Zone der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit über mindestens eine Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit umfassen (siehe z. B. 13B).
In einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Entziehen eines flüssigen Reaktionsmediums aus einem unteren Teil oder Unterteil der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit umfassen, wobei das flüssige Reaktionsmedium den Katalysator aus ionischer Flüssigkeit umfassen kann. In einer Ausführungsform kann das flüssige Reaktionsmedium über einen Flüssigkeitsrückführauslass entzogen werden, der an der Unterseite der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit angeordnet ist. In einer Ausführungsform kann das dem Unterteil der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit entzogene flüssige Reaktionsmedium etwas mit dem Katalysator aus ionischer Flüssigkeit angereichert sein, z. B. aufgrund irgendeiner Ablagerung vereinigter Tröpfchen von ionischer Flüssigkeit. In einer Ausführungsform kann das flüssige Reaktionsmedium über eine Mehrzahl von Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit an die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit zurückgeführt werden. In einer Ausführungsform kann das rückgeführte flüssige Reaktionsmedium mit rückgeführtem und/oder aufbereitetem Katalysator aus ionischer Flüssigkeit vor dem Einspritzen in die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit über die Einspritzdüse(n) für ionische Flüssigkeiten kombiniert werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Alkylierung das Inkontaktbringen mindestens eine Isoparaffins und mindestens eines Olefins mit einem Katalysator aus ionischer Flüssigkeit in einer Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit unter Bedingungen für die Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit umfassen, um eine exotherme Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit bereitzustellen. Die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit kann ein flüssiges Reaktionsmedium enthalten, das Tröpfchen des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit umfasst, die in einer flüssigen Kohlenwasserstoffphase dispergiert sind. In einer Ausführungsform kann die exotherme Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit in der flüssigen Phase und unter Bedingungen unter dem Siedepunkt mindestens eines Kohlenwasserstoffs durchgeführt werden, wobei der mindestens eine Kohlenwasserstoff einer wesentlichen Verdampfung in einem oder in mehreren Bereichen der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit unterliegen kann, die im Vergleich zu der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit insgesamt höhere Geschwindigkeiten der Alkylierungsreaktion aufweisen.
Ein derartiges Verfahren kann ferner ein Verdampfen eines Teils des mindestens einen Kohlenwasserstoffs in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit umfassen, um Blasen aus Kohlenwasserstoffdampf in dem flüssigen Reaktionsmedium zu bilden. Ein derartiges Verfahren kann ferner ein pneumatisches Bewegen des flüssigen Reaktionsmediums in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit durch die Blasen aus Kohlenwasserstoffdampf umfassen. In einer Ausführungsform kann eine derartige Kohlenwasserstoffverdampfung durch die Reaktionswärme der exothermen Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit ausgelöst werden. In einer Ausführungsform kann zumindest ein Teil der Blasen des Kohlenwasserstoffdampfs durch das flüssige Reaktionsmedium an einen Oberteil der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit aufsteigen, wo die Kohlenwasserstoffdampfblasen sich von dem flüssigen Reaktionsmedium lösen können. Das Verfahren kann ferner das Entziehen zumindest eines Teils des Kohlenwasserstoffdampfs aus der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit, das Kondensieren des entzogenen Kohlenwasserstoffdampfs, um einen Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit bereitzustellen, und das Rückführen des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit in die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit umfassen.
In einer Ausführungsform kann der Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit an die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit durch das massenhafte Kombinieren des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit mit einem Olefinzufuhrstrom und einem Isobutanrückführstrom umfassen, um einen kombinierten Zufuhrstrom bereitzustellen. Das heißt, dass in einer Ausführungsform der Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit mit dem Olefinzufuhrstrom und dem Isobutanrückführstrom ohne Fraktionierungen des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit kombiniert werden kann. Das Verfahren kann ferner das Einspritzen des kombinierten Zufuhrstroms in die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit über mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung umfassen.
In einer Ausführungsform kann der Schritt des Einspritzens des kombinierten Zufuhrstroms in die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit das Einspritzen des kombinierten Zufuhrstroms in die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit in Aufwärtsrichtung umfassen. In einer Ausführungsform kann das flüssige Reaktionsmedium aufwärts in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit an einer Position über jeder Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung fließen. Ein derartiger Aufwärtsfluss des flüssigen Reaktionsmediums kann ausreichend sein, um Tröpfchen von Katalysator aus ionischer Flüssigkeit in dem flüssigen Reaktionsmedium zu suspendieren.
In einer Ausführungsform kann der Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit einen C₃-C₄-Kohlenwasserstoff umfassen, der aus Propan, Isobutan, n-Butan und Kombinationen davon ausgewählt ist. In einer Ausführungsform können das Propan und das Isobutan zusammen über den Strom (d. h. als Bestandteile des Stroms) aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit an die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit zurückgeführt werden. In einer Ausführungsform kann der Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit mit dem Kohlenwasserstoffzufuhrstrom an einer Position, die der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit vorgelagert ist, zusammengeführt werden, z. B. um den kombinierten Zufuhrstrom bereitzustellen.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Einspritzen des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit in die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit über eine Mehrzahl von Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit umfassen. Eine derartige Einspritzung des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit kann ein flüssiges Reaktionsmedium bereitstellen, das Tröpfchen des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit umfasst, die in einer kontinuierlichen Phase aus flüssigem Kohlenwasserstoff in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit dispergiert sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein Verfahren das Einspritzen eines kombinierten Zufuhrstroms in eine Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit umfassen, wobei der kombinierte Zufuhrstrom mindestens ein C₄-C₁₀-Isoparaffin und mindestens ein C₂-C₁₀-Olefin umfassen kann. Das Verfahren kann ferner das Einspritzen eines Katalysators in die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit über mindestens eine Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit umfassen. Das Verfahren kann ferner das Inkontaktbringen des mindestens einen Isoparaffins und des mindestens einen Olefins mit dem Katalysator aus ionischer Flüssigkeit in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit unter Bedingungen für die Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit umfassen, um eine exotherme Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit bereitzustellen. Die Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit kann in einem flüssigen Reaktionsmedium ausgeführt werden, das in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit enthalten ist. Das flüssige Reaktionsmedium kann Tröpfchen des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit umfassen, die in einer flüssigen Kohlenwasserstoffphase dispergiert sind.
Das Verfahren kann ferner das Verdampfen eines Teils des mindestens einen Kohlenwasserstoffbestandteils des kombinierten Zufuhrstroms umfassen, um Kohlenwasserstoffdampf in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit bereitzustellen. In einer Ausführungsform kann der mindestens eine Kohlenwasserstoff durch die Reaktionswärme der exothermen Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit verdampft werden. Eine derartige Kohlenwasserstoffverdampfung kann das Bilden von Blasen aus dem Kohlenwasserstoffdampf in dem flüssigen Reaktionsmedium umfassen, wobei zumindest ein Teil der Blasen aus Kohlenwasserstoffdampf durch das flüssige Reaktionsmedium zu einem Oberteil der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit aufsteigen kann. In einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner das pneumatische Bewegen des flüssigen Reaktionsmediums über die Blasen aus Kohlenwasserstoffdampf umfassen. In einem Beispiel kann die Bildung und Bewegung der Blasen aus Kohlenwasserstoffdampf in dem flüssigen Reaktionsmedium Turbulenz verursachen, die ausreichend ist, um den Katalysator aus ionischer Flüssigkeit und die flüssigen Kohlenwasserstoffbestandteile des flüssigen Reaktionsmediums zu mischen.
Das Verfahren kann ferner das Entziehen zumindest eines Teils des Kohlenwasserstoffdampfs aus der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit umfassen, wobei der Kohlenwasserstoffdampf einen C₃-C₄-Kohlenwasserstoff umfassen kann, der aus Propan, Isobutan, n-Butan und Kombinationen davon ausgewählt ist. In einer Ausführungsform kann der Kohlenwasserstoffdampf aus dem Oberteil der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit entzogen werden. Das Verfahren kann ferner das Kondensieren des entzogenen Kohlenwasserstoffdampfs umfassen, um einen Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit bereitzustellen. Das Verfahren kann ferner das Zusammenbringen des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit mit einem Olefinzufuhrstrom und einem Isobutanrückführstrom umfassen, um den kombinierten Zufuhrstrom bereitzustellen. In einer Ausführungsform kann der kombinierte Zufuhrstrom den Olefinzufuhrstrom, den Isobutanrückführstrom, den Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit und einem Isoparaffinzufuhrstrom umfassen.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren ferner das Entziehen von Aliquoten von flüssigem Reaktionsmedium aus der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit umfassen, um einen Reaktorabflussstrom bereitzustellen. In einer Ausführungsform kann das flüssige Reaktionsmedium unter anderem ein Alkylatprodukt, Katalysator aus ionischer Flüssigkeit und Isobutan umfassen. In einer Ausführungsform kann das flüssige Reaktionsmedium aus einem Unterteil der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit entzogen werden. In einer anderen Ausführungsform kann das flüssige Reaktionsmedium aus einem seitlichen Reaktorabflussauslass entzogen werden. In einer Ausführungsform kann der Füllstand des flüssigen Reaktionsmediums in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit durch „Überlauf“ aus dem seitlichen Reaktorabflussauslass gesteuert werden. In einer anderen Ausführungsform kann der Füllstand des flüssigen Reaktionsmediums durch ein Füllstandssteuerungsventil in Verbindung mit einem Füllstandsmesser gesteuert werden (siehe z. B. 6).
Das Verfahren kann ferner das Trennen des Reaktorabflussstroms in eine Phase aus ionischer Flüssigkeit und eine Kohlenwasserstoffphase und das Fraktionieren der Kohlenwasserstoffphase umfassen, um den Isobutanrückführstrom und ein Alkylatprodukt bereitzustellen. In einer Ausführungsform kann die Kohlenwasserstoffphase über eine Fraktionierungseinheit, die eine oder mehrere Destillationskolonnen umfasst, fraktioniert sein, um den Isobutanrückführstrom und das Alkylatprodukt bereitzustellen.
