KR101677069B1 - 통합된 부탄 이성질체화 및 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정들 - Google Patents

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Abstract

통합된 이성질체화 및 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정은, 이온성 액체 알킬화 반응기로부터의 알킬화 탄화수소 상 및 이성질체화 장치로부터의 이성질체화 탄화수소 스트림으로부터 n-부탄 함유 분획을 분리하기 위한 일반적인 증류 장치를 사용하는, 이온성 액체 알킬화 및 n-부탄 이성질체화를 통합시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 n-부탄 함유 분획은 이성질체화를 거쳐, 이성질체화 탄화수소 스트림을 포함하는 이성질체화 반응기 유출물을 제공할 수 있다. 알킬화 탄화수소 상 및 이성질체화 탄화수소 스트림 중 적어도 하나로부터 분리된, 이소부탄 함유 분획은 증류 장치로부터 이온성 액체 알킬화 반응기로 재순환될 수 있다.

Description

통합된 부탄 이성질체화 및 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정들{Integrated butane isomerization and ionic liquid catalyzed alkylation processes}
본 발명은 통합된 부탄 이성질체화 및 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정에 관한 것이다.
통상적인 파라핀-올레핀 알킬화 플랜트 (plant) 들은 통상적인 n-부탄 이성질체화 플랜트와 연관되어 사용됨으로써, 알킬화 플랜트를 위한 추가의 공급원료 (feedstock) (이소파라핀) 를 제공할 수 있다. 통상적인 n-부탄 이성질체화 공정들은 AlCl3 촉매 또는 Pt-알루미나 (alumina) 촉매와 HCl 을 사용한다. 이성질체화 촉매는 수분에 민감하기 때문에, 통상적인 n-부탄 이성질체화 공정은 광범위한 공급물 (feed) 건조를 필요로 한다.
불산 (또는 불화수소산; HF) 은 고-옥탄 가솔린 (high-octane gasoline), 증류물 및 윤활 기유 (lubricating base oil) 를 생산하기 위한 통상적인 알킬화 공정들에서 촉매로서 사용된다. 예를 들면, HF 휘발성과 관련된, HF의 위험성이 잘 보고되어 있다. HF 휘발성을 감소시키기 위해 첨가제를 사용하는 것은 비용이 많이 들고 공장에서 다량의 HF에 대한 필요성을 없애지 못한다. 한편, 더욱 안전한 대체 촉매들을 개발하기 위한 노력들은 어려운 도전에 직면해왔다. 촉매로서 황산 (H2SO4) 을 사용하기 위한 HF 알킬화 장치들의 전환은, 상당한 양의 추가되는 자본 및 운용 비용을 필요로 하며, 동시에 매우 부식성이 높은 농축된 H2SO4 와 관련된 위험요소들을 도입한다. 또한, 고체 알킬화 촉매들은 빠른 파울링 (fouling) 및 불활성화 (deactivation) 로 인하여 상업화하기 어렵다는 것이 입증되어 왔다.
알킬화 공정들에서 통상적인 HF 및 H2SO4 촉매를 대체하기 위한 대안적인 촉매 시스템에 대한 요구가, 학술적 및 산업적 기관들의 각종 그룹들에 의해 연구되어 왔다. 지금까지는, 이러한 공정들을 수행하기 위한 어떠한 촉매도 상업화되지 않았다.
최근에, HF 및 H2SO4 촉매에 대한 대안으로서, 금속 할라이드 이온성 액체 촉매 (metal halide ionic liquid catalyst) 에 대해 상당한 관심이 있어 왔다. 한가지 예로서, 이온성 액체 촉매화된, 이소파라핀과 올레핀의 알킬화는 Timken et al. 의 미국 특허 제7,432,408호에 기재되어 있다. 또한, Elomari et al. 의 미국 특허 제7,572,943호는 올레핀들의 이온성 액체 촉매화된 올리고머화 및, 수득되는 올리고머(들)를 이소파라핀을 사용하여 알킬화시켜 알킬화된 올레핀 올리고머들을 생산하는 것을 기재하고 있다.
도 1a 는 선행기술에 따른 통상적인 n-부탄 이성질체화 플랜트 (10) 를 도식적으로 나타낸다. 통상적인 n-부탄 이성질체화 플랜트 (10) 는 공급물 건조기 (12) , 이성질체화 반응기 (14), 기체/액체 분리 장치 (seperation unit) (16), 증류 장치 (distillation unit) (18), 및 가성 (caustic) (KOH 또는 NaOH) 처리 장치 (20) 를 포함한다. 건조된 n-부탄, 또는 상당한 양의 n-부탄을 함유하는 혼합된 부탄 스트림 (stream) 은 이성질체화 반응기 (14) 에 건조된 H2 와 함께 공동-공급 (co-fed) 된다. H2 및 HCl 은 기체/액체 분리 장치 (16) 를 통해 반응기 유출물 (effluent) 로부터 제거된다. 수득되는 탄화수소 유출물 (이성질체화된 부탄 혼합물) 은, 이소부탄 생성물로부터 n-부탄을 분리시키기 위해, 증류 장치 (18) 로 보내진다. 이소부탄 스트림은, 통상적인 HF 또는 H2S04 알킬화 플랜트 (예를 들어, 도 1b 및 1c 참조) 로 보내지기 전에, 가성 처리 장치 (20) 에서 처리되어 이소부탄 생성물 스트림 중의 잔류 염화물이 제거된다.
도 1b 는, 선행기술에 따른, 통상적인 부탄 이성질체화 플랜트와 관련된 통상적인 HF 알킬화 플랜트 (30) 를 도식적으로 나타낸다. HF 알킬화 플랜트 (30) 는 공급물 처리 장치 (32), HF 알킬화 반응기 (34), HF 침전기 (HF settler) (36) , HF 열 교환기 (38), HF 재생 장치 (HF regeneration unit) (40), 분류 장치 (fractionation unit) (42), 및 생성물 처리 장치 (44) 를 포함할 수 있다. 올레핀 함유 스트림은, 통상적인 부탄 이성질체화 플랜트 (예를 들어, 도 1a 참조) 로부터 이소부탄 함유 스트림과 함께 HF 반응기 (34) 에 공급된다. HF 반응기 (34) 로부터의 유출물은 HF 침전기 (36) 를 통해 탄화수소 상 (phase) 및 HF 상 (phase) 으로 분리된다. 상기 HF 상은 HF 열 교환기 (38) 를 통해 HF 반응기 (34) 로 재순환된다. 상기 탄화수소 상은 분류 장치 (42) 를 통해 분류되고, 하나 이상의 분획들은 생성물 처리 장치 (44) 를 통해 처리되어 하나 이상의 생성물들을 제공한다.
