KR20170026612A - 이온성 액체 촉매화된 알킬화를 위한 노즐 설계 - Google Patents

이온성 액체 촉매화된 알킬화를 위한 노즐 설계 Download PDF

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무아누딘 아흐마드
크리시니아흐 파리미
봉규 장
미셸 존 기르기스
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혜 경 조 팀켄
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셰브런 유.에스.에이.인크.
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Abstract

이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템들은 반응기 베슬, 반응기 베슬과 유체 왕래하는 혼합 디바이스, 및 반응기 베슬 및 혼합 디바이스와 유체 왕래하는 적어도 하나의 순환 루프를 포함한다. 혼합 디바이스는 상부 벤투리, 적어도 하나의 공급물 주입 구성요소, 및 하부 벤투리를 포함할 수 있다. 그러한 시스템들은 이온성 액체 촉매화된 알킬화 반응들에 사용될 수 있다. 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 프로세스들이 또한 개시된다.

Description

이온성 액체 촉매화된 알킬화를 위한 노즐 설계{NOZZLE DESIGN FOR IONIC LIQUID CATALYZED ALKYLATION}
본 개시는 이온성 액체 촉매화된 알킬화를 위한 장치, 시스템들 및 프로세스들에 관한 것이다.
이온성 액체 촉매화된 알킬화를 포함하는 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환 프로세스들에 대한 이온성 액체 촉매 및 탄화수소 공급물과 같은 2개 이상의 비혼성 액체의 유효한 혼합을 위한 장치 및 시스템들이 필요하다.
실시예에서, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템이 제공되고, 시스템은 상부를 갖는 반응기 베슬과, 반응기 베슬의 상부에 배치된 혼합 디바이스를 포함한다. 혼합 디바이스는 상부 벤투리 말단 단부에서 축방향 출구를 갖는 상부 벤투리를 포함하고, 상부 벤투리 말단 단부는 반응기 베슬 내에 배치된다. 혼합 디바이스는 반응기 베슬 내에 배치된 적어도 하나의 공급 주입 어레이를 더 포함하고, 각 공급 주입 어레이는 복수의 공급 주입 노즐들을 포함한다. 각 공급 주입 어레이는 상부 벤투리와 동축에 있다. 혼합 디바이스는 하부 벤투리 근접 단부에서 축방향 입구를 갖는 하부 벤투리를 여전히 더 포함하고, 하부 벤투리 근접 단부는 반응기 베슬 내에 배치되고, 하부 벤투리는 상부 벤투리와 동축에 있다. 혼합 디바이스는 제1 액체의 중앙 제트를 상부 벤투리 출구로부터 아래로 하부 벤투리로 투사하기 위해 구성되고, 각 공급 주입 어레이는 제2 액체의 복수의 측면 제트를 상부 벤투리의 축으로 투사하기 위해 구성된다.
다른 실시예에서, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템이 제공되고, 시스템은 상부를 갖는 반응기 베슬과, 반응기 베슬의 상부에 배치된 혼합 디바이스와, 반응기 베슬과 유체 왕래하는 순환 루프를 포함한다. 혼합 디바이스는 상부 벤투리 말단 단부에서 축방향 출구를 갖는 상부 벤투리를 포함한다. 상부 벤투리 말단 단부는 반응기 베슬 내에 배치된다. 혼합 디바이스는 제1 액체의 중앙 제트를 상부 벤투리 출구로부터 아래로 투사하기 위해 구성된다. 혼합 디바이스는 반응기 베슬 내에 배치된 적어도 하나의 공급 주입 어레이를 더 포함한다. 각 공급 주입 어레이는 복수의 공급 주입 노즐들을 포함한다. 각 공급 주입 어레이는 제2 액체의 복수의 측면 제트들을 상부 벤투리의 축쪽으로 투사하기 위해 구성된다. 혼합 디바이스는 하부 벤투리 근접 단부에서 축방향 입구를 갖는 하부 벤투리를 여전히 더 포함하고, 하부 벤투리는 상부 벤투리와 동축에 있다. 하부 벤투리 입구는 하부 벤투리와 상부 벤투리 사이에 벤투리간 채널을 제공하기 위해 상부 벤투리 출구로부터 방사상 바깥쪽으로 이격된다. 순환 루프는 반응기 베슬과 유체 왕래하는 열 교환기를 포함하고, 열 교환기는 반응기 베슬의 반응기 폐수를 냉각하기 위해 구성된다. 