Derartige Systeme und Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung, einschließlich Alkylierung zur Benzinproduktion, werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
In 1 sind schematisch ein System und ein Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung, z. B. Alkylierung, dargestellt. System 100 kann einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 und eine Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf 300 umfassen. Während eines durch ionische Flüssigkeit katalysierten Alkylierungsvorgangs kann ein Kohlenwasserstoffzufuhrstrom 20 einem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 zugeführt, d. h. in diesen eingespritzt, werden, und gleichzeitig kann ein Katalysator aus ionischer Flüssigkeit 42 in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 eingeführt, z. B. eingespritzt, werden, sodass der Katalysator aus ionischer Flüssigkeit in Kontakt mit dem Kohlenwasserstoffzufuhrstrom kommt. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann dazu ausgelegt sein, durch ionische Flüssigkeit katalysierte Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktionen durchzuführen, zum Beispiel durch ionische Flüssigkeit katalysierte Alkylierung zur Alkylatbenzinherstellung. Derartige Reaktionen können in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 in der flüssigen Phase ablaufen. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann eine Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit definieren und kann hier als solche bezeichnet werden.
Kohlenwasserstoffdampf, der z. B. C₃-C₄-Kohlenwasserstoffe umfasst, kann in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 aufgrund der in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 erzeugten Reaktionswärme gebildet werden. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann einen Kohlenwasserstoffdampfauslass 201 umfassen. Der Kohlenwasserstoffdampfauslass 201 kann dazu ausgelegt sein, dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 Kohlenwasserstoffdampf zu entziehen. Der Kohlenwasserstoffdampfauslass 201 kann an der Oberseite des Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 zum Entziehen von Kohlenwasserstoffdampf im Wesentlichen in Abwesenheit von flüssigem Reaktionsmedium angeordnet sein.
Die Kohlenwasserstoffdampfauslasseinheit 300 kann sich über den Kohlenwasserstoffdampfauslass 201 in Fluidverbindung mit dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 befinden, um entzogenen Kohlenwasserstoffdampf 30 aus dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 aufzunehmen. Die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf 300 kann dazu ausgelegt sein, entzogenen Kohlenwasserstoffdampf zu kondensieren, um einen Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit 20b bereitzustellen. Das System 100 kann dazu ausgelegt sein, den Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit 20b an den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 zurückzuführen. Während eines durch ionische Flüssigkeit katalysierten Alkylierungsverfahrens kann ein flüssiges Reaktionsmedium 21 dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 entzogen werden und ein Produkt, z. B. ein Alkylat, kann von dem entzogenen flüssigen Reaktionsmedium 21 getrennt werden.
2 stellt schematisch ein System und ein Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung, das eine Fraktionierungseinheit aufweist, gemäß einer anderen Ausführungsform dar. Das System 100 entsprechend 2 kann einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200, einen Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf 300 in Fluidverbindung mit dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200, eine Trennvorrichtung für Kohlenwasserstoff und ionische Flüssigkeit 400 in Fluidkommunikation mit dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 und eine Fraktionierungseinheit 500 in Fluidkommunikation mit der Trennvorrichtung für Kohlenwasserstoff und ionische Flüssigkeit 400 umfassen. Der Kohlenwasserstoffdampf 30 kann dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 über den Kohlenwasserstoffdampfauslass 201 entzogen werden und der Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf 300 zugeführt werden, um einen Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit 20b bereitzustellen. Der Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit 20b kann über eine Leitung für kondensierte Kohlenwasserstoffflüssigkeit 312 an den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 zurückgeführt werden. In einer Ausführungsform kann ein kombinierter Zufuhrstrom 20e an den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 einen Olefinzufuhrstrom 20a, einen Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit 20b und einen Isobutanrückführstrom 20c umfassen. In einer Ausführungsform kann der kombinierte Zufuhrstrom 20e ferner einen Isoparaffinzufuhrstrom 20d umfassen. Der kombinierte Zufuhrstrom 20e kann dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 über eine Einspritzleitung für die Kohlenwasserstoffzufuhr 250 zugeführt werden.
Weiterhin unter Bezugnahme auf 2 kann das flüssige Reaktionsmedium 21 dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 entzogen werden, um der Trennvorrichtung für Kohlenwasserstoff und ionische Flüssigkeit 400 über eine Leitung 216 einen Abflussstrom bereitzustellen. Die Phase aus ionischer Flüssigkeit kann je nach Bedarf an den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 zurückgeführt, regeneriert oder für eine Verwendung in der Zukunft reserviert werden. Die Kohlenwasserstoffphase 44 kann über die Fraktionierungseinheit 500 fraktioniert werden, um einen Isobutanrückführstrom 20c sowie die Fraktionen 50a–50n bereitzustellen, zu denen beispielsweise ein Alkylatprodukt zählen kann.
3 stellt schematisch ein System 100 und ein Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung, das Komponenten einer Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf darstellt, gemäß einer anderen Ausführungsform dar. In einer Ausführungsform kann ein derartiges Verfahren durch ionische Flüssigkeit katalysierte Alkylierung umfassen. Während der durch ionische Flüssigkeit katalysierten Alkylierung kann dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 ein Kohlenwasserstoffzufuhrstrom zugeführt werden. In einer Ausführungsform kann der Kohlenwasserstoffzufuhrstrom einen kombinierten Zufuhrstrom 20e, z. B. wie vorstehend in unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, umfassen. Gleichzeitig kann der Katalysator aus ionischer Flüssigkeit 42 in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 eingespritzt werden. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann einen Kohlenwasserstoffdampfauslass 201 umfassen.
Die Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktion in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200, z. B. Alkylierung, kann exotherm sein. Die Bedingungen (z. B. Temperatur, Druck) in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten können derart ausgewählt sein, dass die Kohlenwasserstoffbestandteile des flüssigen Reaktionsmediums in Abwesenheit von durch die Alkylierungsreaktion erzeugter Reaktionswärme in der flüssigen Phase verbleiben können. Kohlenwasserstoffdampf kann infolge der während der Reaktion erzeugten Reaktionswärme anschließend, z. B. an bestimmten Stellen, in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 hergestellt werden. Ein Teil des dadurch erzeugten Kohlenwasserstoffdampfs kann dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 über den Kohlenwasserstoffdampfauslass 201 entzogen werden. Der Kohlenwasserstoffdampf kann mitgenommene Tröpfchen ionischer Flüssigkeit enthalten. Der Kohlenwasserstoffdampf kann durch eine Tropfenabscheidereinheit 302 geleitet werden. Die Tropfenabscheidereinheit 302 kann dazu ausgelegt sein, mitgenommene Tröpfchen aus Katalysator aus ionischer Flüssigkeit aus dem Kohlenwasserstoffdampfstrom 30 zu entfernen. In einer Ausführungsform kann die Tropfenabscheidereinheit 302 Tropfenabscheidungsfüllmaterial (nicht dargestellt) umfassen. Vereinigte Tröpfchen ionischer Flüssigkeit können an den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 zurückgeführt werden, z. B. durch die Schwerkraft.
In der Ausführungsform in 3 kann das System 100 einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 und eine Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf in Fluidverbindung mit dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 umfassen, wobei die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf eine Trennvorrichtung für Dampf / mitgenommene Flüssigkeit 304, einen Gaskompressor 306, einen Wärmetauscher 308 und eine Trennvorrichtung für Gas / kondensierte Flüssigkeit 310 umfassen kann. Der entzogene Kohlenwasserstoffdampf 30 kann über eine Leitung 301 an die Trennvorrichtung für Dampf / mitgenommene Flüssigkeit 304 geleitet werden, wo restliche Tröpfchen mitgenommener Flüssigkeit aus dem Kohlenwasserstoffdampf entfernt werden können. Die Trennvorrichtung für Dampf / mitgenommene Flüssigkeit 304 kann hier auch als erste Trennvorrichtung für Gas und Flüssigkeit bezeichnet werden. Der Katalysator aus ionischer Flüssigkeit und/oder sonstige Flüssigkeit(en), die von der Trennvorrichtung für Dampf / mitgenommene Flüssigkeit 304 festgehalten werden kann/können, kann über eine Leitung 303 an den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 zurückgeführt werden.
Der entzogene Kohlenwasserstoffdampf kann von der Trennvorrichtung für Dampf / mitgenommene Flüssigkeit 304 über eine Leitung 305 an den Gaskompressor 306 geleitet werden, um den entzogenen Kohlenwasserstoffdampf zu komprimieren. Der komprimierte Kohlenwasserstoffdampf kann von dem Gaskompressor 306 über eine Leitung 307 an den Wärmetauscher 308 geleitet werden, um den komprimierten Kohlenwasserstoffdampf zu kühlen. In einer Ausführungsform kann der Wärmetauscher 308 einen Rohrbündelwärmetauscher umfassen. Ein Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit kann aus dem Wärmetauscher 308 über eine Leitung 309 an eine Trennvorrichtung für Gas / kondensierte Flüssigkeit 310 geleitet werden, um nichtkondensierbare Gase 36 aus dem Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit 20b zu entfernen. Die Trennvorrichtung für Gas / kondensierte Flüssigkeit 310 kann hier auch als zweite Trennvorrichtung für Gas und Flüssigkeit bezeichnet werden. Es versteht sich, dass die Kohlenwasserstoffdampfrückgewinnung aus dem und die Rückführung in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 nicht auf die in 3 dargestellte Ausgestaltung beschränkt ist.
In einer Ausführungsform können nicht kondensierbare Gase 36, die H₂ and HCl umfassen, an einen Isostripper (nicht dargestellt) geleitet werden. Der Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit 20b kann z. B. über eine Leitung für kondensierte Kohlenwasserstoffflüssigkeit 312 an einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 zurückgeführt werden. In einer Ausführungsform kann der Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit 20b mit einem Kohlenwasserstoffzufuhrstrom 20, der z. B. einen Olefinzufuhrstrom umfasst, kombiniert werden, um einen zusammengeführten Zufuhrstrom 20e bereitzustellen (wie z. B. in 2 dargestellt). In einer Ausführungsform kann der Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit 20b durch Einspritzen von kombiniertem Zufuhrstrom 20e in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 an den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 zurückgeführt werden. Ein Teil des flüssigen Reaktionsmediums 21 kann dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 entzogen werden, z. B. über einen Reaktorabflussauslass 204 im Unterteil und eine Reaktorabflussleitung 216. 4 stellt schematisch ein System 100 und ein Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung gemäß einer anderen Ausführungsform dar. Das System 100 kann einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 und eine Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf 300 in Fluidkommunikation mit dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 umfassen. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann eine Reaktorwand 220 und einen Kohlenwasserstoffdampfauslass 201 umfassen. In einer Ausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 im Wesentlichen zylindrisch sein. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann vertikal ausgerichtet sein und eine Reaktoroberseite 202a und eine Reaktorunterseite 202b umfassen. Der Kohlenwasserstoffdampfauslass 201 kann an der Reaktoroberseite 202a angeordnet sein. Der Katalysator aus ionischer Flüssigkeit 42 kann in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 über eine Einspritzleitung für ionische Flüssigkeit 240 und Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 eingebracht werden.
Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann ein flüssiges Reaktionsmedium 21 enthalten. Das flüssige Reaktionsmedium 21 kann Tröpfchen von Katalysators aus ionischer Flüssigkeit umfassen, die in einer kontinuierlichen flüssigen Kohlenwasserstoffphase dispergiert sind. Während eines Alkylierungsverfahrens mit ionischer Flüssigkeit kann Reaktionswärme erzeugt werden, die ausreichend ist, um mindestens einen Kohlenwasserstoffbestandteil in dem flüssigen Reaktionsmedium 21 zu verdampfen. Der entstandene Kohlenwasserstoffdampf kann dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 über den Kohlenwasserstoffdampfauslass 201 entzogen werden und ein Strom aus kondensiertem Kohlenwasserstoffdampf 30 kann an eine Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf 300 geleitet werden, um einen Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit 20b bereitzustellen.
Weiterhin unter Bezugnahme auf 4 kann der Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit 20b aus der Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf 300 an den Reaktor für ionische Flüssigkeiten zurückgeführt werden. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 umfassen. In einer Ausführungsform kann der Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit 20b mit Kohlenwasserstoffzufuhrstrom 20 kombiniert werden und der kombinierte Strom kann über die Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 eingespritzt werden. Andere Anzahlen und Ausgestaltungen für die Einspritzeinheit(en) zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 sind ebenfalls vorgesehen (siehe z. B. 13A–13C und 14A–15B).
Obwohl die Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 in 4 als über dem Füllstand 21a des flüssigen Reaktionsmediums 21 befindlich dargestellt sind, kann eine Einspritzung des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit an, über oder unter dem Füllstand des flüssigen Reaktionsmediums 21 ebenfalls möglich sein. Andere Anzahlen und Ausgestaltungen für die Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 sind ebenfalls vorgesehen (siehe z. B. 13A–13C und 14A–15B).
5 stellt schematisch ein System 100 und ein Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung dar. Das System 100 kann einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200, eine Trennvorrichtung für Kohlenwasserstoff und ionische Flüssigkeit 400 und eine Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf 300 in Fluidkommunikation mit dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 umfassen. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann einen Kohlenwasserstoffdampfauslass 201 umfassen. In einer Ausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 im Wesentlichen zylindrisch sein und kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 im Wesentlichen vertikal ausgerichtet sein.
Weiterhin unter Bezugnahme auf 5 kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 einen seitlichen Reaktorabflussauslass 204‘ umfassen. Aliquote des flüssigen Reaktionsmediums 21 können dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 über 204‘ entzogen werden und über eine Reaktorabflussleitung 216‘ zu der Trennvorrichtung für Kohlenwasserstoff und ionische Flüssigkeit 400 geleitet werden, um eine Phase aus ionischer Flüssigkeit bereitzustellen, die Katalysator aus ionischer Flüssigkeit 42 umfasst, und eine Kohlenwasserstoffphase 44, die Isobutan und ein Alkylatprodukt umfasst. Der Katalysator aus ionischer Flüssigkeit 42 kann in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 zurückgeführt werden. Die Kohlenwasserstoffphase 44 kann an eine Fraktionierungseinheit 500 geleitet werden (siehe z. B. 2). In einer Ausführungsform kann der Füllstand 21a des flüssigen Reaktionsmediums 21 (siehe z. B. 4) in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 durch „Überlauf“ aus dem seitlichen Reaktorabflussauslass 204‘ gesteuert werden. Ein Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit 20b aus der Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf 300 kann in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 zurückgeführt werden. In einer Ausführungsform kann der Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit 20b mit dem Kohlenwasserstoffzufuhrstrom 20 kombiniert werden und der kombinierte Zufuhrstrom kann in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 eingespritzt werden.
6 stellt schematisch ein System 100 und ein Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung gemäß einer anderen Ausführungsform dar. Das System 100 kann einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 und eine Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf 300 in Fluidkommunikation mit dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 umfassen. Der Kohlenwasserstoffdampf 30 kann aus dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 an die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf 300 geleitet werden, um einen Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit 20b zur Rückführung an den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 bereitzustellen, im Wesentlichen wie hier für andere Ausführungsformen beschrieben. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann ein flüssiges Reaktionsmedium 21 enthalten (siehe z. B. 4).
Das System 100 aus 6 kann ferner einen Füllstandsmesser 270 und ein Abflusssteuerungsventil 272 in Signalverbindung mit dem Füllstandsmesser 270 umfassen. Der Füllstandsmesser 270 befindet sich in Verbindung mit dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200, um den Füllstand 21a (siehe z. B. 4) des flüssigen Reaktionsmediums 21 in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 zu kontrollieren. Der Füllstandsmesser 270 kann dem Abflusssteuerungsventil 272 ein Signal erteilen, um den Füllstand 21a des flüssigen Reaktionsmediums 21 in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 zu steuern. Das dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten entzogene flüssige Reaktionsmedium 21 kann anschließend vor der Fraktionierung der Kohlenwasserstoffphase hinsichtlich der Phasen getrennt werden, um ein oder mehrere Produkte bereitzustellen, z. B. wie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
7 stellt schematisch ein System 100 und ein Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung gemäß einer anderen Ausführungsform dar. Das System 100 kann einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 und eine Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf 300 in Fluidkommunikation mit dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 umfassen. Der Kohlenwasserstoffdampf 30 kann über den Kohlenwasserstoffdampfauslass 201 aus dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 an die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf 300 geleitet werden, um einen Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit 20b zur Rückführung an den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 bereitzustellen, im Wesentlichen wie hier in Bezug auf andere Ausführungsformen beschrieben. Der Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit 20b kann als Teil eines kombinierten Zufuhrstroms 20e zum Einspritzen in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 über mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 an den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 zurückgeführt werden.
Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann ein flüssiges Reaktionsmedium 21 enthalten. In der Ausführungsform aus 7 kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 ferner einen Flüssigkeitsrückführauslass 203 umfassen, der dazu ausgelegt ist, dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 flüssiges Reaktionsmedium 21 zu entziehen. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann vertikal ausgerichtet sein. In einer Ausführungsform kann der Flüssigkeitsrückführauslass 203 an einem unteren Teil oder Unterteil des Reaktors für ionische Flüssigkeiten angeordnet sein und in einer Unterausführungsform kann der Flüssigkeitsrückführauslass 203 an der Unterseite des Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 angeordnet sein. Das flüssige Reaktionsmedium 21 kann über eine Flüssigkeitsrückführpumpe 600 und eine Leitung 207 an den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 zurückgeführt werden. Die Leitung 207 kann sich in Fluidverbindung mit einer Einspritzleitung für ionische Flüssigkeit 240 und Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 befinden. Das rückgeführte flüssige Reaktionsmedium 21 kann in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 über Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 eingespritzt werden. In einer Ausführungsform kann das rückgeführte flüssige Reaktionsmedium 21 in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 zusammen mit Katalysator aus ionischer Flüssigkeit 42 eingespritzt werden, bei dem es sich um Katalysator aus ionischer Flüssigkeit mit getrennten Phasen, regenerierten Katalysator aus ionischer Flüssigkeit oder frischen Katalysator aus ionischer Flüssigkeit handeln kann.
8 stellt schematisch ein System 100 und ein Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung gemäß einer anderen Ausführungsform dar. Das System 100 kann Bestandteile und Merkmale umfassen, die es mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen gemein hat, einschließlich eines Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 und einer Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf 300 in Fluidkommunikation mit dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 zum Kondensieren von Kohlenwasserstoffdampf 30 und zum Rückführen des Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit 20b an den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200.
In der Ausführungsform aus 8 kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 vertikal ausgerichtet sein. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann eine im Wesentlichen zylindrische Reaktorwand 220 umfassen. In der Ausführungsform aus 8 kann das System 100 ein Saugrohr 230 umfassen, das in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 angeordnet ist. Das Saugrohr 230 und die Reaktorwand 220 können gemeinsam eine innere Zone und eine äußere Zone des Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 umfassen (siehe z. B. 9A–9D). In einer Ausführungsform kann das Saugrohr 230 koaxial mit der Reaktorwand 220 angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann sich die Reaktorwand 220 über und/oder unter einem Saugrohr 230 erstrecken. Typischerweise wird das Saugrohr 230 während durch ionische Flüssigkeit katalysierter Alkylierungsverfahren in dem flüssigen Reaktionsmedium 21 versenkt, d. h. unter dem Füllstand 21a des flüssigen Reaktionsmediums 21 angeordnet. Das Saugrohr 230 kann die Zirkulation und das Vermischen des flüssigen Reaktionsmediums 21 in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 fördern.
In einer Ausführungsform kann mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 in dem Saugrohr 230 angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 koaxial mit dem Saugrohr 230 und dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 ferner eine Mehrzahl von Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 zum Einspritzen von Katalysator aus ionischer Flüssigkeit 42 in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 umfassen. In der Ausführungsform in 8 kann jede der Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 außerhalb des Saugrohrs 230 angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann jede der Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 über dem Saugrohr 230 angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann das Verhältnis des Saugrohrdurchmessers zum Reaktorwanddurchmesser im Bereich von 0,1–0,9 oder von 0,5–0,8 liegen.