도 1c 는, 역시 선행 기술에 따른, 통상적인 부탄 이성질체화 플랜트와 관련된 통상적인 H2SO4 알킬화 장치 (30') 를 도식적으로 나타낸다. H2SO4 알킬화 플랜트 (30') 는 H2SO4 알킬화 반응기 (34'), 산 침전기 (36'), 산 세척 용기 (acid wash vessel) (24), 알칼리성 수 세척 용기 (alkaline water wash vessel) (26), 냉장 장치 (refrigeration unit) (28), 분류 장치 (42'), 및 생성물 처리 장치 (44') 를 포함할 수 있다. 올레핀 함유 스트림은, 통상적인 부탄 이성질체화 플랜트로부터 이소부탄 함유 스트림과 함께 H2SO4 반응기 (34') 로 공급된다 (예를 들어, 도 1a 참조). H2SO4 반응기 (34') 로부터의 유출물은 산 침전기 (36') 를 통해 탄화수소 상 (phase) 및 산 상 (acid phase) 으로 분리된다. 산 상의 일부는 H2SO4 반응기 (34') 로 재순환된다. 산 상의 추가의 부분은 산 재생을 위해 제거될 수 있다. 분류 장치 (42') 는 탄화수소 상을 분류하여, 생성물 처리 장치 (44') 로 처리하기 위한 하나 이상의 생성물을 제공한다.
n-부탄 이성질체화 및 HF/H2SO4 촉매화된 알킬화 둘 모두를 위한 통상적인 공정은 당해 분야에 익히 공지되어 있다.
Rice et al. 에게 허여된 미국 특허 제7,439,410호에는, 일반적인 증류 영역을 이용하는 통합된 이성질체화-알킬화 공정이 기술되어 있으며, 여기서 이성질체화 반응 영역 유출물은 직접 또는 염화물 처리기 (chloride treater) 를 통해 프로판 제거기 (depropanizer) 로 통과된다. 상기 '410호 특허의 대안적인 양태에서, 액체 상이 염화물 처리기를 통해 프로판 제거기로 통과되기 전에, 이성질체화 반응 영역 유출물은 냉각된 다음 기체-액체 상 분리를 겪는다. 상기 '410호 특허에 따른 알킬화 동안, 반응물들은 촉매 입자들과 접촉되는 경우, 증기-, 액체- 또는 혼합된 액체-증기 상으로 존재할 수 있다.
효율적인 통합된 이온성 액체 촉매화된 알킬화-부탄 이성질체화 공정에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 하나의 양태로서, 이온성 액체 알킬화 조건 하에 이온성 액체 알킬화 영역에서, 적어도 하나의 이소파라핀 및 적어도 하나의 올레핀을 이온성 액체 촉매와 접촉시키는 단계; 이온성 액체 알킬화 영역의 알킬화 반응기 유출물로부터 알킬화 탄화수소 상을 분리시키는 단계; 증류 장치를 통해, 내부 탄화수소 공급물을 분류하여 n-부탄 함유 분획 (fraction) 을 제공하는 단계로서, 상기 내부 탄화수소 공급물은 알킬화 탄화수소 상을 함유하는 단계; n-부탄 함유 분획 중의 n-부탄의 적어도 일부를 이성질체화하여 이소부탄을 제공하는 단계; 및 이소부탄을 이온성 액체 알킬화 영역으로 재순환시키는 단계를 포함하는, 통합된 이온성 액체 알킬화 및 n-부탄 이성질체화 공정을 제공한다.
또 다른 양태로서, 이온성 액체 알킬화 조건 하에 이온성 액체 알킬화 영역에서, 적어도 하나의 이소파라핀 및 적어도 하나의 올레핀을 이온성 액체 촉매와 접촉시키는 단계; 이온성 액체 알킬화 영역의 알킬화 반응기 유출물로부터 알킬화 탄화수소 상을 분리시키는 단계; 증류 장치를 통해, 내부 탄화수소 공급물을 분류하여 n-부탄 함유 분획을 제공하는 단계로서, 상기 내부 탄화수소 공급물은 알킬화 탄화수소 상을 함유하는 단계; 부탄 이성질체화 조건 하에 이성질체화 영역에서, n-부탄 함유 분획을 이성질체화 촉매와 접촉시키는 단계; 이성질체화 영역의 이성질체화 반응기 유출물을 기체 상 및 이성질체화 탄화수소 스트림으로 분리시키는 단계로서, 상기 이성질체화 탄화수소 스트림은 이소부탄을 함유하고, 내부 탄화수소 공급물은 이성질체화 탄화수소 스트림을 추가로 포함하는 단계; 증류 장치를 통해, 내부 탄화수소 공급물을 분류하여 이소부탄 함유 분획을 추가로 제공하는 단계; 및 상기 이소부탄 함유 분획을 이온성 액체 알킬화 영역으로 재순환시키는 단계를 포함하는, 통합된 이온성 액체 알킬화-부탄 이성질체화 공정을 제공한다.
추가적인 양태로서, 이온성 액체 알킬화 조건 하에 이온성 액체 알킬화 영역에서, 적어도 하나의 이소파라핀 및 적어도 하나의 올레핀을 이온성 액체 촉매와 접촉시키는 단계; 이온성 액체 알킬화 영역의 알킬화 반응기 유출물로부터 알킬화 탄화수소 상을 분리시키는 단계; 증류 장치를 통해, 내부 탄화수소 공급물을 분류하여 n-부탄 함유 분획을 제공하는 단계로서, 상기 내부 탄화수소 공급물은 알킬화 탄화수소 상 및 이성질체화 탄화수소 스트림을 함유하는 단계; 부탄 이성질체화 조건 하에 이성질체화 반응기에서 n-부탄 함유 분획을 이성질체화 촉매와 접촉시켜, 이성질체화 탄화수소 스트림을 포함하는 이성질체화 반응기 유출물을 제공하는 단계; 이성질체화 반응기 유출물로부터 이성질체화 탄화수소 스트림을 분리시키는 단계; 이성질체화 탄화수소 스트림을 증류 장치로 재순환시키는 단계; 증류 장치를 통해, 내부 탄화수소 공급물로부터 이소부탄 함유 분획을 분리시키는 단계; 및 이소부탄 함유 분획을 이온성 액체 알킬화 영역으로 재순환시키는 단계를 포함하는, 통합된 이온성 액체 알킬화 및 n-부탄 이성질체화 공정을 제공한다.
본원에 사용된 용어 "포함하는 (comprising)" 및 "포함하다 (comprises)" 는, 하기 용어들로 나타내어지는 명명된 성분들 또는 단계들을 포함하지만 다른 명명되지 않는 성분들 또는 단계들을 필수적으로 배제하지는 않는 것을 의미한다.
도 1a 는 선행기술에 따른, 통상적인 HF 또는 H2SO4 알킬화 플랜트와 관련된 통상적인 n-부탄 이성질체화 플랜트를 도식적으로 나타낸다.
도 1b 는 선행기술에 따른, 통상적인 n-부탄 이성질체화 플랜트와 관련된 통상적인 HF 알킬화 플랜트를 도식적으로 나타낸다.