순환 루프는 냉각된 반응기 폐수를 혼합 디바이스에 전달하기 위해 혼합 디바이스와 유체왕래하고, 제1 액체는 냉각된 반응기 폐수를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템이 제공되고, 시스템은 상부와 베슬 출구를 갖는 반응기 베슬과; 반응기 베슬과 유체 왕래하는 혼합 디바이스로서, 혼합 디바이스는 반응기 베슬의 상부에 배치되는, 혼합 디바이스와; 베슬 출구와 유체 왕래하는 순환 루프를 포함한다. 시스템은 반응기 베슬로부터의 반응기 폐수를 베슬 출구를 통해 순환 루프로 후퇴시키기 위해 구성된다. 순환 루프는 후퇴된 반응기 폐수를 냉각하기 위해 구성된 열 교환기를 포함한다. 순환 루프는 외부 재순환 스트림을 반응기 베슬에 제공하기 위해 후퇴된 반응기 폐수의 적어도 일부분을 혼합 디바이스로 재순환하기 위해 구성되고, 외부 재순환 스트림은 후퇴된 반응기 폐수를 포함한다. 혼합 디바이스는 상부 벤투리 근접 단부에서의 축방향 상부 벤투리 입구와 상부 벤투리 말단 단부에서의 축방향 상부 벤투리 출구를 갖는 상부 벤투리를 포함한다. 상부 벤투리는 상부 벤투리 입구에서 외부 재순환 스트림을 수용하기 위해 순환 루프와 유체 왕래한다. 상부 벤투리는 외부 재순환 스트림의 중앙 제트를 상부 벤투리 출구로부터 축방향으로 아래로 투사하기 위해 구성되고, 상부 벤투리 출구는 반응기 베슬 내에 배치된다. 혼합 디바이스는 적어도 하나의 공급 주입 어레이를 더 포함한다. 각 공급 주입 어레이는 복수의 공급 주입 노즐들을 포함하고, 각 공급 주입 노즐의 축은 상부 벤투리의 축을 양분한다. 각 공급 주입 어레이는 탄화수소 공급물의 복수의 측면 제트들을 외부 재순환 스트림의 중앙 제트쪽으로 동시에 투사하기 위해 구성된다. 혼합 디바이스는 공급 주입 어레이 및 상부 벤투리와 동축으로 배치된 하부 벤투리를 여전히 더 포함하고, 하부 벤투리는 하부 벤투리 근접 단부에서 축방향 하부 벤투리 입구를 갖는다. 하부 벤투리 입구는 상부 벤투리 말단 단부와 하부 벤투리 근접 단부 사이에 벤투리간 채널을 한정하기 위해 상부 벤투리 출구로부터 방사상 바깥쪽으로 이격된다.
또 다른 실시예에서, 상부를 갖는 반응기 베슬과, 반응기 베슬의 상부에 배치된 혼합 디바이스를 포함하는 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템이 제공된다. 혼합 디바이스는 상부 벤투리 말단 단부에서 축방향 출구를 갖는 상부 벤투리로서, 상부 벤투리 말단 단부는 반응기 베슬 내에 배치되는, 상부 벤투리와; 반응기 베슬 내에 배치된 공급물 주입 고리로서, 공급물 주입 고리는 적어도 하나의 공급 주입 포트를 갖는, 공급물 주입 고리와; 하부 벤투리 근접 단부에서 축방향 입구를 갖는 하부 벤투리로서, 하부 벤투리 근접 단부는 반응기 베슬 내에 배치되는, 하부 벤투리를 포함한다. 하부 벤투리는 상부 벤투리와 동축에 있다. 혼합 디바이스는 제1 액체의 중앙 제트를 상부 벤투리 출구로부터 아래로 하부 벤투리로 투사하기 위해 구성된다. 공급물 주입 고리는 각 공급물 주입 포트로부터의 제2 액체를 상부 벤투리의 축쪽으로 투사하기 위해 구성된다.
또 다른 실시예에서, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 프로세스가 제공되고, 프로세스는 반응기 베슬로부터 반응기 폐수를 후퇴하는 단계로서, 반응기 폐수는 탄화수소 공급물로부터 반응되지 않은 탄화수소를 포함하는, 후퇴 단계; 외부 재순환 스트림을 제공하기 위해 이온성 액체 촉매를 반응기 폐수에 첨가하는 단계; 외부 재순환 스트림을 혼합 디바이스에 도입하는 단계로서, 혼합 디바이스는 반응기 베슬과 유체 왕래하고, 혼합 디바이스는 상부 벤투리 말단 단부에서 축방향 출구를 갖는 상부 벤투리, 및 하부 벤투리 근접 단부에서 축방향 입구를 갖는 하부 벤투리를 포함하는, 도입 단계; 외부 재순환 스트림의 중앙 제트를 상부 벤투리 출구로부터 아래로 하부 벤투리로 투사하는 단계; 및 중앙 제트의 투사와 동시에, 탄화수소 공급물이 중앙 제트와 충돌하도록 탄화수소 공급물을 중앙 제트쪽으로 투사하는 단계로서, 상부 벤투리 말단 단부 및 하부 벤투리 근접 단부는 반응기 베슬 내에 배치되고, 하부 벤투리는 상부 벤투리와 동축에 있는, 투사 단계를 포함한다.