9A stellt schematisch einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 dar, der ein Saugrohr 230 aufweist, und 9B stellt den Reaktor für ionische Flüssigkeiten aus 9A, wie er entlang der Linie 9B-9B zu sehen ist, gemäß einer anderen Ausführungsform dar. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann vertikal ausgerichtet sein. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann eine Reaktoroberseite 202a, eine Reaktorunterseite 202b und eine Reaktorwand 220 umfassen. Die Reaktorwand 220 kann im Wesentlichen zylindrisch sein. In der Ausführungsform aus den 9A–9B kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 ein Saugrohr 230 umfassen, das in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 angeordnet ist. Das Saugrohr 230 kann im Wesentlichen zylindrisch sein. Das Saugrohr 230 kann eine innere Zone IZ (nach engl. „inner zone“) in dem Saugrohr 230 aufweisen; das Saugrohr 230 und die Reaktorwand 220 können gemeinsam eine äußere Zone OZ (nach engl. „outer zone“) außerhalb des Saugrohrs 230 definieren. In einer Ausführungsform kann das Saugrohr 230 koaxial mit dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 / der Reaktorwand 220 angeordnet sein.
9C stellt schematisch einen vertikal ausgerichteten Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 dar und 9D stellt den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 aus 9C, wie er entlang der Linie 9D-9D zu sehen ist, gemäß einer anderen Ausführungsform dar. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann im Wesentlichen zylindrisch sein. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann eine innere Zone IZ und eine äußere Zone OZ umfassen. Die innere Zone IZ und die äußere Zone OZ können inneren bzw. äußeren Teilen des Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 entsprechen. In einer Ausführungsform kann die innere Zone IZ im Wesentlichen zylindrisch sein und die äußere Zone OZ im Wesentlichen ringförmig sein. In Ausführungsformen eines Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 mit einem Saugrohr 230 kann die innere Zone IZ einem Bereich des Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 in dem Saugrohr 230 entsprechen und die äußere Zone OZ einem Bereich des Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 außerhalb des Saugrohrs 230 entsprechen (d. h. zwischen dem Saugrohr 230 und der Reaktorwand 220 angeordnet). Ausführungsformen eines Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200, denen ein Saugrohr fehlt, können auf ähnliche Weise sowohl eine innere Zone IZ als auch eine äußere Zone OZ dazwischen aufweisen.
Wie vorstehend festgehalten ist ein in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 angeordnetes Saugrohr typischerweise kürzer als der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200, sodass sich die Reaktorwand 220 über die Oberseite des Saugrohrs und/oder unter die Unterseite des Saugrohrs erstrecken kann. Zur Beschreibung der Position der inneren Zone IZ und der äußeren Zone OZ können hier, z. B. in Bezug auf die Auslegung der Kohlenwasserstoffzufuhreinheiten 252 und der Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242, sowohl die innere Zone IZ als auch die äußere Zone OZ jedoch so ausgestaltet sein, dass sie sich über und/oder unter die Enden des Saugrohrs (sofern vorhanden) erstrecken, zum Beispiel über die gesamte Länge (Höhe) des Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 (siehe z. B. 9C).
10A stellt schematisch einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 dar, der ein Saugrohr 230 aufweist, und 10B stellt den Reaktor für ionische Flüssigkeiten aus 10A, wie er entlang der Linie 10B-10B zu sehen ist, gemäß einer anderen Ausführungsform dar. Unter Bezugnahme auf die 10A–10B kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 vertikal ausgerichtet sein. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann eine Reaktoroberseite 202a, eine Reaktorunterseite 202b und eine Reaktorwand 220 umfassen. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 und die Reaktorwand 220 können im Wesentlichen zylindrisch sein. In der Ausführungsform aus den 10A–10B kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 ein Saugrohr 230 umfassen, das in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 angeordnet ist. Das Saugrohr 230 kann vertikal ausgerichtet sein und koaxial mit der Reaktorwand 220 angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann das Saugrohr 230 konische Wände aufweisen. In einer Ausführungsform kann das Saugrohr 230 einen vergrößerten oberen Saugrohroberteil 230a und einen im Wesentlichen zylindrischen Saugrohrunterteil 230b aufweisen. In einer Unterausführungsform kann der vergrößerte Oberteil 230a des Saugrohrs 230 im Wesentlichen eine kegelstumpfförmige Ausgestaltung aufweisen.
11 stellt schematisch ein System 100 und ein Verfahren zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Kohlenwasserstoffumwandlung gemäß einer anderen Ausführungsform dar. Das System 100 kann einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 und eine Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf 300 in Fluidkommunikation mit dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 umfassen. In einer Ausführungsform kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 vertikal ausgerichtet sein. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann eine Reaktoroberseite 202a, eine Reaktorunterseite 202b, eine Reaktorwand 220 und einen Kohlenwasserstoffdampfauslass 201 umfassen. Der Kohlenwasserstoffdampf 30 kann über den Kohlenwasserstoffdampfauslass 201 aus dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 an die Rückgewinnungseinheit für Kohlenwasserstoffdampf 300 geleitet werden, um einen Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit 20b zur Rückführung an den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 bereitzustellen, im Wesentlichen wie hier für andere Ausführungsformen beschrieben. In der Ausführungsform aus 11 kann ein Kohlenwasserstoffzufuhrstrom 20 über eine Kohlenwasserstoffzufuhrleitung 250 und eine Mehrzahl von Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 eingespritzt werden, wobei mindestens zwei der Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 vertikal beabstandet sein können. In einer Ausführungsform kann der Kohlenwasserstoffzufuhrstrom einen kombinierten Zufuhrstrom 20e, z. B. wie in unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, umfassen. In einer Ausführungsform können Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 an einem Unterteil des Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 angeordnet sein und Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 können zum Einspritzen des kombinierten Zufuhrstroms 20e in Aufwärtsrichtung ausgelegt sein. In einer Unterausführungsform kann der kombinierte Zufuhrstrom 20e an der Reaktorunterseite 202b in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 eingeführt werden.
Weiterhin unter Bezugnahme auf 11 kann der Katalysator aus ionischer Flüssigkeit 42 in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 über eine Mehrzahl von Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 eingespritzt werden, wobei mindestens zwei der Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 horizontal beabstandet sein können. Wie in 11 dargestellt können die Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 an einem Unterteil oder Oberteil des Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 angeordnet sein, z. B. nahe der Reaktoroberseite 202a, und die Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 können dazu ausgelegt sein, Katalysator aus ionischer Flüssigkeit 42 in Abwärtsrichtung einzuspritzen. Obwohl zwei Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 und zwei Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 in 11 dargestellt sein, sind andere Anzahlen und Anordnungen sowohl der Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführungen 252 als auch der Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 möglich. Obwohl die Ausführungsform aus 11 auf die Abwesenheit eines Saugrohrs in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 hindeutet, kann die Auslegung der Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 und der Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 aus 11 auch in Kombination mit einem Saugrohr verwendet werden (siehe z. B. 8).
Die 12A–12B stellen schematisch einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten gemäß einer anderen Ausführungsform dar. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 umfassen, die in einer inneren Zone IZ des Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 angeordnet ist. In einer Unterausführungsform kann die Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 koaxial mit dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 angeordnet sein. 12B zeigt den Reaktor für ionische Flüssigkeiten aus 12A so dar, wie er entlang der Linie 12B-12B zu sehen ist. Die Reaktionsbedingungen in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 können so beibehalten werden, dass eine Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit in der flüssigen Phase abläuft und die Kohlenwasserstoffverdampfung nur dann mit einer wesentlichen Geschwindigkeit abläuft, wenn die Reaktionsgeschwindigkeit eine relativ hohe Geschwindigkeit erreicht, z. B. in Zonen, die relativ hohe Konzentrationen an Reaktionsmittel (Kohlenwasserstoffzufuhr) aufweisen.
Die 12A und 12B stellen eine Kohlenwasserstoffverdampfungszone VZ (nach engl. „vaporization zone“ für „Verdampfungszone“) an einer Position über der Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 in der inneren Zone IZ dar, wobei die Kohlenwasserstoffverdampfungszone VZ auf eine Zone mit erhöhter Kohlenwasserstoffverdampfung im Vergleich zum Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 insgesamt hinweist. In einer Ausführungsform kann eine derartige erhöhte Kohlenwasserstoffverdampfung durch die Nähe der Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 und eine damit einhergehende höhere Geschwindigkeit der exothermen durch ionische Flüssigkeit katalysierten Alkylierung begründet sein. Höhere Geschwindigkeiten der Kohlenwasserstoffverdampfung verursachen Turbulenz im Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 und fördern das Mischen des flüssigen Reaktionsmediums 21 (siehe z. B. 13A–13C). In einer Ausführungsform kann die Kohlenwasserstoffverdampfungszone VZ auf einen Bereich mit maximaler Geschwindigkeit der Flüssigkeit im Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 hinweisen. In einer Ausführungsform können das Mischen und der Fluss des flüssigen Reaktionsmediums 21 in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 in der/den und angrenzend an die Kohlenwasserstoffverdampfungszone(n) VZ am größten sein.
12C stellt schematisch einen Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 mit einer Mehrzahl von Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 gemäß einer anderen Ausführungsform dar. Eine Kohlenwasserstoffverdampfungszone VZ kann über jeder Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 angeordnet sein, im Wesentlichen wie oben unter Bezugnahme auf die 12A–12B beschrieben. In der Ausführungsform in 12C kann jedoch jede Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 in einer äußeren Zone OZ des Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann die Richtung des Flusses von flüssigem Reaktionsmedium 21 in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 im Allgemeinen aufwärts an Positionen über jeder Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 erfolgen, unabhängig davon, ob die Einspritzeinheit(en) zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 in der inneren Zone IZ oder der äußeren Zone OZ angeordnet ist/sind, und unabhängig davon, ob der Reaktor für ionische Flüssigkeiten ein Saugrohr enthält (siehe z. B. 13A–13C).
Es versteht sich, dass Kohlenwasserstoffverdampfungszonen VZ andere Auslegungen aufweisen können als die konkret in den 12A–12C dargestellten, z. B. in Abhängigkeit von verschieden Faktoren wie zum Beispiel der Anzahl und Auslegung von Zufuhreinspritzeinheiten 252, der Geschwindigkeit der Kohlenwasserstoffverdampfung in der Kohlenwasserstoffverdampfungszone und den Reaktionsbedingungen im Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 sowie Druckunterschieden zwischen dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 und dem Kohlenwasserstoffzufuhrstrom und den Fluiddynamiken in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200. Es versteht sich ferner, dass die Kohlenwasserstoffverdampfung auch an verschiedenen anderen Positionen in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 auftreten kann als in der/den Kohlenwasserstoffverdampfungszone(n) VZ, wenn typischerweise auch mit geringeren Geschwindigkeiten.