도 1c 는 선행기술에 따른, 통상적인 n-부탄 이성질체화 플랜트와 관련된 통상적인 H2SO4 알킬화 플랜트를 도식적으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 하나의 양태에 따른, 통합된 이온성 액체 알킬화 및 n-부탄 이성질체화 공정을 위한 시스템 및 설계를 도식적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 또 다른 양태에 따른, 통합된 이온성 액체 알킬화 및 n-부탄 이성질체화 공정을 위한 시스템 및 설계를 도식적으로 나타낸다.
이온성 액체 촉매는, 알킬레이트 가솔린 블렌딩 성분 (alkylate gasoline blending component), 증류물, 윤활제 등을 생산하기 위한 알킬화 반응을 포함하는, 탄화수소 전환 반응들 (hydrocarbon conversion reactions) 의 범주에 유용할 수 있다. 하나의 양태에서, 본 발명은, 이온성 액체 촉매화된 이소파라핀-올레핀 알킬화와 n-부탄 이성질체화를 통합시키는 공정을 제공한다.
본 출원인들은, n-부탄 이성질체화를, 이온성 액체 촉매화된 알킬화, n-부탄 이성질체화 공정 및/또는 알킬화 공정, 또는 이들 두 가지 공정들의 조합과 통합시킴으로써, 현저하게 단순화시킬 수 있으면서도 상당한 이점들을 제공함을 밝혀내었다. 예를 들면, 본원에 기술된 바와 같은 이온성 액체 촉매화된 알킬화-부탄 이성질체화의 통합된 공정은, 알킬화의 효율을 증가시킬 뿐만 아니라 자본 지출 및 작동 비용들도 감소시킬 수 있다.
통상적인 H2SO4 및 HF 촉매를 회피하는 것과 별도로, 통합된 이온성 액체 촉매화된 알킬화-부탄 이성질체화 공정은, 알킬화 및 n-부탄 이성질체화에 대한 선행기술의 공정들에 비하여 수많은 추가적인 이점들을 제공한다. 이러한 이점들은 하기를 포함할 수 있다:
(1) 공급물 건조는 통합된 이온성 액체 알킬화-부탄 이성질체화 공정에서 결합되고 단순화될 수 있다. 이온성 액체 촉매화된 알킬화에서, 이온성 액체 알킬화 반응기로의 공급물이 철저히 건조됨으로써, 통합된 공정에서, 증류 장치로부터 이성질체화 반응기로의 n-부탄 스트림이 추가의 건조를 필요로 하지 않을 수 있다. 따라서, 이성질체화 반응기 (선행기술의 공정들) 로의 n-부탄 공급물을 건조시키기 위한 공급물 건조기를 제거할 수 있다.
(2) 통상적인 알킬화 및 n-부탄 이성질체화 공정들에 사용된 증류 컬럼 (distillation columns) 들의 총 수는, 이온성 액체 촉매화된 알킬화 및 n-부탄 이성질체화를 통합시킴으로써 감소될 수 있다. 통합된 이온성 액체 알킬화-부탄 이성질체화 공정에서, n-부탄 이성질체화 장치로부터의 탄화수소 생성물은, 이온성 액체 알킬화 반응기로부터의 탄화수소 상과 함께 일제히 공유된 증류 컬럼들로 보내질 수 있다. 이온성 액체 알킬화 및 n-부탄 이성질체화 반응으로부터의 탄화수소 생성물들의 증류를 결합함으로써, 하나 이상의 비용이 드는 증류 컬럼을 제거할 수 있다.
(3) 선행기술의 공정들에서 구성 유기 염화물 (make-up organic chloride) (예를 들어, CCl4 또는 CHCl3) 을 이성질체화 반응기에 공급하기 위해 사용되는 전용 클로라이드 첨가 장치 (dedicated chloride addition unit) 는 제거되거나 생략될 수 있다. 이온성 액체 촉매화된 알킬화에서, 유기 클로라이드 공급물을 첨가하는 대신에, 알킬화 반응기 유출물로부터 유래된 HCl 함유 분획을 이성질체화 반응기에 공급할 수 있다.
(4) 선행기술의 이성질체화에서 이소부탄 생성물로부터 클로라이드를 제거하기 위한 가성 처리 단계는 통합된 이온성 액체 알킬화-부탄 이성질체화 공정에서 제거될 수 있는데, 그 이유는 이온성 액체 알킬화 반응기가 증류 장치 자체로부터 HCl 함유 이소부탄 스트림을 용이하게 수용할 수 있기 때문이다. 이러한 이소부탄 생성물 처리 단계의 제거는, 통합된 이온성 액체 알킬화-이성질체화 공정을 더욱 단순화시킨다.
본 발명의 양태들에 따라 n-부탄 이성질체화를 이온성 액체 촉매화된 알킬화와 통합시킴으로써, 상당히 단순화되고 비용이 덜 소요되고 더 효율적인 알킬화 공정이 제공된다.
이온성 액체 촉매화된 알킬화를 위한 공급원료들 (feedstocks)
하나의 양태에서, 석유 정제시설, 가스에서 액체로의 전환 플랜트 (gas-to-liquid conversion plant), 석탄에서 액체로의 전환 플랜트 (coal-to-liquid conversion plant), 또는 나프타 크래커 (naphtha cracker), 중간 증류액 크래커 (middle distillate cracker), 또는 왁스 크래커 (wax cracker) 에서, 통합된 이온성 액체 촉매화된 알킬화 및 n-부탄 이성질체화 공정에 대한 공급원료들은 FCC 오프-가스 (off-gas), FCC 경질 나프타 (light naphtha), 코커 오프-가스 (coker off-gas), 코커 나프타 (coker naphtha), 하이드로크래커 나프타 등을 포함하는 다양한 탄화수소 스트림들을 포함할 수 있다.
올레핀 함유 스트림들의 예는, FCC 오프-가스, 코커 가스, 올레핀 복분해 (metathesis) 장치 오프-가스, 폴리올레핀 가솔린 장치 오프-가스, 메탄올에서 올레핀으로의 장치 오프-가스, FCC 경질 나프타, 코커 경질 나프타 (coker light naphtha), 피셔-트로프쉬 (Fischer-Tropsch) 장치 응축물, 및 크랙킹된 나프타 (cracked naphtha) 를 포함한다. 일부 올레핀 함유 스트림들은, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜텐, 및 최대 C10 올레핀으로부터 선택된 2개 이상의 올레핀을 함유할 수 있으며, 즉 통합된 이온성 액체 촉매화된 알킬화-이성질체화 공정 동안, 알킬화 반응기로의 공급물로서 사용된 올레핀 함유 스트림은 적어도 하나의 C2 - C10 올레핀을 포함할 수 있다. 이러한 올레핀 함유 스트림들은, 예를 들면, 미국 특허 제7,572,943호에 추가로 기재되어 있으며, 이의 기재 내용은 이의 전문이 본원에 참조로 포함되어 있다.