이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템들 및 프로세스들의 추가 실시예들은 본 명세서에서 아래에 기재되고, 도면들에 도시된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "포함하는(comprising)" 및 "포함한다(comprises)"라는 용어들은 그러한 용어들에 따라 식별되는 지명된 요소들 또는 단계들을 의미하지만, 다른 지명되지 않은 요소들 또는 단계들을 배제할 필요는 없다.
도 1a 내지 도 1d 각각은 본 발명의 실시예들에 따라 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 측부에서 볼 때, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환 시스템을 위한 공급물 주입 어레이를 갖는 혼합 디바이스의 개략도.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따라 혼합 디바이스를 위한 상부 벤투리를 개략적으로 도시한 사시도.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따라 혼합 디바이스를 개략적으로 도시한 단면도.
도 3c는 본 발명의 다른 실시예에 따라 상부 벤투리를 개략적으로 도시한 단면도.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따라 혼합 디바이스를 위한 하부 벤투리를 개략적으로 도시한 사시도.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따라 상부 벤투리 출구와 관련하여 혼합 디바이스를 위한 하부 벤투리를 개략적으로 도시한 단면도.
도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따라 하부 벤투리를 개략적으로 도시한 단면도.
도 5a는 공급물 주입 어레이의 복수의 공급물 주입 노즐들 각각의 축과의 상부 벤투리의 축의 양분을 도시한 도면이고, 도 5b는 본 발명의 실시예에 따라 도 5a의 라인 5B-5B을 따라 볼 때, 각 공급물 주입 노즐들의 축과의 상부 벤투리의 축의 양분을 도시한 도면.
도 6a는 혼합 디바이스의 상부 벤투리 및 하부 벤투리에 관련하여 벤투리간 채널을 도시한 단면도이고, 도 6b는 본 발명의 실시예에 따라 도 6a의 라인 6B-6B을 따라 볼 때, 상부 벤투리 출구와 하부 벤투리 입구와 관련하여 벤투리간 채널을 도시한 도면.
도 7a는 혼합 디바이스를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 7b는 본 발명의 실시예에 따라 도 7a의 라인 7B-7B을 따라 볼 때, 혼합 디바이스의 공급물 주입 어레이를 도시한 도면.
도 8a는 혼합 디바이스의 부분을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 8b는 본 발명의 실시예에 따라 도 8a의 라인 8B-8B을 따라 볼 때, 혼합 디바이스의 공급물 주입 어레이를 도시한 도면.
도 9a는 혼합 디바이스의 부분의 개략도이고, 도 9b는 본 발명의 실시예에 따라 도 9a의 라인 9B-9B을 따라 볼 때, 혼합 디바이스의 공급물 주입 어레이를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 하부 벤투리의 수축점과 동일한 고도에서 또는 동일한 고도 주위에 공급물 주입 어레이를 갖는 혼합 디바이스를 위한 하부 벤투리를 개략적으로 도시한 단면도.
도 11a는 공급물 주입 노즐의 단자 부분의 사시도이고, 도 11b는 본 발명의 실시예에 따라 도 11a의 라인 11B-11B을 따라 볼 때, 공급물 주입 노즐의 노즐 출구를 도시한 도면.
도 12a는 본 발명의 실시예에 따라 측부에서 볼 때, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환 시스템을 위한 공급물 주입 고리를 갖는 혼합 디바이스의 개략도.
도 12b는 공급물 주입 고리를 갖는 혼합 디바이스의 부분의 개략도이고, 도 12c는 도 12b의 라인 12C-12C을 따라 볼 때 공급물 주입 고리를 도시한 도면이고, 도 12d 내지 도 12g 각각은 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 도 12c의 라인 12D-G-12D-G를 따라 단면도로 볼 때 공급물 주입 고리를 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따라 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템 및 프로세스의 개략도.