13A stellt schematisch einen Unterteil eines vertikal ausgerichteten Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 gemäß einer anderen Ausführungsform dar. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann eine Reaktoroberseite 202a, eine Reaktorunterseite 202b, eine Reaktorwand 220, einen Kohlenwasserstoffdampfauslass 201, eine Mehrzahl von Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 und eine Mehrzahl von Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 umfassen. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann ferner ein Saugrohr 230 umfassen. Das Saugrohr kann 230 koaxial mit dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 angeordnet sein. Der obere Teil oder Oberteil des Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 wird in den 13A–13C aus Gründen der Verständlichkeit der Darstellung vernachlässigt.
In der Ausführungsform aus 13A können sowohl die Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 als auch die Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 in der inneren Zone IZ des Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 angeordnet sein. Die Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 können vertikal beabstandet sein, während die Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 horizontal beabstandet sein können. Der Katalysator aus ionischer Flüssigkeit 42 kann in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 über eine Einspritzleitung für ionische Flüssigkeit 240 in Fluidverbindung mit jeder der Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 eingebracht werden. Ein Kohlenwasserstoffzufuhrstrom 20 kann in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 über eine Einspritzleitung zur Kohlenwasserstoffzufuhr 250 in Fluidverbindung mit jeder der Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 eingebracht werden.
Obwohl die Ausführungsform aus 13A ein Saugrohr 230 in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 aufweist, kann die Auslegung der Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 und der Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 aus 13A auch in Abwesenheit eines Saugrohrs verwendet werden. Ferner versteht es sich, dass das Konzept einer inneren Zone IZ und einer äußeren Zone OZ des Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 in Abwesenheit eines Saugrohrs sowie in Anwesenheit eines Saugrohrs zutreffen kann. In der Ausführungsform aus 13A ist die allgemeine Richtung des Flusses von flüssigem Reaktionsmedium 21 in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 als aufwärts in der inneren Zone IZ und abwärts in der äußeren Zone OZ angegeben (Pfeile).
In einer Ausführungsform kann die Zirkulation von flüssigem Reaktionsmedium 21 in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 primär durch verstärkte Verdampfung in Bereichen des Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 angetrieben werden, die über der/den Einspritzeinheit(en) zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 angeordnet sind. Derartige Bereiche von verstärkter Kohlenwasserstoffverdampfung können hier als Kohlenwasserstoffverdampfungszonen bezeichnet werden (siehe z. B. 12A–12C). In einer Ausführungsform kann die Zirkulation von flüssigem Reaktionsmedium 21 in dem Reaktionsmedium 200 zumindest im Allgemeinen sowohl bei Anwesenheit als auch bei Abwesenheit eines Saugrohrs ähnlich sein.
13B stellt schematisch einen Unterteil eines vertikal ausgerichteten Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 gemäß einer anderen Ausführungsform dar. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann eine Reaktoroberseite 202a, eine Reaktorunterseite 202b, eine Reaktorwand 220, einen Kohlenwasserstoffdampfauslass 201, eine Mehrzahl von Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252, eine Mehrzahl von Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 und ein Saugrohr 230 umfassen. Das Saugrohr kann 230 koaxial mit dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 angeordnet sein. In der Ausführungsform in 13B können sowohl die Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 als auch die Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 in der äußeren Zone OZ des Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 angeordnet sein.
Der Katalysator aus ionischer Flüssigkeit 42 kann in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 über eine Einspritzleitung für ionische Flüssigkeit 240 in Fluidverbindung mit jeder der Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 eingebracht werden. Ein Kohlenwasserstoffzufuhrstrom 20 kann in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 über eine Einspritzleitung zur Kohlenwasserstoffzufuhr 250 in Fluidverbindung mit jeder der Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 eingebracht werden. In der Ausführungsform in 13B können sowohl die Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 als auch die Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 horizontal beabstandet sein.
Obwohl die Ausführungsform aus 13B ein Saugrohr 230 in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 aufweist, kann die Auslegung der Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 und der Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 aus 13B auch in Abwesenheit eines Saugrohrs verwendet werden. In der Ausführungsform aus 13B ist die allgemeine Richtung des Flusses von flüssigem Reaktionsmedium 21 in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 als abwärts in der inneren Zone IZ und aufwärts in der äußeren Zone OZ angegeben (Pfeile), d. h. die Zirkulation von flüssigem Reaktionsmedium 21 kann im Vergleich zu der Ausführungsform aus 13A im Allgemeinen umgekehrt werden.
13C stellt schematisch einen Unterteil eines vertikal ausgerichteten Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 gemäß einer anderen Ausführungsform dar. Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 kann eine Reaktoroberseite 202a, eine Reaktorunterseite 202b, eine Reaktorwand 220, einen Kohlenwasserstoffdampfauslass 201, eine Mehrzahl von Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252, eine Mehrzahl von Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 und ein Saugrohr 230 umfassen. Das Saugrohr kann 230 koaxial mit dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 angeordnet sein. In der Ausführungsform aus 13C können die Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 in der äußeren Zone OZ des Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 angeordnet sein, während die Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 in der inneren Zone IZ angeordnet sein können. Der Katalysator aus ionischer Flüssigkeit 42 kann in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 über eine Einspritzleitung für ionische Flüssigkeit 240 in Fluidverbindung mit jeder der Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 eingebracht werden, z. B. wie vorstehend beschrieben. Ein Kohlenwasserstoffzufuhrstrom 20 kann in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 über eine Einspritzleitung zur Kohlenwasserstoffzufuhr 250 in Fluidverbindung mit jeder der Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 eingebracht werden.
In der Ausführungsform in 13C können sowohl die Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 als auch die Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 horizontal beabstandet sein. In der Ausführungsform aus 13C ist die allgemeine Richtung des Flusses von flüssigem Reaktionsmedium 21 in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 als aufwärts in der äußeren Zone OZ und abwärts in der inneren Zone IZ angegeben (Pfeile). Obwohl die Ausführungsform aus 13C ein Saugrohr 230 in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 aufweist, kann die Auslegung der Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 und der Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 aus 13C auch in Abwesenheit eines Saugrohrs verwendet werden.
14A stellt schematisch einen horizontal ausgerichteten Reaktor für ionische Flüssigkeiten dar und 14B stellt den Reaktor für ionische Flüssigkeiten aus 14A, wie er entlang der Linie 14B-14B zu sehen ist, gemäß einer anderen Ausführungsform dar. In der Ausführungsform aus den 14A–14B kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 im Wesentlichen zylindrisch sein und eine Reaktoroberseite 202a, eine Reaktorunterseite 202b, eine Reaktorwand 220 und einen Kohlenwasserstoffdampfauslass 201 umfassen.
Der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 aus den 14A–14B kann ferner eine Mehrzahl von Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 umfassen. Die Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 können in einem unteren Teil oder Unterteil des Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 angeordnet sein. Die Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 können horizontal beabstandet sein. Jede Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 kann sich in Fluidverbindung mit einer Einspritzleitung für die Kohlenwasserstoffzufuhr 250 befinden. Jede Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 kann dazu ausgelegt sein, eine Kohlenwasserstoffzufuhr 20 in Aufwärtsrichtung in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 einzuspritzen. In einer Ausführungsform kann die Kohlenwasserstoffzufuhr einen kombinierten Zufuhrstrom, z. B. wie vorstehend in unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, umfassen. Die Einspritzung der Kohlenwasserstoffzufuhr 20 kann die Kohlenwasserstoffverdampfung aufgrund der infolge von erhöhten Reaktionsgeschwindigkeiten nahe, z. B. über, jeder Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 erzeugten Reaktionswärme fördern, und eine solche Kohlenwasserstoffverdampfung kann zu lokaler Turbulenz des flüssigen Reaktionsmediums in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 führen. Eine derartige Kohlenwasserstoffverdampfung kann einen Aufwärtsfluss des flüssigen Reaktionsmediums über jede Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 bewirken.
Weiterhin unter Bezugnahme auf die 14A–14B kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 ferner eine Einspritzleitung für ionische Flüssigkeit 240 in Fluidverbindung mit jeder aus einer Mehrzahl horizontal beabstandeter Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 umfassen, wobei jede Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit 242 dazu ausgelegt sein kann, Katalysator aus ionischer Flüssigkeit 42 in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 einzuspritzen. Wie dargestellt kann jede Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit 242 dazu ausgelegt sein, Katalysator aus ionischer Flüssigkeit 42 in Abwärtsrichtung einzuspritzen.
15A stellt schematisch einen horizontal ausgerichteten Reaktor für ionische Flüssigkeiten dar und 15B stellt den Reaktor für ionische Flüssigkeiten aus 15A, wie er entlang der Linie 15B-15B zu sehen ist, gemäß einer anderen Ausführungsform dar. In der Ausführungsform aus den 15A–15B kann der Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 Elemente und Merkmale wie die unter Bezugnahme auf die 14A–14B beschriebenen aufweisen, einschließlich einer Reaktoroberseite 202a, einer Reaktorunterseite 202b, einer Reaktorwand 220, eines Kohlenwasserstoffdampfauslasses 201, einer Mehrzahl horizontal beabstandeter Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 und einer Mehrzahl horizontal beabstandeter Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252.
Weiterhin unter Bezugnahme auf die 15A–15B können die Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 in einem Unterteil des Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 angeordnet sein und jede Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 kann zum Einspritzen einer Kohlenwasserstoffzufuhr 20 in Aufwärtsrichtung in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 ausgelegt sein. In der Ausführungsform aus den 15A–15B können die Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 jedoch im Unterteil des Reaktors für ionische Flüssigkeiten 200 angeordnet sein und jede Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit 242 kann zum Einspritzen eines Katalysators aus ionischer Flüssigkeit in den Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 in Aufwärtsrichtung ausgelegt sein. Ferner können in der Ausführungsform aus den 15A–15B die Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 in großer Nähe zu den Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252, z. B. an diese angrenzend, angeordnet sein. Die große Nähe der Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit 242 und der Einspritzeinheiten zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 können ein effizientes Mischen des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit 42 mit der Kohlenwasserstoffzufuhr 20 in dem Reaktor für ionische Flüssigkeiten 200 fördern. Ferner kann die Einspritzung der Kohlenwasserstoffzufuhr 20 aus jeder Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 die Kohlenwasserstoffverdampfung, Turbulenz in dem flüssigen Reaktionsmedium und einen Aufwärtsfluss des flüssigen Reaktionsmediums an Positionen über jeder Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung 252 fördern, im Wesentlichen wie oben unter Bezugnahme auf die 14A–14B beschrieben.