이소파라핀 함유 스트림들의 예는, FCC 나프타, 하이드로크래커 나프타 (hydrocracker naphtha), 코커 나프타, 피셔-트로프쉬 장치 응축물, 및 크랙킹된 나프타를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 이러한 스트림들은 적어도 하나의 C4 - C10 이소파라핀을 함유할 수 있다. 하나의 양태에서, 이러한 스트림들은 2개 이상의 이소파라핀들의 혼합물을 포함할 수 있다. 서브-양태 (sub-embodiment) 에서, 통합된 이온성 액체 촉매화된 알킬화-이성질체화 공정 동안에 알킬화 반응기로의 이소파라핀 공급물은, 예를 들면, 하이드로크래킹 장치로부터 수득될 수 있거나 구입할 수 있는 이소부탄을 포함할 수 있다.
하나의 양태에서, 이온성 액체 알킬화 반응기에 공급된 올레핀 및 이소파라핀은 이온성 액체 촉매화된 이소파라핀-올레핀 알킬화 반응에 참여할 수 있다. 또 다른 양태에서, 공급물(들) 중의 올레핀은, 탄화수소 전환 반응기 내 이온성 액체 촉매와 접촉되는 경우 올리고머화될 수 있다. 이온성 액체 촉매화된 올레핀 올리고머화는, 이온성 액체 촉매화된 올레핀-이소파라핀 알킬화와 동일하거나 유사한 조건 하에 일어날 수 있다. 이온성 액체 촉매화된 올레핀 올리고머화 및 올레핀-이소파라핀 알킬화는, 예를 들면, 흔히 미국 특허 제7,572,943호 및 제7,576,252호에 기술되어 있으며, 이들의 기재 내용은 이들의 전문이 본원에 참조로 포함되어 있다.
이온성 액체 촉매들
이온성 액체는 일반적으로 융점들이 100℃ 이하이고 종종 실온 이하인 유기 염이다. 이들은 각종 화학 반응, 용매 공정 및 전기화학에 적용될 수 있다. 석유 정제 시 알킬화 촉매로서의 클로로알루미네이트 이온성 액체들의 용도는, 예를 들어, 흔히 미국 특허 제7,531,707호, 제7,569,740호 및 제7,732,654호에 기재되어 있고, 이들 각각의 기재 내용은 이의 전문이 본원에 참조로 포함되어 있다.
대부분의 이온성 액체는 유기 양이온 및 무기 또는 유기 음이온으로부터 제조된다. 양이온은 암모늄, 포스포늄 및 설포늄을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 음이온은 BF4 -, PF6 -, Al2Cl7 - 및 Al2Br7 - 같은 할로알루미네이트, [(CF3SO2)2N]-,알킬 설페이트(RSO3 -) 및 카복실레이트(RCO2 -)를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 산촉매 작용을 위한 이온성 액체는, 암모늄 할라이드 및 AlCl3, TiCl4, SnCl4, 및 FeCl3 와 같은 루이스산 (Lewis acid) 들로부터 유도된 것들을 포함할 수 있다. 클로로알루미네이트 이온성 액체는, 아마도 산 촉매화된 반응들을 위해 가장 일반적으로 사용되는 이온성 액체 촉매 시스템들이다.
이온성 액체 촉매화된 알킬화 반응에서 촉매로서 사용하기 위한 예시적인 이온성 액체는, 다음 일반식 A 및 B 중의 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다:
Figure 112014029160872-pct00001
[상기 식 중, R 은 H, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 또는 헥실이고, R1 및 R2 각각은 H, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 또는 헥실이고, 여기서, R1 및 R2 는 동일하거나 상이할 수 있고, X 는 클로로알루미네이트이다.]
본 발명의 양태들에 따른 알킬화 공정에 사용될 수 있는 클로로알루미네이트 이온성 액체 촉매의 비-제한적 예는, 1-부틸-4-메틸-피리디늄 클로로알루메이트, 1-부틸-3-메틸-이미다졸륨 클로로알루메이트, 1-H-피리디늄 클로로알루메이트, N-부틸피리디늄 클로로알루메이트 및 이들의 혼합물을 포함하는 것들이다.
통합된 부탄 이성질체화 및 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정들
본 발명의 하나의 양태에 따르는, 통합된 이온성 액체 알킬화 및 n-부탄 이성질체화 공정은 이제 도 2 및 도 3을 참조로 하여 기술될 것이다. 도 2는 본 발명의 하나의 양태에 따르는, 통합된 이온성 액체 알킬화 및 n-부탄 이성질체화 공정을 위한 시스템 및 설계를 도식적으로 나타낸다. 도 3은 본 발명의 또 다른 양태에 따르는, 통합된 이온성 액체 알킬화 및 n-부탄 이성질체화 공정을 위한 시스템 및 설계를 도식적으로 나타낸다.
도 2를 참조하면, 이온성 액체 알킬화-이성질체화 시스템 (100) 은 이온성 액체 알킬화 장치 (200), 및 이온성 액체 알킬화 장치 (200) 와 통합된 n-부탄 이성질체화 장치 (300) 을 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 통합된 이온성 액체 알킬화-이성질체화 공정들은 이온성 액체 촉매 촉매화된 알킬화 및 Pt- 또는 Pd-알루미나 촉매화된 n-부탄 이성질체화를 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체 알킬화 및 부탄 이성질체화 공정은, 동일한 증류 장치를 둘 모두가 이용 (예를 들어, 공유) 할 수 있다.
도 2를 추가로 참조하면, 이온성 액체 알킬화 장치 (200) 는 이온성 액체 알킬화 반응기 (120), 이온성 액체/탄화수소 분리 장치 (130), 증류 장치 (140) 및 이온성 액체 촉매 재생 장치 (150) 를 포함할 수 있다. 이온성 액체 촉매화된 알킬화 동안, 이온성 액체 촉매 및 하나 이상의 탄화수소는 이온성 액체 알킬화 반응기 (120) 내로 도입될 수 있다.
하나의 양태에서, 이온성 액체 알킬화 반응기 (120) 에 공급된 탄화수소 스트림들은 적어도 하나의 올레핀 함유 스트림 및 적어도 하나의 이소파라핀 함유 스트림을 포함할 수 있다. 이러한 올레핀 함유- 및 이소파라핀 함유 스트림들은 공급 처리 장치 (110) (예를 들어, 도 3 참조) 에 의해 처리될 수 있으며, 이러한 스트림들은 공급물 처리 장치 (110) 로부터 이온성 액체 알킬화 반응기 (120) 로 공급할 수 있다. 통합된 이온성 액체 알킬화-이성질체화 공정에 적합할 수 있는 공급원료들 및 이온성 액체 촉매들은, 예를 들면, 위에서 기술한 바와 같다.