이온성 액체 촉매들은 예를 들어 가솔린 배합 성분들 등을 포함하는 알킬레이트를 생산하기 위한 알킬화 반응들을 포함하는, 광범위한 탄화수소 전환 반응들에 유용할 수 있다. 본 개시에 따른 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템들은 반응기 베슬, 반응기 베슬마다의 적어도 하나의 혼합 디바이스, 및 반응기 베슬마다의 적어도 하나의 순환 루프를 포함할 수 있다. 각 순환 루프는 반응기 베슬 및 적어도 하나의 혼합 디바이스와 유체 왕래할 수 있다. 각 혼합 디바이스는 상부 벤투리, 적어도 하나의 공급물 주입 성분, 및 하부 벤투리를 포함할 수 있다. 실시예에서, 적어도 하나의 공급물 주입 성분은 복수의 공급물 주입 노즐들을 포함하는 공급물 주입 어레이를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 공급물 주입 성분은 공급물 주입 고리를 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 혼합 디바이스들은 이온성 액체/탄화수소 혼합물에서 넓은 표면적의 이온성 액체 촉매 상을 생성하도록 이온성 액체 촉매와 탄화수소 반응제의 빠른 전체적인 혼합을 제공하여, 이를 통해 매우 효율적인 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환 프로세스들을 상업적 규모로 가능하게 한다.
이온성 액체 촉매화된 알킬화를 위한 시스템들
주로 이온성 액체 촉매화된 알킬화 반응들을 참조하여 본 명세서에 시스템들이 기재될 수 있더라도, 그러한 시스템들은 또한 다른 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환 반응들 및 다른 프로세스들에 더 일반적으로 적용가능할 수 있다.
실시예에서, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템은 반응기 베슬과, 반응기 베슬의 상부에 배치된 혼합 디바이스를 포함할 수 있다. 반응기 베슬의 상부는 또한 반응기 베슬 상부로서 본 명세서에 언급될 수 있다. 혼합 디바이스는 반응기 베슬 상부에 수직으로 배치될 수 있고, 혼합 디바이스는 반응기 베슬 상부로부터 반응기 베슬로 말단으로 연장할 수 있다. 혼합 디바이스는 또한 반응기 베슬 상부 위에 근접하여 연장할 수 있다.
실시예에서, 각 혼합 디바이스는 상부 벤투리, 복수의 공급물 주입 노즐들, 및 하부 벤투리를 포함할 수 있다. 실시예에서, 하부 벤투리는 상부 벤투리 아래에, 즉 일반적으로 상부 벤투리보다 낮은 고도에 배치될 수 있다. 실시예에서, 상부 벤투리 근접 단부는 반응기 베슬 상부 위에 배치될 수 있어서, 상부 벤투리 근접 단부는 반응기 베슬 외부에 배치되는 한편, 상부 벤투리 말단 단부 및 전체 하부 벤투리는 반응기 베슬 상부 아래에 그리고 반응기 베슬 내에 배치될 수 있다.
상부 벤투리는 상부 벤투리 근접 단부에서의 축방향 입구 및 상부 벤투리 말단 단부에서의 축방향 출구를 가질 수 있다. 상부 벤투리의 출구는 상부 벤투리 출구로서 본 명세서에 언급될 수 있다. 상부 벤투리 말단 단부는 반응기 베슬 내에 배치될 수 있다. 실시예에서, 상부 벤투리는 상부 벤투리 출구 위에 그리고 상부 벤투리 입구 아래의 고도에서 수축점을 가질 수 있다. 혼합 디바이스는 상부 벤투리 출구로부터 하향으로 하부 벤투리로 제1 액체의 중앙 제트를 하부 벤투리로 투사하기 위해 구성될 수 있다. 실시예에서, 중앙 제트는 벤투리 효과로 인해 하부 벤투리에서의 국부 하부 압력 영역을 형성하기 위해 상부 벤투리 출구로부터 고속으로 아래로 하부 벤투리로 투사될 수 있다. 이러한 하부 압력 영역은 액체를 공급물 주입 노즐들의 근처로부터 하부 벤투리로 유입할 수 있어서, 하부 벤투리에서의 액체 스트림들 중에서 급속한 혼합 및 대량 전달을 초래한다. 제1 액체의 중앙 제트는 상부 벤투리와 동축에 있을 수 있다.
실시예에서, 혼합 디바이스는 연장된 시간 기간에 걸쳐, 예를 들어 서비스 또는 유지 보수를 위한 반응기 또는 시스템의 셧-다운 동작들 사이에서, 연속되거나 중단되지 않은 것에 기초하여, 상부 벤투리로부터 중앙 제트를 투사하기 위해 구성될 수 있다. 실시예에서, 제1 액체(예를 들어, 중앙 제트)는 반응기 베슬의 외부 재순환 스트림을 포함할 수 있다. 실시예에서, 외부 재순환 스트림은 신선한 이온성 액체 촉매와 조합하여 반응기 베슬로부터의 반응기 폐수를 포함할 수 있고, 반응기 폐수는 탄화수소 공급물로부터의 반응되지 않은 탄화수소를 포함할 수 있다. 실시예에서, 중앙 제트는 본질적으로 또는 전체적으로 액체(들)로 구성될 수 있는데, 예를 들어, 제1 액체는 적어도 실질적으로 가스(들) 및 가스 상 물질들을 갖지 않을 수 있다.