In einer Ausführungsform kann das hier offenbarte System für durch ionische Flüssigkeit katalysierte Alkylierungsverfahren verwendet werden. In einer Ausführungsform kann der Katalysator aus ionischer Flüssigkeit z. B. eine ionische Chloraluminatflüssigkeit umfassen, wie nachfolgend beschrieben. In einer Ausführungsform kann ein Kohlenwasserstoffzufuhrstrom zur durch ionische Flüssigkeit katalysierten Alkylierung mindestens einen Olefinzufuhrstrom, einen Isoparaffinzufuhrstrom, einen Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit, einen Isobutanrückführstrom und einen kombinierten Zufuhrstrom umfassen. Ausgangsmaterialien, Katalysatoren aus ionischer Flüssigkeit und Bedingungen für die durch ionische Flüssigkeit katalysierte Alkylierung sind nachstehend allgemein beschrieben.
Ausgangsmaterialien für die durch ionische Flüssigkeit katalysierte Alkylierung
In einer Ausführungsform können Ausgangsmaterialien für die durch ionische Flüssigkeit katalysierte Alkylierung verschiedene olefin- und isoparaffinhaltige Kohlenwasserstoffströme in oder von einem oder mehreren der Folgenden umfassen: eine Erdölraffinerie, eine Gasverflüssigungsanlage, eine Kohleverflüssigungsanlage, einen Naphtha-Cracker, einen Mitteldestillat-Cracker, eine Erdgasproduktionseinheit, eine LPG-Produktionseinheit und einen Wachs-Cracker und dergleichen.
Beispiele für olefinhaltige Ströme umfassen FCC-Abgas (nach engl. „Fluid Catalytic Cracking“), Verkokungsgas, Olefinmetatheseeinheitabgas, Polyolefinbenzineinheitabgas, MTO-Einheitabgas (nach engl. "Methanol To Olefin“), leichtes FCC-Naphtha, leichtes Verkokungsnaphtha, Fischer-Tropsch-Einheit-Kondensat, und gespaltenes (engl. „cracked) Naphtha. Einige olefinhaltige Zufuhrströme können mindestens ein Olefin enthalten, das aus Ethylen, Propylen, Butylenen, Pentenen und bis zu C₁₀-Olefinen, d. h. C₂-C₁₀-Olefinen, und Gemischen davon ausgewählt ist.
Zu Beispielen für isoparaffinhaltige Strömen zählen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, FCC-Naphtha, Hydrocracker-Naphtha, Verkokungsnaphtha, Fischer-Tropsch-Einheit-Kondensat, Erdgaskondensat und gespaltenes Naphtha. Derartige Ströme können mindestens ein C₄-C₁₀-Isoparaffin umfassen. In einer Ausführungsform können derartige Ströme ein Gemisch aus zwei oder mehr Isoparaffinen umfassen. In einer Unterausführungsform kann eine Isoparaffinzufuhr an den Reaktor während eines durch ionische Flüssigkeit katalysierten Alkylierungverfahrens Isobutan umfassen.
Paraffinalkylierung
In einer Ausführungsform kann die durch ionische Flüssigkeit katalysierte Alkylierung eines Kohlenwasserstoffgemischs in einem Reaktorbehälter unter für die Herstellung von Alkylatbenzin bekannten Bedingungen ausgeführt werden. Der Reaktor kann hier als Reaktor zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit bezeichnet werden und der Reaktor kann mindestens eine Alkylierungszone umfassen. Die Alkylierungsbedingungen in dem Alkylierungsreaktor sind so ausgewählt, dass sie die gewünschten Produktausbeuten und die gewünschte Produktqualität bieten. Die Alkylierungsreaktion in dem Alkylierungsreaktor wird im Allgemeinen in einer flüssigen Kohlenwasserstoffphase in einem Batch-System, einem Semi-Batch-System oder einem kontinuierlichen System ausgeführt. Das Katalysatorvolumen im Alkylierungsreaktor kann im Bereich von 0,5 bis 50 Vol-% oder von 1 bis 20 Vol.-% oder von 2 bis 6 Vol-% liegen. In einer Ausführungsform kann das Mischen in dem Reaktor erzielt werden, z. B. wie vorstehend beschrieben, um einen Kontakt zwischen den Kohlenwasserstoffreaktionsmitteln und dem Katalysator aus ionischer Flüssigkeit über eine große Oberfläche je Volumeneinheit des Reaktors hinweg bereitzustellen. Die Temperatur der Alkylierungsreaktion kann im Bereich von –10 °C bis 50 °C, zum Beispiel von 0 °C bis 35 °C oder von 10 °C bis 25 °C, liegen. Der Alkylierungsdruck kann im Bereich von 0 bis 1400 kPa oder von 0 bis 700 kPa liegen. In einer Ausführungsform kann der Alkylierungsdruck auf einem Niveau gehalten werden, das ausreichend ist, um die Reaktionsmittel zumindest teilweise in der flüssigen Phase zu halten, doch ausreichend nahe am Siedepunkt der Reaktionsmittel ist, um eine Verdampfung von mindestens einem Kohlenwasserstoff in dem Reaktor durch die Reaktionswärme zu ermöglichen. Die Verweildauer der Reaktionsmittel im Reaktor kann im Bereich von 1 bis 60 Minuten liegen.
In einer Ausführungsform kann das Molverhältnis von Isoparaffin zu Olefin im Alkylierungsreaktor innerhalb eines großen Spektrums variieren. Im Allgemeinen liegt das Molverhältnis von Isoparaffin zu Olefin im Bereich von 5 bis 15. Zum Beispiel kann in unterschiedlichen Ausführungsformen das Molverhältnis von Isoparaffin zu Olefin zwischen 5 und 15, zwischen 7 und 12 oder zwischen 8 und 10 liegen. Geringere Molverhältnisse von Isoparaffin zu Olefin neigen dazu, eine höhere Ausbeute von Alkylatprodukten mit höherem Molekulargewicht herzustellen.
Katalysatoren aus ionischer Flüssigkeit für Verfahren zu Kohlenwasserstoffumwandlung
In einer Ausführungsform kann es sich bei einem Katalysator für Verfahren zur Kohlenwasserstoffumwandlung, zum Beispiel Alkylierung, um einen chloridhaltigen Katalysator handeln, der aus mindestens zwei Bestandteilen besteht, die einen Komplex bilden. Ein erster Bestandteil des chloridhaltigen Katalysators aus ionischer Flüssigkeit kann eine Lewis-Säure umfassen, die aus Bestandteilen wie Lewis-Säure-Bestandteilen aus Metallen der Gruppe 13, einschließlich Aluminiumhalogeniden, Alkylaluminiumhalogeniden, Galliumhalogeniden und Alkylgalliumhalogeniden, Indiumhalogeniden und Alkylindiumhalogeniden ausgewählt ist (siehe International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), Version 3, Oktober 2005, für Metalle der Gruppe 13 des Periodensystems). Sonstige Lewis-Säure-Verbindungen, zusätzlich zu denen aus den Metallen der Gruppe 13, können ebenfalls verwendet werden. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem ersten Bestandteil um ein Aluminiumhalogenid oder ein Alkylaluminiumhalogenid. Zum Beispiel kann es sich bei Aluminiumtrichlorid um den ersten Bestandteil des chloridhaltigen Katalysators aus ionischer Flüssigkeit handeln.
Bei einem zweiten Bestandteil, der den chloridhaltigen Katalysator aus ionischer Flüssigkeit umfasst, handelt es sich um ein organisches Salz oder ein Salzgemisch. Diese Salze können durch die allgemeine Formel Q⁺A^– gekennzeichnet sein, wobei Q⁺ für ein Ammonium-, Phosphonium-, Boronium-, Iodonium- oder Sulfoniumkation steht und A^– für ein negativ geladenes Ion wie zum Beispiel Cl^–, Br^–, ClO₄ ^–, NO₃ ^–, BF₄ ^–, BCl₄ ^–, PF₆ ^–, SbF₆ ^–, AlCl₄ ^–, TaF₆ ^–, CuCl₂ ^–, FeCl₃ ^–, HSO₃ ^–, RSO₃ ^– (wobei R für eine Alkylgruppe mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen steht), SO₃CF₃ ^– und ₃ ^–Schwefeltrioxyphenyl steht. In einer Ausführungsform ist der zweite Bestandteil aus denjenigen ausgewählt, die quartäre Ammonium- oder Phosphoniumhalogenide aufweisen, die eine oder mehrere Alkyleinheiten mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen enthalten, zum Beispiel Trimethylaminhydrochlorid, Methyltributylammoniumhalogenid, Trialkylphosphoniumhydrochlorid, Tetraalkylphosphoniumchloride, Methyltrialkylphosphoniumhalogenid, oder substituierte heterocyclische Ammoniumhalogenid-Verbindungen wie hydrocarbylsubstituierte Pyridiniumhalogenid-Verbindungen, zum Beispiel 1-Butylpyridiniumhalogenid, Benzylpyridiniumhalogenid, oder hydrocarbylsubstituierte Imidazoliumhalogenide wie zum Beispiel 1-Ethyl-3-methylimidazoliumchlorid.
In einer Ausführungsform ist der chloridhaltige Katalysator aus ionischer Flüssigkeit aus der Gruppe bestehend aus hydrocarbylsubstituiertem Pyridiniumchloraluminat, hydrocarbylsubstituiertem Imidazoliumchloraluminat, quatärem Aminchloraluminat, Trialkylaminhydrogenchloridchloraluminat, Alkylpyridinhydrogenchloridchloraluminat und Gemischen davon ausgewählt. Zum Beispiel kann es sich bei dem chloridhaltigen Katalysator aus ionischer Flüssigkeit um eine saure ionische Halogenaluminatflüssigkeit wie zum Beispiel ein alkylsubstituiertes Pyridiniumchloraluminat oder ein alkylsubstituiertes Imidazoliumchloraluminat mit den allgemeinen Formeln A bzw. B. handeln.