이온성 액체 촉매화된 알킬화는, 예를 들면, 이온성 액체 알킬화 조건 하에서, 이온성 액체 알킬화 반응기 (120) 에서 적어도 하나의 이소파라핀 및 적어도 하나의 올레핀을 이온성 액체 촉매와 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 이온성 액체 알킬화 반응기 (120) 는, 또한 본원에서 이온성 액체 알킬화 영역으로 언급될 수 있다. 본 발명의 양태들에 따르는 이온성 액체 알킬화에 대한 예시적인 반응 조건들은 하기에서 기술된 바와 같다.
부탄 이성질체화 장치(300)는 증류 장치 (140), 이성질체화 반응기 (310) 및 기체/액체 분리 장치 (320) 를 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 증류 장치 (140) 의 적어도 일부 (예를 들면, 하나 이상의 증류 컬럼) 는 이온성 액체 알킬화 장치 (200) 및 부탄 이성질체화 장치 (300) 둘 다에 공통일 수 있다. 이성질체화 반응기 (310) 는 또한 본원에서 이성질체화 영역으로 언급될 수 있다. 하나의 양태에서, 시스템 (100) 을 이용하는 n-부탄 이성질체화는, 부탄 이성질체화 조건 하에 이성질체화 반응기 (310) 에서 n-부탄 함유 분획을 이성질체화 촉매와 접촉시키는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 n-부탄 함유 분획 중의 n-부탄의 적어도 일부를 이성질체화하여 이소부탄을 제공할 수 있다.
하나의 양태에서, 이온성 액체 알킬화 조건들은 클로라이드의 존재를 포함할 수 있다. 비-제한적 예로서, 무수 HCl과 같은 공-촉매 (co-catalyst), 및/또는 알킬 클로라이드와 같은 촉매 촉진제 (catalyst promoter) 는 이온성 액체 알킬화 반응기 (120) 에 공급될 수 있다. 이러한 공-촉매 및/또는 촉매 촉진제는 외부 공급원으로부터 이온성 액체 알킬화 반응기 (120) 로 공급되거나 첨가됨으로써, 공정에 의한 클로라이드의 손실을 보상할 수 있다. "외부 공급원" 은, 통합된 이온성 액체 알킬화-부탄 이성질체화 공정으로부터 유래되거나 당해 공정 내에서 재순환되는 스트림 이외의 공급원을 의미한다.
n-부탄 이성질체화를 위한 조건들은 또한 클로라이드의 존재를 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체 알킬화 영역에 첨가된 클로라이드는, 예를 들어 증류 장치 (140) 를 통해, 이온성 액체 알킬화 영역으로부터 이성질체화 영역으로 통과하거나 공급되어, n-부탄 이성질체화를 위해 사용되는 클로라이드를 제공할 수 있다. 하나의 양태에서, 이성질체화 영역에 존재하는 클로라이드는 이온성 액체 알킬화 영역에 첨가된 클로라이드로 필수적으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 양태들에 따르는 통합된 이온성 액체 알킬화-이성질체화 공정 동안, 이온성 액체 알킬화 반응기 (120) 의 알킬화 반응기 유출물은, 알킬화 반응기 유출물로부터 알킬화 탄화수소 상을 분리하기 위해, 이온성 액체/탄화수소 분리 장치 (130) 로 공급될 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체 상은 또한, 이온성 액체 알킬화 반응기 (120) 로 재순환시시키기 위해 알킬화 반응기 유출물로부터 분리될 수 있다.
통합된 이온성 액체 알킬화-이성질체화 공정들은 적어도 하나의 탄화수소 스트림을 증류 장치 (140) 로 공급하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 증류 장치 (140) 로 공급된 상기 적어도 하나의 탄화수소 스트림은, 본원에서 내부 탄화수소 공급물 (예를 들어, 도 2 참조) 로서 언급될 수 있다. 상기 내부 탄화수소 공급물은 통합된 이온성 액체 알킬화-이성질체화 공정 내로부터 유도된 탄화수소 스트림들의 혼합물을 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 상기 내부 탄화수소 공급물은 이온성 액체/탄화수소 분리 장치 (130) 로부터의 알킬화 탄화수소 상의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 내부 탄화수소 공급물은, 예를 들면 증류 장치 (140) 를 통해 분류되어, n-부탄 함유 분획, C3 분획, 및 적어도 하나의 알킬레이트 생성물을 제공할 수 있다.
n-부탄 함유 분획은 증류 장치 (140) 로부터 이성질체화 반응기 (310) 로 공급될 수 있다. 통합된 이온성 액체 알킬화-이성질체화 공정은, n-부탄 함유 분획 중의 n-부탄을 이성질체화하여 이소부탄을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 n-부탄 이성질체화는, n-부탄을 이소부탄으로 이성질체화하기에 적합한 조건 하에 이성질체화 반응기 (310) 에서, n-부탄 함유 분획을 이성질체화 촉매와 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 조건은 본원에서 부탄 이성질체화 조건으로서 언급될 수 있다. 통합된 이온성 액체 알킬화-이성질체화 공정의 양태들에 사용하기 위한 이성질체화 촉매는, 예를 들면, Pt-알루미나 촉매, Pd-알루미나 촉매 또는 Pt/Pd-알루미나 촉매, 또는 이들의 조합물들을 포함할 수 있다. 이러한 신규한 금속 촉매들은 전형적으로 무수 클로라이드로 처리되어, 예를 들어 이들의 촉매 활성을 증진시킬 수 있다.
이성질체화 반응기 (310) 의 이성질체화 반응기 유출물은, 예를 들면, 기체/액체 분리 장치 (320) 에 의해 분리되어, 기체 상 및 이성질체화 탄화수소 스트림을 제공할 수 있다. 기체 상 또는 기체상 분획은 수소 분자 및 HCl 을 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 수소 분자 및 HCl 은 기체/액체 분리 장치 (320) 로부터 이성질체화 반응기 (310) 로 재순환될 수 있다.
하나의 양태에서, 이성질체화 탄화수소 스트림은, 알킬화 탄화수소 상과 함께 증류 장치 (140) 로 공급되어, 증류 장치 (140) 에 대한 내부 탄화수소 공급물을 형성할 수 있다. 예를 들면, 증류 장치 (140) 로 공급되는 내부 탄화수소 공급물은, 알킬화 탄화수소 상 및 이성질체화 탄화수소 스트림을 포함할 수 있다. 이성질체화 탄화수소 스트림은 이소부탄, 소량의 C5+ 탄화수소들, 및 반응되지 않은 n-부탄을 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 이성질체화 탄화수소 스트림은 주로 이소부탄을 포함할 수 있다.
내부 탄화수소 공급물은 증류 장치 (140) 를 통해 분류되어 이소부탄 함유 분획을 추가로 제공할 수 있으며, 상기 이소부탄 함유 분획은 증류 장치 (140) 로부터 이온성 액체 알킬화 반응기 (120) 로 재순환되어, 이온성 액체 촉매화된 이소파라핀-올레핀 알킬화 반응들에 참여하기 위한 추가의 이소부탄 반응물을 제공할 수 있다.