혼합 디바이스의 복수의 공급물 주입 노즐들은 적어도 하나의 공급물 주입 어레이로 구성되거나 조립될 수 있어서, 각 공급물 주입 어레이는 복수의 공급물 주입 노즐들을 포함한다. 각 공급물 주입 어레이는 반응기 베슬 내에 배치될 수 있다. 각 공급물 주입 어레이는 제2 액체의 복수의 측면 제트들을 상부 벤투리의 축쪽으로 투사하기 위해 구성될 수 있다. 실시예에서, 각 공급물 주입 노즐은 측면 제트들 중 하나를 중앙 제트쪽으로 투사하기 위해 구성될 수 있다. 실시예에서, 각 공급물 주입 노즐은 측면 제트들 중 하나를 고속으로 투사하기 위해 구성될 수 있어서, 각 측면 제트는 제1 및 제2 액체 스트림들 사이의 최적의 혼합을 위해 혼합 디바이스 내에서 크게 교란하는 흐름을 생성하기 위해 충분한 모멘트를 갖는 중앙 제트 상에 충돌한다. 실시예에서, 각 혼합 디바이스는 연장된 시간 기간에 걸쳐, 예를 들어 서비스 또는 유지 보수를 위해 반응기 또는 시스템의 셧-다운 동작들 사이에서 연속적인 또는 중단되지 않은 것에 기초하여 측면 제트들을 투사하기 위해 구성될 수 있다. 실시예에서, 제2 액체는 탄화수소 공급물을 포함할 수 있고, 시스템은 이온성 액체 촉매화된 알킬화를 위해 구성될 수 있다.
실시예에서, 혼합 디바이스는, 복수의 공급물 주입 노즐들 각각의 축이 상부 벤투리의 축쪽으로 0도 내지 90도로부터의 범위에 있는 각도에 있도록 구성될 수 있다. 서브-실시예에서, 복수의 공급물 주입 노즐들 각각의 축은 각도(θ)에서 상부 벤투리의 축을 양분할 수 있고(예를 들어, 도 5a를 참조), θ는 0도보다 크고(> 0°) 90도보다 크지 않다 (≤ 90°). 다른 서브-실시예에서, 복수의 공급물 주입 노즐들 각각의 축은 20도 내지 90도, 또는 25도 내지 90도, 또는 30도 내지 90도 범위의 각도(θ)에서 상부 벤투리의 축을 양분할 수 있다.
추가 서브-실시예에서, 복수의 공급물 주입 노즐들 각각의 축은 80도 내지 90도의 범위에서, 또는 85도 내지 90도로, 또는 실질적으로 직각에서, 각도(θ)에서 상부 벤투리의 축을 양분할 수 있다. 실시예에서, 복수의 공급물 주입 노즐들 각각의 축은 상부 벤투리 출구(로의 말단) 아래의 고도에서 상부 벤투리의 축을 양분할 수 있다. 실시예에서, 주어진 공급물 주입의 복수의 공급물 주입 노즐들 각각의 축은 공통 양분에서 상부 벤투리의 축을 양분할 수 있다.
하부 벤투리는 하부 벤투리 근접 단부에서의 축방향 입구를 가질 수 있고, 하부 벤투리 근접 단부는 반응기 베슬 내에 배치된다. 하부 벤투리의 입구는 하부 벤투리 입구로서 본 명세서에 언급될 수 있다. 하부 벤투리는 복수의 공급물 주입 노즐들의 말단으로 연장할 수 있다. 실시예에서, 각 공급물 주입 어레이 및 하부 벤투리는 상부 벤투리와 동축으로 배치될 수 있다.
실시예에서, 주어진 공급물 주입 어레이의 복수의 공급물 주입 노즐들은 그 안에 대칭적으로 배치될 수 있다. 실시예에서, 공급물 주입 노즐들은 각 공급물 주입 어레이에 대칭적으로 배치될 수 있고, 공급물 주입 노즐들은 공급물 주입 어레이에서 균일하게 이격되거나 균일하지 않게 이격될 수 있다. 실시예에서, 공급물 주입 노즐들로부터의 측면 제트들의 제2 액체 선형 속도에 대한 상부 벤투리 출구로부터의 중앙 제트의 제1 액체 선형 속도의 비율은 0.1 내지 10, 또는 0.2 내지 5, 또는 0.8 내지 1.2의 범위에 있을 수 있다. 서브-실시예에서, 시스템은, 상부 벤투리 출구로부터의 중앙 제트의 제1 액체 선형 속도가 공급물 주입 노즐들로부터의 각 측면 제트의 제2 액체 선형 속도와 적어도 실질적으로 동일하도록 구성될 수 있다.