In den Formeln A und B stehen R, R₁, R₂ und R₃ für H, eine Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl-, Pentyl- oder Hexylgruppe und steht X für ein Chloraluminat. In den Formeln A und B können R, R₁, R₂ und R₃ gleich oder nicht gleich sein. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem chloridhaltigen Katalysator aus ionischer Flüssigkeit um ein N-Butylpyridiniumchloraluminat. Zu Beispielen für stark saure Chloraluminate zählen Al₂Cl₇ ^– und Al₃Cl₁₀ ^–.
In einer anderen Ausführungsform kann der chloridhaltige Katalysator aus ionischer Flüssigkeit die allgemeine Formel RR′R″NH⁺ Al₂Cl₇ ^– aufweisen, wobei R, R′ und R″ für Alkylgruppen stehen, die 1 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten, und wobei R, R′ und R″ gleich oder nicht gleich sein können.
In einer anderen Ausführungsform kann der chloridhaltige Katalysator aus ionischer Flüssigkeit die allgemeine Formel RR′R″R'''P⁺ Al₂Cl₇ ^– aufweisen, wobei R, R′, R″ und R''' für Alkylgruppen stehen, die 1 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten, und wobei R, R′, R″ und R''' gleich oder nicht gleich sein können.
Das Vorhandensein des ersten Bestandteils sollte der chloridhaltigen ionischen Flüssigkeit einen Lewis- oder Franklin-Säure-Charakter verleihen. Im Allgemeinen gilt: Je höher das Molverhältnis des ersten Bestandteils zum zweiten Bestandteil ist, desto höher ist der Säuregehalt des chloridhaltigen Katalysators aus ionischer Flüssigkeit. Das Molverhältnis des ersten Bestandteils (Metallhalogenid) zum zweiten Bestandteil (quartäres Amin oder quartärer Phosphor) liegt im Bereich von 2:1 bis 1.1:1.
In einer Ausführungsform wird der chloridhaltige Katalysator aus ionischer Flüssigkeit in dem Alkylierungsreaktor mit einem Halogenwasserstoff und/oder einem organischen Halogenid gemischt. Der Halogenwasserstoff oder das organische Halogenid können den Gesamtsäuregehalt steigern und die Selektivität des chloridhaltigen Katalysators aus ionischer Flüssigkeit ändern. Bei dem organischen Halogenid kann es sich um ein Alkylhalogenid handeln. Die verwendbaren Alkylhalogenide können Alkylbromide, Alkylchloride, Alkyliodide und Gemische davon umfassen. Es kann eine Vielzahl von Alkylhalogeniden verwendet werden. Alkylhalogenidderivate der Isoparaffine oder der Olefine, die die Zufuhrströme in dem Alkylierungsverfahren umfassen, sind eine gute Wahl. Zu derartigen Alkylhalogeniden zählen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Isopentylhalogenide, Isobutylhalogenide, Butylhalogenide (z. B. 1-Butylhalogenid oder 2-Butylhalogenid), Propylhalogenide und Ethylhalogenide. Sonstige Alkylchloride oder Halogenide, die zwischen 1 bis 8 Kohlenstoffatomen aufweisen, können ebenfalls verwendet werden. Die Alkylhalogenide können allein oder in Kombination oder mit Halogenwasserstoff verwendet werden. Das Alkylhalogenid oder Halogenwasserstoff wird der Einheit durch Einspritzen des Alkylhalogenids oder des Halogenwasserstoffs in den Kohlenwasserstoffstrom oder in den Katalysator aus ionischer Flüssigkeit oder in den Alkylierungsreaktor direkt zugeführt. Die Menge der HCl- oder Alkylchloridverwendung, die Einspritzposition und das Einspritzverfahren können die Menge des gebildeten organischen Chlorid-Nebenprodukts beeinflussen. Die Verwendung von Alkylhalogeniden zur Steigerung der Kohlenwasserstoffumwandlung durch chloridhaltigen Katalysator aus ionischer Flüssigkeit wird in US-Patent Nr. 7,495,144 und in der US-Patentveröffentlichung Nr. 20100298620A1 gelehrt.
Es wird davon ausgegangen, dass sich das Alkylhalogenid unter den Bedingungen der Kohlenwasserstoffumwandlung zersetzt, um Brønsted-Säuren oder Halogenwasserstoffe wie zum Beispiel Chlorwasserstoffsäure (HCl) oder Bromwasserstoffsäure (HBr) freizusetzen. Diese Brønsted-Säuren oder Halogenwasserstoffe fördern die Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktion. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Halogenid in dem Halogenwasserstoff oder dem Alkylhalogenid um Chlorid. In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Alkylhalogenid um ein Alkylchlorid, zum Beispiel t-Butylchlorid. Chlorwasserstoff und/oder ein Alkylchlorid können vorteilhaft verwendet werden, wenn der chloridhaltige Katalysator aus ionischer Flüssigkeit zum Beispiel ein Chloraluminat ist.
Regenerierung von Katalysator aus ionischer Flüssigkeit
Infolge der Verwendung werden Katalysatoren aus ionischer Flüssigkeit deaktiviert, d. h. sie verlieren Aktivität und müssen schließlich möglicherweise ersetzt werden. Katalysatoren aus ionischer Flüssigkeit sind teuer und eine Ersetzung erhöht die Betriebskosten deutlich. Es kann somit wünschenswert sein, den Katalysator aus ionischer Flüssigkeit zu regenerieren. Die Regenerierung von sauren Katalysatoren aus ionischer Flüssigkeit wird beispielsweise in den US-Patenten mit den Nummern US 7651970 , US 7674739 , US 7691771 , US 7732363 und US 7732364 gelehrt.
Alkylierungsverfahren, die einen Katalysator aus ionischer Flüssigkeit verwenden, können als vereinte Polymere bekannte Nebenprodukte erzeugen. Die vereinten Polymere sind stark ungesättigte Moleküle und deaktivieren den Katalysator aus ionischer Flüssigkeit durch das Bilden von Komplexen mit dem Katalysator aus ionischer Flüssigkeit. Ein Teil des verwendeten Katalysators aus ionischer Flüssigkeit aus dem Alkylierungsreaktor wird an den Regeneratorreaktor gesendet, der das vereinte Polymer aus dem Katalysator aus ionischer Flüssigkeit entfernt und die Aktivität des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit zurückgewinnt. Der Regenerierungsreaktor enthält Metallkomponenten, die die vereinten Polymere sättigen und die gesättigten Polymermoleküle aus dem Katalysator aus ionischer Flüssigkeit freisetzen. Die Regenerierung kann entweder in einem Rührreaktor oder in einem Festbettreaktor durchgeführt werden. Ein Schutzbettbehälter, der Adsoprtionsmaterial mit geeigneter Porengröße enthält, kann zugegeben werden, bevor der Regenerierungsreaktor die Verunreinigungen, die in den Regenerierungsreaktor gelangen, minimiert.
Produkttrennung und -veredelung
Ein Kohlenwasserstoffabfluss aus dem Reaktor kann Spuren von Halogenwasserstoffen oder organischen Halogeniden oder anorganischen Halogeniden enthalten. Wenn aluminiumchloridhaltiger Katalysator verwendet wird, sind die Spuren von HCl, organischen Chloriden und anorganischen Chloriden in dem Reaktorabfluss vorhanden. HCl und organische Chloride können festgehalten und in den Alkylierungsreaktor zurückgeführt werden. Anorganische Chloride wie zum Beispiel Korrosionsprodukte oder Abbauprodukt können mit einem Filter aufgefangen werden.
Das getrennte Kohlenwasserstoffprodukt kann noch immer Spuren von HCl, organischen Chloriden und anorganischen Chloriden enthalten. Das Entfernen von HCl und anorganischen Chloriden aus dem Produkt erfolgt typischerweise mit Laugenwäsche. Ein chloridselektives Adsorptionsmittel kann verwendet werden, um die restlichen Chloride aufzufangen. Organisches Chlorid kann durch Hydrierung, Spaltung oder Heißlaugenwäsche in HCl und organischen Kohlenwasserstoff umgewandelt werden. Die Behandlung von Produkten zur Chlorreduktion wird zum Beispiel in den US-Patenten mit den Nummern US 7538256 , US 7955498 und US 8327004 gelehrt.
Zu den Zwecken der vorliegenden Schrift und der beigefügten Ansprüche sind, sofern nicht anderes angegeben ist, alle Zahlen, die Mengen, Prozentangaben oder Proportionen angeben, und sonstige Zahlenwerte, die in der Schrift und den Ansprüchen verwendet werden, so zu verstehen, dass sie in allen Fällen durch den Ausdruck „etwa“ modifiziert werden. Ferner schließen alle hier offenbarten Bereiche die Endpunkte mit ein und sind unabhängig kombinierbar. Immer wenn ein Zahlenbereich mit einer Untergrenze und einer Obergrenze offenbart ist, sind die Zahlen, die in diesen Bereich fallen, ebenfalls explizit offenbart.
Nicht definierte Ausdrücke, Abkürzungen oder Kürzel sind so zu verstehen, dass sie die normale, von einem Fachmann verwendete Bedeutung zur Zeit der Einreichung der Anmeldung haben. Die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ schließen die Pluralformen ein, sofern sie nicht ausdrücklich und eindeutig auf einen Fall begrenzt sind
Alle Veröffentlichungen, Patente und Patentanmeldungen, die in der vorliegenden Schrift entgegengehalten werden, sind durch die Bezugnahme darauf vollständig in dem gleichen Ausmaß eingeschlossen, als wäre die Offenbarung jeder einzelnen Veröffentlichung, Patentanmeldung oder jedes einzelnen Patents explizit und einzeln als durch Bezugnahme vollständig aufgenommen angegeben.
Die Zeichnungen dienen der Veranschaulichung und sind möglicherweise nicht maßstabsgetreu gezeichnet. Modifikationen der vorstehend offenbarten Ausführungsbeispiele können für den Fachmann vor dem Hintergrund der vorliegenden Offenbarung auf der Hand liegen. Dementsprechend ist die Erfindung so zu verstehen, dass sie alle Strukturen und Verfahren einschließt, die unter den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Sofern nicht anderes angegeben ist, kann ist die Nennung einer Gattung von Elementen, Materialien oder sonstigen Komponenten, aus denen eine einzelne Komponente oder ein Gemisch von Komponenten ausgewählt sein kann, so zu verstehen, dass sie alle möglichen Kombinationen von Untergattungen der aufgezählten Komponenten und Gemische davon umfasst.