이온성 액체 알킬화 반응기 유출물의 알킬화 탄화수소 상은 알킬레이트를 포함할 수 있다. 알킬화 탄화수소 상은, 예를 들면, 내부 탄화수소 공급물의 성분으로서 증류 장치 (140) 에 공급될 수 있다(예를 들어, 도 2 참조). 알킬화 탄화수소 상은 증류 장치 (140) 를 통해 분류되어 적어도 하나의 알킬레이트 생성물을 제공할 수 있다. 상기 적어도 하나의 알킬레이트 생성물은, 예를 들면, 알킬레이트 가솔린, 디젤 연료, 제트 연료, 기유 (base oil), 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
HCl 함유 분획은, 이온성 액체 알킬화 반응기 (120) 및/또는 이성질체화 반응기 (310) 로 재순환시키기 위해, 예를 들면, 증류 장치 (140) 를 통해, 내부 탄화수소 공급물로부터 분리되거나 회수될 수 있다. 하나의 양태에서, HCl 함유 분획의 적어도 일부를 이온성 액체 알킬화 반응기 (120) 및 이성질체화 반응기 (310) 중의 적어도 하나로 재순환될 수 있다. 또 다른 양태에서, HCl함유 분획의 제 1 부분은 이온성 액체 알킬화 반응기 (120) 로 재순환될 수 있으며, HCl 함유 분획의 제 2 부분은 이성질체화 반응기 (310) 로 재순환될 수 있다. 하나의 양태에서, HCl 함유 분획은 HCl 이 풍부한 C3- 분획을 포함할 수 있다.
증류 장치 (140) 는 다수의 증류 컬럼들을 포함할 수 있다. 비-제한적인 예로서, 도 3의 양태애서, 증류 장치는 이소부탄 제거기 (deisobutanizer) (142) 및 프로판 제거기 (144) 를 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체 알킬화 반응기 (120) 로부터의 알킬화 탄화수소 상 및 기체/액체 분리 장치 (320) 로부터의 이성질체화 탄화수소 스트림을 포함하는 내부 탄화수소 공급물은, 이소부탄 제거기 (142) 로 공급될 수 있다. (기체/액체 분리 장치 (320) 및 이성질체화 반응기 (310) (예를 들어, 도 2 참조) 는 명확성을 위해 도 3에 나타내지 않는다.)
도 3을 추가로 참조하면, 내부 탄화수소 공급물은 이소부탄 제거기 (142) 를 통해 분류하여 n-부탄 함유 분획 및 C4- 분획을 제공할 수 있다. n-부탄 함유 분획은 이소부탄 제거기 (142) 로부터 이성질체화 영역 또는 반응기 (310) 로 공급될 수 있으며, 이성질체화 반응기 (310) 의 이성질체화 반응기 유출물은, 예를 들면, 기체/액체 분리 장치 (320) 에 의해 분리되어, 실질적으로 위에서 기술한 바와 같이 이성질체화 탄화수소 스트림을 제공할 수 있다.
이소부탄 제거기 (142) 로부터의 C4- 분획은 프로판 제거기(144)로 공급될 수 있다.
C4- 분획은 프로판 제거기 (144) 를 통해 분류되어, 이소부탄 함유 분획, 프로판 생성물, 및 HCl 함유 C3- 분획을 제공할 수 있다. HCl함유 분획의 적어도 일부는, 예를 들면, 실질적으로 위에서 기술한 바와 같이 이온성 액체 알킬화 반응기 (120) 로 재순환될 수 있다. HCl 함유 분획의 또 다른 부분은 이성질체화 반응기 (310) 로 보내져서 공정에서 손실된 클로라이드를 보상한다. 이소부탄 함유 분획은 프로판 제거기(144)로부터 이온성 액체 알킬화 반응기 (120) 로 재순환될 수 있다.
하나의 양태에서, 이소부탄 함유 분획은 10 ppm 내지 10,000 ppm 범위의 농도의 클로라이드를 포함할 수 있다. 이러한 클로라이드 수준은, 일반적으로 이온성 액체 촉매화된 알킬화 반응을 수행하기 위한 이온성 액체 알킬화 반응기 (120) 로의 공급물을 에게 적합하거나 허용될 수 있다. 따라서, 이소부탄 함유 분획은, 클로라이드 제거 단계의 부재에서, 프로판 제거기 (144) 로부터 이온성 액체 알킬화 영역으로 재순환될 수 있다.
대안적 구성들 (나타내지 않음) 에 있어서, 증류 장치 (140) 는 도 3 에 나타낸 것과 다르게 구성된 증류 컬럼들을 포함할 수 있다. 증류 컬럼 구성들은, 예를 들면, 요구되는 생성물 부피 또는 존재하는 정제 장치 증류 용량에 따라 변할 수 있다.
하나의 양태에서, 이온성 액체 알킬화 반응기 (120) 내로 도입되는 이온성 액체 및 탄화수소는 이온성 액체/탄화수소 혼합물을 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체 촉매는, 상기한 일반식 A 및 B 의 화합물과 같은 클로로알루미네이트 이온성 액체를 포함할 수 있다. 이온성 액체 알킬화 반응기 (120) 로 공급된 탄화수소 스트림(들)은 공급물 처리 장치 (110) 를 통해 처리될 수 있다. 하나의 양태애서, 처리된 탄화수소 스트림은 적어도 하나의 C4 - C10 이소파라핀 및 적어도 하나의 C2 - C10 올레핀을 포함할 수 있다. 공급물 처리 장치 (110) 를 통한 탄화수소 스트림(들)의 처리는, 올레핀 공급물 중의 올레핀의 하이드로이성질체화 (hydroisomerization) 뿐만 아니라, 공급물 건조, 및 디엔 (dienes), 질소 및 황의 제거를 포함할 수 있다.
하나의 양태에서, 이온성 액체 상의 적어도 일부는 이온성 액체/탄화수소 분리 장치 (130) 로부터 이온성 액체 알킬화 반응기(120)로 재순환될 수 있다. 시스템 (100) 의 연속된 작동에 따라, 이온성 액체 촉매는 적어도 부분적으로 불활성화 (deactivated) 될 수 있다. 이온성 액체의 촉매 활성을 유지시키기 위하여, 이온성 액체/탄화수소 분리 장치 (130) 로부터의 이온성 액체 상의 적어도 일부를, 이온성 액체 촉매를 재생시키기 위한 이온성 액체 촉매 재생 장치 (150) 에 공급할 수 있다. 이후에, 재생된 이온성 액체 촉매는 이온성 액체 알킬화 반응기(120)에 재순환될 수 있다. 이온성 액체 촉매들의 재생은, 예를 들면, 흔히 미국 특허 제7,674,739호, 제7,955,999호 및 제7,956,002호에 기재되어 있으며, 이들 각각의 기재 내용은 이의 전문이 본원에 참조로 포함된다.