실시예에서, 각 공급물 주입 어레이는 여섯개(6) 내지 50개의 공급물 주입 노즐들, 또는 여덞개(8) 내지 40개의 공급물 주입 노즐들,또는 10개 내지 30개의 공급물 주입 노즐들을 포함할 수 있다. 실시예에서, 주어진 공급물 주입 어레이의 복수의 공급물 주입 노즐들은 고리 형으로, 예를 들어, 공급물 주입 어레이마다 공급물 주입 노즐들의 링의 형태로 배치될 수 있다. 실시예에서, 각 측면 제트는 각 공급물 주입 노즐의 축과 동축에 있을 수 있다. 실시예에서, 각 측면 제트의 축은 상부 벤투리 출구 아래의 고도에서 중앙 제트의 축을 양분할 수 있다. 실시예에서, 주어진 공급물 주입 어레이의 모든 측면 제트들의 축들은 공통 양분에서 중앙 제트의 축을 양분할 수 있다.
실시예에서, 공급물 주입 어레이는 하부 벤투리 입구와 동일한 고도 또는 동일한 고도 주위에 배치될 수 있다. 서브-실시예에서, 상부 벤투리 출구는 하부 벤투리 입구와 동일한 고도 또는 동일한 고도 주위에 있을 수 있다. 상부 벤투리 출구 또는 하부 벤투리 입구에, 또는 그 근처에 배치된 공급물 주입 어레이는 하부 벤투리 내의 제1 액체와 제2 액체 사이의 급속하거나 순간적인 혼합을 허용할 수 있다. "고도"라는 용어는, 요소, 구조, 특징 또는 구성요소가 예를 들어, 다른 요소, 구조, 특징, 또는 구성요소의 높이에 대해 배치되는 높이를 의미한다.
다른 실시예에서, 하부 벤투리는 수축점을 갖고, 공급물 주입 어레이는 하부 벤투리 수축점과 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 배치될 수 있다. 하부 벤투리 수축점은 하부 벤투리 입구 아래 그리고 하부 벤투리 출구 위에서의 고도에 있을 수 있다. 서브-실시예에서, 공급물 주입 어레이의 공급물 주입 노즐들은 하부 벤투리 내에 배치될 수 있다.
실시예에서, 주어진 혼합 디바이스의 적어도 하나의 공급물 주입 어레이는 단일 공급물 주입 어레이를 포함할 수 있고, 단일 공급물 주입 어레이는 혼합 디바이스의 제1 고도에 또는 혼합 디바이스의 제2 고도에 배치될 수 있다. 제1 고도는 하부 벤투리 입구와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 배치될 수 있고, 제2 고도는 하부 벤투리 수축점과 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 있을 수 있다.
다른 실시예에서, 주어진 혼합 디바이스의 적어도 하나의 공급물 주입 어레이는 혼합 디바이스의 제1 고도에 배치된 제1 공급물 주입 어레이와, 혼합 디바이스의 제2 고도에 배치된 제2 공급물 주입 어레이를 포함할 수 있고, 제1 고도는 하부 벤투리 입구와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 있을 수 있고, 제2 고도는 하부 벤투리 수축점과 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 있을 수 있다. 제1 고도 및 제2 고도 모두에 또는 그 근처에서의 액체 흐름은 크게 교란될 수 있다.
하부 벤투리에 대한 공급물 주입 어레이의 고도를 기재하는 정황에서, "동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에"라는 표현은, 공급물 주입 어레이가 아래에 정의된 바와 같이 하부 벤투리의 주어진 기준점 위 또는 아래의 최대 거리에 걸친 범위 내의 고도에 배치될 수 있다는 것을 의미한다. 하부 벤투리 입구와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 있는 제1 고도에 배치된 공급물 주입 어레이에 대해, 하부 벤투리 근접 단부는 기준점으로서 사용될 수 있고, 공급물 주입 어레이는 하부 벤투리 근접 단부 위 또는 아래에 (≤) 0.5EA1보다 크지 않은 거리에 걸친 범위 내의 고도에 배치될 수 있고, 거리 EA1는 상부 벤투리 출구의 직경 DUO의 20%와 동일하다 (EA1 = 0.2DUO). (예를 들어, 도 4b를 참조.) 하부 벤투리 수축점과 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 있는 제2 고도에 배치된 공급물 주입 어레이에 대해, 하부 벤투리 수축점은 기준점으로서 사용될 수 있고, 공급물 주입 어레이는 하부 벤투리 수축점 위 또는 아래에 (≤) 0.5EA2보다 크지 않은 거리에 걸친 범위 내의 고도에 배치될 수 있고, 거리 EA2는 하부 벤투리 수축점의 내부 직경, DLC의 20%와 동일하다 (EA2 = 0.2DLC). (예를 들어, 도 4b를 참조.) 당업자는, 거리 EA1 및 EA2가 상대 측정만을 위해 본 명세서에 사용되고, 이에 따라 임의의 단위들을 갖는다는 것을 인식할 것이다. 하부 벤투리에 대한 공급물 주입 어레이(들)에 대한 다른 고도들이 또한 가능하다. 실시예에서, 공급물 주입 어레이(들)의 고도가 선택될 수 있다: 1) 벤투리 효과로 인해 하부 벤투리 내에 형성된 하부 압력 영역에 의해 혼합 디바이스로 유입된 내부 재순환 스트림의 부피를 증가시키거나 최대화하기 위해, 및/또는 2) 하부 벤투리 내에서 유체 스트림들의 혼합 세기와 교란을 증가시키거나 최대화하기 위해.