Claims

Verfahren, umfassend: a) Inkontaktbringen eines Kohlenwasserstoffzufuhrstroms mit einem Katalysator aus ionischer Flüssigkeit in einer Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit unter Bedingungen für eine Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit, um eine exotherme Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit auszuführen; b) über die Reaktionswärme der exothermen Alkylierungsreaktion Verdampfen eines Teils von mindestens einem Kohlenwasserstoff in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit, um Kohlenwasserstoffdampf in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit bereitzustellen; c) Entziehen zumindest eines Teils des Kohlenwasserstoffdampfs aus der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit; d) Kondensieren des entzogenen Kohlenwasserstoffdampfs, um einen Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit bereitzustellen; und e) Rückführen des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit an die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: Schritt c) das Entziehen des Kohlenwasserstoffdampfs aus einem Oberteil der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit bei wesentlichem Nichtvorhandensein von flüssigem Reaktionsmedium umfasst, Schritt d) das Abkühlen des entzogenen Kohlenwasserstoffdampfs über einen der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit nachgelagert angeordneten Wärmetauscher umfasst und das Verfahren ferner Folgendes umfasst: f) vor Schritt d) Entfernen mitgenommener Tröpfchen der ionischen Flüssigkeit aus dem entzogenen Kohlenwasserstoffdampf.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: Schritt d) das Abkühlen des entzogenen Kohlenwasserstoffdampfs über einen Wärmetauscher umfasst und das Verfahren ferner Folgendes umfasst: g) gegebenenfalls Einstellen des Kühlmitteldurchflusses an den Wärmetauscher, um die Temperatur der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: der entzogene Kohlenwasserstoffdampf Propan umfasst und Schritt e) das Rückführen des Propans an die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit über den Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt e) das Rückführen des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit an die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit ohne Fraktionierung des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit ein flüssiges Reaktionsmedium enthält, das Tröpfchen des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit umfasst, die in einer flüssigen Kohlenwasserstoffphase dispergiert sind, Schritt b) das Bilden von Blasen des Kohlenwasserstoffdampfs in dem flüssigen Reaktionsmedium umfasst und das Verfahren ferner Folgendes umfasst: h) pneumatisches Bewegen des flüssigen Reaktionsmediums über die Blasen aus Kohlenwasserstoffdampf.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: der Kohlenwasserstoffzufuhrstrom einen kombinierten Zufuhrstrom umfasst und Schritt e) das Zusammenbringen des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit mit einem Olefinzufuhrstrom und einem Isobutanrückführstrom umfasst, um den kombinierten Zufuhrstrom bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei: die exotherme Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit in der flüssigen Phase abläuft, der kombinierte Zufuhrstrom mindestens ein C₃-C₄-Alkan umfasst und die Bedingungen der Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit so ausgewählt sind, dass sie die Verdampfung des mindestens einen C₃-C₄-Alkans nur in Gegenwart der exothermen Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit fördern.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend: i) Einspritzen des kombinierten Zufuhrstroms über mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung in Aufwärtsrichtung in die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit in Schritt c) entzogene Kohlenwasserstoffdampf 5–50 Mol-% des in Schritt i) in die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit eingespritzten kombinierten Zufuhrstroms entspricht.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei: die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit ein flüssiges Reaktionsmedium enthält, das Tröpfchen des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit umfasst, die in einer flüssigen Kohlenwasserstoffphase dispergiert sind, und die Verdampfung des mindestens einen Kohlenwasserstoffs in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit einen Aufwärtsfluss des flüssigen Reaktionsmediums in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit an einer Position über der mindestens einen Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei: Schritt i) das Einspritzen des kombinierten Zufuhrstroms in ein in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit angeordnetes Saugrohr umfasst, das Saugrohr eine innere Zone in dem Saugrohr und eine äußere Zone außerhalb des Saugrohrs definiert, das Saugrohr und die äußere Zone jeweils das flüssige Reaktionsmedium enthalten, das flüssige Reaktionsmedium im Allgemeinen in dem Saugrohr aufwärts fließt und das flüssige Reaktionsmedium im Allgemeinen in der äußeren Zone abwärts fließt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei: Schritt i) das Einspritzen des kombinierten Zufuhrstroms in eine äußere Zone außerhalb eines in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit angeordneten Saugrohrs umfasst, das Saugrohr eine innere Zone in dem Saugrohr definiert, das Saugrohr und die äußere Zone jeweils das flüssige Reaktionsmedium enthalten, das flüssige Reaktionsmedium im Allgemeinen in der äußeren Zone aufwärts fließt und das flüssige Reaktionsmedium im Allgemeinen in dem Saugrohr abwärts fließt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: j) Einspritzen des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit in eine äußere Zone der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit über mindestens eine Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: k) Einspritzen des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit in eine innere Zone der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit über mindestens eine Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: l) Entziehen eines flüssigen Reaktionsmediums aus einem Unterteil der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit, wobei das flüssige Reaktionsmedium den Katalysator aus ionischer Flüssigkeit umfasst; und m) Rückführen des entzogenen flüssigen Reaktionsmediums über eine Vielzahl von Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit an die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit.
Verfahren, umfassend: a) Inkontaktbringen mindestens eines Isoparaffins und mindestens eines Olefins mit einem Katalysator aus ionischer Flüssigkeit in einer Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit unter den Bedingungen für eine Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit, um eine exotherme Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit auszuführen, wobei die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit ein flüssiges Reaktionsmedium enthält, das Tröpfchen des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit umfasst, die in einer flüssigen Kohlenwasserstoffphase dispergiert sind; b) über die Reaktionswärme der exothermen Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit Verdampfen eines Teils von mindestens einem Kohlenwasserstoff in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit, um Blasen aus Kohlenwasserstoffdampf in dem flüssigen Reaktionsmedium zu bilden; c) pneumatisches Bewegen des flüssigen Reaktionsmediums in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit durch die Blasen aus Kohlenwasserstoffdampf; d) Entziehen zumindest eines Teils des Kohlenwasserstoffdampfs aus der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit; e) Kondensieren des entzogenen Kohlenwasserstoffdampfs, um einen Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit bereitzustellen; und f) Rückführen des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit an die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei: der Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit einen C₃-C₄-Kohlenwasserstoff umfasst, der aus der Gruppe bestehend aus Propan, Isobutan, n-Butan und Kombinationen davon ausgewählt ist, und Schritt f) Folgendes umfasst: g) massenhaftes Kombinieren des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit mit einem Olefinzufuhrstrom und einem Isobutanrückführstrom, um einen kombinierten Zufuhrstrom bereitzustellen; und h) Einspritzen des kombinierten Zufuhrstroms in die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit über mindestens eine Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei: zumindest ein Teil der Blasen aus Kohlenwasserstoffdampf durch das flüssige Reaktionsmedium an einen Oberteil der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit aufsteigt und das flüssige Reaktionsmedium in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit an einer Position über jeder Einspritzeinheit zur Kohlenwasserstoffzuführung aufwärts fließt.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend: i) Einspritzen des Katalysators aus ionischer Flüssigkeit in die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit über eine Vielzahl von Einspritzdüsen für ionische Flüssigkeit, wobei Schritt h) das Einspritzen des kombinierten Zufuhrstroms in die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit in Aufwärtsrichtung umfasst.
Verfahren, umfassend: a) Einspritzen eines kombinierten Zufuhrstroms in eine Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit, wobei der kombinierte Zufuhrstrom mindestens ein C₄-C₁₀-Isoparaffin und mindestens ein C₂-C₁₀-Olefin umfasst; b) Einspritzen eines Katalysators aus ionischer Flüssigkeit in die Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit über mindestens eine Einspritzdüse für ionische Flüssigkeit; c) Inkontaktbringen des mindestens einen Isoparaffins und des mindestens einen Olefins mit dem Katalysator aus ionischer Flüssigkeit in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit unter Bedingungen für die Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit, um eine exotherme Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit in einem flüssigen Reaktionsmedium bereitzustellen; d) über die Reaktionswärme der exothermen Alkylierungsreaktion mit ionischer Flüssigkeit Verdampfen eines Teils von mindestens einem Kohlenwasserstoffbestandteil des kombinierten Zufuhrstroms, um Kohlenwasserstoffdampf in der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit bereitzustellen; e) Entziehen zumindest eines Teils des Kohlenwasserstoffdampfs aus der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit, wobei der Kohlenwasserstoffdampf einen C₃-C₄-Kohlenwasserstoff umfasst, der aus der Gruppe bestehend aus Propan, Isobutan, n-Butan und Kombinationen davon ausgewählt ist; f) Kondensieren des entzogenen Kohlenwasserstoffdampfs, um einen Strom aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit bereitzustellen; g) Zusammenbringen des Stroms aus kondensierter Kohlenwasserstoffflüssigkeit mit einem Olefinzufuhrstrom und einem Isobutanrückführstrom, um den kombinierten Zufuhrstrom bereitzustellen; h) Entziehen von Aliquoten des flüssigen Reaktionsmediums aus der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit, um einen Reaktorabflussauslass bereitzustellen; i) Auftrennen des Reaktorabflussstroms in eine Phase aus ionischer Flüssigkeit und eine Kohlenwasserstoffphase; und j) Fraktionieren der Kohlenwasserstoffphase, um den Isobutanrückführstrom und ein Alkylatprodukt bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei: Schritt d) Bilden von Blasen aus dem Kohlenwasserstoffdampf in dem flüssigen Reaktionsmedium umfasst, wobei zumindest ein Teil der Blasen aus Kohlenwasserstoffdampf durch das flüssige Reaktionsmedium zu einem Oberteil der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit aufsteigt, Schritt e) das Entziehen des Kohlenwasserstoffdampfs aus dem Oberteil der Zone zur Alkylierung mit ionischer Flüssigkeit umfasst und das Verfahren ferner Folgendes umfasst: k) pneumatisches Bewegen des flüssigen Reaktionsmediums durch die Blasen des Kohlenwasserstoffdampfs.