통합된 이온성 액체 알킬화-부탄 이성질체화 공정들을 위한 반응 조건들
이온성 액체 알킬화 반응 온도는 일반적으로 약 -40℃ 내지 +250℃ (-40℉ 내지 +482℉), 전형적으로 약 -20℃ 내지 +100℃ (-4℉ 내지 +212℉) 의 범위일 수 있으며, 흔히 약 +4℃ 내지 +60℃ (+40℉ 내지 +140℉)의 범위일 수 있다. 이온성 액체 알킬화 반응기 압력은 대기압 내지 약 8000 kPa의 범위일 수 있다. 전형적으로, 이온성 액체 알킬화 반응기 압력은 반응물들을 액체 상으로 유지시키기에 충분하다.
이온성 액체 알킬화 반응기 내 반응물들의 체류 시간은, 일반적으로 수초 내지 수시간, 및 일반적으로 약 0.5분 내지 60분의 범위일 수 있다. 이온성 액체 알킬화 반응기 내로 도입된 탄화수소 스트림은, 일반적으로 약 1 내지 100, 보다 전형적으로 약 2 내지 50, 및 흔히 약 2 내지 20의 범위인 이소파라핀:올레핀 몰비 (molar ratio) 를 가질 수 있다.
이온성 액체 알킬화 반응기 내 이온성 액체 촉매의 부피는, 일반적으로 약 1 내지 70 부피%(vol%), 및 보통 약 4 내지 50 부피% 의 범위일 수 있다. 이온성 액체 알킬화 반응기 조건들을 조정함으로써, 특정 공정 또는 표적화된 생성물(들)을 위한 공정 수행을 최적화할 수 있다.
n-부탄 이성질체화를 위한 반응 조건들은 약 50℃ 내지 200℃ (122℉ 내지 392℉)의 범위의 온도, 대기압 내지 약 16,000 kPa의 범위의 압력, 이성질체화 촉매의 부피당 n-부탄 공급물의 LHSV 가 1 내지 약 10 hr-1 범위, 및 수소 대 n-부탄 공급물 몰비가 10 내지 약 1 ,000 범위일 수 있다.
본 발명에서 다수의 변화들이 본원에 기재된 교시의 측면에서 가능하다. 따라서, 하기의 특허청구범위의 영역 내에서, 본 발명은 본원에 구체적으로 기술되거나 예시된 것과 다르게 실시될 수 있음이 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 하기 단계를 포함하는, 통합된 (integrated) 이온성 액체 알킬화 (ionic liquid alkylation) 및 n-부탄 이성질체화 (isomerization) 공정:
    a) 이온성 액체 알킬화 조건 하에 이온성 액체 알킬화 영역에서, 적어도 하나의 이소파라핀 (isoparaffin) 및 적어도 하나의 올레핀 (olefin) 을 이온성 액체 촉매와 접촉시키는 단계;
    b) 상기 이온성 액체 알킬화 영역의 알킬화 반응기 유출물로부터 알킬화 탄화수소 상 (alkylation hydrocarbon phase) 을 분리시키는 단계;
    c) 증류 장치 (distillation unit) 를 통해, 내부 탄화수소 공급물 (internal hydrocarbon feed) 을 분류하여 (fractionating), n-부탄 함유 분획 (n-butane containing fraction) 을 제공하는 단계로서, 상기 내부 탄화수소 공급물은 알킬화 탄화수소 상을 포함하는 단계;
    d) 이성질체화 영역에서 부탄 이성질체화 조건 하에, n-부탄 함유 분획을 이성질체화 촉매와 접촉시켜 이성질체화 반응기 유출물을 제공하는 단계;
    e) 기체/액체 분리 장치를 통해, 상기 이성질체화 반응기 유출물을 분리하여 이성질체화 탄화수소 스트림 및 수소 분자와 HCl 을 포함하는 기체상 분획을 제공하는 단계; 및
    f) 상기 기체상 분획의 수소 분자 및 HCl을, 기체/액체 분리 장치에서 이성질체화 영역으로 재순환시키는 단계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 탄화수소 공급물은 추가로 이성질체화 탄화수소 스트림을 포함하고,
    상기 이성질체화 탄화수소 스트림은 이소부탄, C5+ 탄화수소, 및 n-부탄을 포함하는 공정.
  3. 제 1 항에 있어서, 하기 단계를 추가로 포함하는 공정:
    g) 상기 증류 장치를 통해, 상기 내부 탄화수소 공급물을 분류하여 이소부탄 함유 분획을 추가로 제공하는 단계; 및
    h) 상기 이소부탄 함유 분획을 이온성 액체 알킬화 영역으로 재순환시키는 단계.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 증류 장치는 이소부탄 제거기 (deisobutanizer) 를 포함하고,
    단계 c)는 상기 이소부탄 제거기를 통해, 상기 내부 탄화수소 공급물을 분류하여 n-부탄 함유 분획 및 C4- 분획을 제공하는 단계를 포함하는 공정.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 증류 장치는 프로판 제거기 (depropanizer) 를 추가로 포함하고,
    또한, 상기 공정은 하기 단계를 추가로 포함하는 공정:
    i) 상기 프로판 제거기를 통해, C4- 분획을 분류하여 이소부탄 함유 분획을 제공하는 단계.
  6. 제 2 항에 있어서, 하기 단계를 추가로 포함하는 공정:
    j) 상기 내부 탄화수소 공급물로부터 HCl 함유 분획을 분리하는 단계; 및
    k) 상기 HCl 함유 분획의 적어도 일부를 이온성 액체 알킬화 영역으로 재순환시키는 단계.
  7. 제 2 항에 있어서, 하기 단계를 추가로 포함하는 공정:
    l) 상기 내부 탄화수소 공급물로부터 HCl 함유 분획을 분리하는 단계; 및
    m) 상기 HCl 함유 분획의 적어도 일부를 이성질체화 영역으로 재순환시키는 단계.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 이소파라핀은 적어도 하나의 C4 - C10 이소파라핀을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 올레핀은 적어도 하나의 C2 - C10 올레핀을 포함하고,
    상기 이온성 액체 알킬화 조건이, -20℃ 내지 100℃ 범위의 반응 온도, 대기압 내지 8000 kPa 범위의 반응기 압력, 및 2:1 내지 50:1 범위의 이소파라핀:올레핀 몰비를 포함하는 공정.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온성 액체 촉매는 하기 일반식 A 및 B 중 적어도 하나의 화합물을 포함하는 공정:
    Figure 112014029160872-pct00002

    [상기 식 중, R은 H, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 또는 헥실이고; R1 및 R2 각각은 H, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 또는 헥실이고, 상기 R1 및 R2 는 동일하거나 상이할 수 있으며; X는 클로로알루미네이트이다.]