실시예에서, 혼합 디바이스의 각 공급물 주입 노즐은 측면 제트들 중 하나를 상부 벤투리 축쪽으로 투사할 수 있다. 실시예에서, 각 공급물 주입 노즐들은 노즐 출구에서 종료할 수 있다(예를 들어, 도 11a 내지 도 11b를 참조). 실시예에서, 공급물 주입 어레이는 하부 벤투리 근접 단부와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 배치될 수 있고, 각 공급물 주입 노즐들은 상부 벤투리 출구의 주변(perimeter)과 동일한 방사상 장소에서 또는 동일한 방사상 장소 주위에서 종료할 수 있다. 상부 벤투리 출구의 주변에 대한 각 노즐 단자들의 방사상 장소를 기재하는 정황에서, "동일한 방사상 장소 또는 동일한 방사상 장소 주위에"라는 표현은, 각 공급물 주입 노즐의 단자들이 상부 벤투리 출구의 주변으로부터 방사상 안쪽으로 또는 방사상 바깥쪽으로 (≤) 0.2DUO 보다 크지 않은 방사상 거리 내에 배치될 수 있고, DUO 는 상부 벤투리 출구의 직경이라는 것을 의미한다. 상부 벤투리 출구의 주변에 대한 공급물 주입 노즐들에 대한 다른 방사상 장소들이 또한 가능하다. 실시예에서, 공급물 주입 노즐들의 방사상 장소는 공급물 주입 노즐들로부터의 액체 흐름과 상부 벤투리 출구로부터의 흐름 사이의 혼합 시간을 감소시키거나 최소화하도록 선택될 수 있다.
공급물 주입 어레이가 하부 벤투리 수축점과 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 배치될 수 있는 실시예에서, 각 공급물 주입 노즐의 단자들은 하부 벤투리 축 AL으로부터 방사상 바깥쪽으로 0.2 내지 0.5DLC의 범위에서, 또는 하부 벤투리 축 AL으로부터 방사상 바깥쪽으로 0.4DLC 내지 0.5DLC, 의 범위에서의 방사상 거리에 배치될 수 있고; DLC 는 하부 벤투리 수축점의 내부 직경이다.
실시예에서, 하부 벤투리는 하부 벤투리 근접 단부에서의 축방향 입구를 가질 수 있어서, 하부 벤투리 입구는 하부 벤투리 근접 단부와 동일한 고도에 있다. 이러한 정황에서, "축방향 입구"라는 용어는, 하부 벤투리 입구가 하부 벤투리의 축과 동일 선상에 있거나, 이와 동일한 공간을 점유한다는 것을 의미한다. 유사하게, 실시예에서, 상부 벤투리는 상부 벤투리 말단 단부에서의 축방향 출구를 가질 수 있어서, 상부 벤투리 출구는 상부 벤투리 말단 단부와 동일한 고도에 있다. 이러한 정황에서, "축방향 출구"라는 용어는, 상부 벤투리 출구가 상부 벤투리의 축과 동일 선상에 있거나, 이와 동일한 공간을 점유한다는 것을 의미한다.
실시예에서, 하부 벤투리 근접 단부는 상부 벤투리 말단 단부와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 배치될 수 있다. 상부 벤투리 말단 단부에 대한 하부 벤투리 근접 단부의 고도를 기재하는 정황에서, "동일한 고도 또는 동일한 고도 주위에"라는 표현은, 하부 벤투리 근접 단부가 상부 벤투리 말단 단부 위 또는 아래에 (≤) 0.5EL보다 크지 않은 거리에 걸친 범위 내의 고도에 배치될 수 있고, 거리 EL는 하부 벤투리 입구의 직경 DLI의 20%와 동일하다 (EL = 0.2DLI) (예를 들어 도 3b를 참조). 당업자는, 거리 EL 가 상대 측정을 위해 본 명세서에 사용되고, 이에 따라 임의의 단위들이라는 것을 인식할 것이다. 상부 벤투리 말단 단부에 대한 하부 벤투리 근접 단부에 대한 다른 고도들이 또한 가능하다.