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 알킬화 탄화수소 상은 적어도 하나의 알킬레이트 (alkylate) 생성물을 포함하고,
    또한, 상기 공정은 하기 단계를 추가로 포함하는 공정:
    n) 알킬레이트 가솔린, 디젤 연료, 제트 연료, 기유 (base oil) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된, 상기 적어도 하나의 알킬레이트 생성물을 상기 증류 장치를 통해 분리시키는 단계.
  11. 하기 단계를 포함하는, 통합된 이온성 액체 알킬화-부탄 이성질체화 공정:
    a) 이온성 액체 알킬화 조건 하에 이온성 액체 알킬화 영역에서, 적어도 하나의 이소파라핀 및 적어도 하나의 올레핀을 이온성 액체 촉매와 접촉시키는 단계;
    b) 상기 이온성 액체 알킬화 영역의 알킬화 반응기 유출물로부터 알킬화 탄화수소 상 (phase) 을 분리시키는 단계;
    c) 증류 장치를 통해, 내부 탄화수소 공급물을 분류하여, n-부탄 함유 분획을 제공하는 단계로서, 상기 내부 탄화수소 공급물은 알킬화 탄화수소 상을 포함하는 단계;
    d) 부탄 이성질체화 조건 하에 이성질체화 영역에서, 상기 n-부탄 함유 분획을 이성질체화 촉매와 접촉시키는 단계;
    e) 기체/액체 분리 장치를 통해, 상기 이성질체화 영역의 이성질체화 반응기 유출물을 분리하여 이성질체화 탄화수소 스트림 및 수소 분자와 HCl 을 포함하는 기체상 분획을 제공하는 단계로서, 상기 이성질체화 탄화수소 스트림은 이소부탄을 포함하고, 상기 내부 탄화수소 공급물은 이성질체화 탄화수소 스트림을 추가로 포함하는 단계;
    f) 상기 기체상 분획의 수소 분자 및 HCl을, 기체/액체 분리 장치에서 이성질체화 영역으로 재순환시키는 단계;
    g) 상기 증류 장치를 통해, 상기 내부 탄화수소 공급물을 분류하여 이소부탄 함유 분획을 추가로 제공하는 단계; 및
    h) 상기 이소부탄 함유 분획을 이온성 액체 알킬화 영역으로 재순환시키는 단계.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 증류 장치는 이소부탄 제거기 및 프로판 제거기를 포함하고,
    단계 c)는, 상기 이소부탄 제거기를 통해, 상기 내부 탄화수소 공급물을 분류하여 n-부탄 함유 분획을 제공하는 단계를 포함하고,
    단계 g)는 하기 단계를 포함하는 공정:
    i) 상기 이소부탄 제거기를 통해, 상기 내부 탄화수소 공급물을 분류하여 C4- 분획을 제공하는 단계; 및
    j) 상기 프로판 제거기를 통해, 상기 C4- 분획을 분류하여 이소부탄 함유 분획을 제공하는 단계.
  13. 제 12 항에 있어서, 하기 단계를 추가로 포함하는 공정:
    k) 상기 프로판 제거기를 통해, 상기 C4- 분획으로부터 HCl 함유 분획을 분리하는 단계; 및
    l) 상기 HCl 함유 분획을, 프로판 제거기로부터, 이온성 액체 알킬화 영역 및 이성질체화 영역 중 적어도 하나에 재순환시키는 단계.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 부탄 이성질체화 조건은 클로라이드 (chloride) 의 존재를 포함하고,
    상기 클로라이드는 이온성 액체 알킬화 영역에 첨가되고,
    상기 클로라이드는 증류 장치를 통해 이온성 액체 알킬화 영역으로부터 이성질체화 영역으로 공급되는 공정.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 이성질체화 탄화수소 스트림은 이소부탄을 포함하는 공정.
  16. 제 1 항에 있어서, 하기 단계를 추가로 포함하는 공정:
    단계 a)의 전에, 공급물 처리 장치를 통해, 적어도 하나의 이소파라핀 및 적어도 하나의 올레핀을 건조시키는 단계.
  17. 하기 단계를 포함하는, 통합된 이온성 액체 알킬화 및 n-부탄 이성질체화 공정:
    a) 기체/액체 분리 장치를 통해, 이성질체화 영역 유출물을 분리하여 하기를 제공하는 단계:
    I) 수소 분자 및 HCl을 포함하는 기체상 분획, 및
    II) 이성질체화 탄화수소 스트림;
    b) 상기 기체상 분획을, 기체/액체 분리 장치로부터 이성질체화 영역으로 재순환시키는 단계;
    c) 이성질체화 탄화수소 스트림을 이온성 액체 알킬화 영역으로부터의 알킬화 탄화수소 상과 결합시켜, 내부 탄화수소 공급물을 제공하는 단계;
    d) 상기 내부 탄화수소 공급물을 증류 장치의 이소부탄 제거기로 공급하는 단계;
    e) 상기 이소부탄 제거기를 통해, 상기 내부 탄화수소 공급물을 분류하여 n-부탄 함유 분획 및 C4- 분획을 제공하는 단계;
    f) 상기 C4- 분획을, 상기 이소부탄 제거기로부터 증류 장치의 프로판 제거기로 공급하는 단계;
    g) 상기 프로판 제거기를 통해, 상기 C4- 분획을 분류하여 이소부탄 함유 분획을 제공하는 단계; 및
    h) 상기 이소부탄 함유 분획을, 상기 프로판 제거기로부터 상기 이온성 액체 알킬화 영역으로 공급하는 단계.
  18. 제 17 항에 있어서, 하기 단계를 추가로 포함하는 공정:
    i) 상기 n-부탄 함유 분획을, 이소부탄 제거기로부터 이성질체화 영역으로 공급하는 단계; 및
    j) 상기 이성질체화 영역에서 부탄 이성질체화 조건 하에, n-부탄 함유 분획을 이성질체화 촉매와 접촉시켜 이성질체화 영역 유출물을 제공하는 단계.
  19. 제 17 항에 있어서, 하기 단계를 추가로 포함하는 공정:
    k) 이온성 액체 알킬화 영역에서 이온성 액체 알킬화 조건 하에, 적어도 하나의 이소파라핀 및 적어도 하나의 올레핀을 이온성 액체 촉매와 접촉시켜, 이온성 액체 알킬화 영역 유출물을 제공하는 단계; 및
    l) 이온성 액체/탄화수소 분리 장치를 통해, 이온성 액체 알킬화 영역 유출물을 분리하여, 알킬화 탄화수소 상 및 이온성 액체 상을 제공하는 단계.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 알킬화 탄화수소 상은 적어도 하나의 알킬레이트 생성물을 포함하고,
    또한, 상기 공정은 하기 단계를 추가로 포함하는 공정:
    m) 상기 이소부탄 제거기를 통해, 상기 알킬화 탄화수소 상을 분류하여 적어도 하나의 알킬레이트 생성물을 제공하는 단계.
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