실시예에서, 하부 벤투리 근접 단부는 벤투리간 채널을 제공하기 위해 상부 벤투리 말단 단부로부터 방사상 바깥쪽으로 이격될 수 있고; 또는, 상이하게 언급될 수 있다. 하부 벤투리 입구는 벤투리간 채널을 제공하기 위해 상부 벤투리 출구로부터 방사상 바깥쪽으로 이격될 수 있다. 실시예에서, 벤투리간 채널은, 액체(들)가 예를 들어 벤투리 효과를 통해, 하부 벤투리로 이를 통해 유입되도록 하기 위해 구성될 수 있다. 실시예에서, 상부 벤투리 출구 및 하부 벤투리 입구 각각은 원형일 수 있고, 벤투리간 채널은 고리형 또는 실질적으로 고리형 채널을 포함할 수 있다.
실시예에서, 시스템은 반응기 베슬 및 혼합 디바이스와 유체 왕래하는 순환 루프를 더 포함할 수 있다. 순환 루프는 반응기 베슬로부터 순환 루프로 반응기 폐수를 후퇴시키기 위해 반응기 베슬의 베슬 출구에 결합된 제1 루프 단부를 가질 수 있다. 순환 루프는 혼합 디바이스를 통해 제1 액체를 반응기 베슬에 도입하기 위해 혼합 디바이스에 결합된 제2 루프 단부를 더 가질 수 있다. 실시예에서, 순환 루프는 루프 출구, 이온성 액체 촉매 입구, 순환 펌프, 열 교환기, 및 적어도 하나의 순환 루프 도관을 포함할 수 있다(예를 들어, 도 1d를 참조).
실시예에서, 루프 출구는 순환 루프로부터 후퇴된 반응기 폐수의 부분을 제거하기 위해 구성될 수 있다. 실시예에서, 이온성 액체 촉매 입구는 제1 액체를 제공하기 위해 순환 루프 내의 후퇴된 반응기 폐수에 신선한 이온성 액체 촉매를 첨가하기 위해 구성될 수 있는데, 즉 제1 액체는 신선한 이온성 액체 촉매와 조합하여 후퇴된 반응기 폐수를 포함할 수 있다. 실시예에서, 제1 액체는 외부 재순환 스트림을 제공하기 위해 순환 루프 및 혼합 디바이스를 통래 반응기 베슬의 상부에 전달될 수 있다.
실시예에서, 열 교환기는 순환 루프 내의 제1 액체를 냉각하기 위해 구성될 수 있다. 실시예에서, 적어도 하나의 순환 루프 도관은 베슬 출구, 순환 펌프, 열 교환기, 및 혼합 디바이스 각각에 결합되고, 유체 왕래할 수 있다. 실시예에서, 순환 펌프는 제1 액체를 순환 펌프를 통해 예를 들어 열 교환기 및 혼합 디바이스로 펌핑하기 위해 구성될 수 있다.
실시예에서, 시스템은 반응기 베슬마다 복수의 순환 루프들을 포함할 수 있고, 각 순환 루프는 반응기 베슬 및 적어도 하나의 혼합 디바이스와 유체 왕래할 수 있다. 실시예에서, 시스템은 열 교환기 및 혼합 디바이스와 유체 왕래하는 정적 혼합기를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 정적 혼합기는 열 교환기로부터의 하류에, 그리고 혼합 디바이스로부터의 상류에 배치될 수 있다.
이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템의 추가 실시예에서, 시스템은 상부를 갖는 반응기 베슬, 적어도 하나의 혼합 디바이스, 및 적어도 하나의 순환 루프를 포함할 수 있다. 각 혼합 디바이스는 반응기 베슬의 상부에 배치될 수 있다. 각 순환 루프는 반응기 베슬과 유체 왕래할 수 있다. 각 혼합 디바이스는 상부 벤투리, 적어도 하나의 공급물 주입 어레이, 및 하부 벤투리를 포함할 수 있다. 상부 벤투리는 상부 벤투리 말단 단부에서의 축방향 출구를 가질 수 있고, 상부 벤투리는 반응기 베슬의 상부에 수직으로 배치될 수 있어서, 상부 벤투리 출구는 반응기 베슬 내부에 있다.
시스템은 상부 벤투리 출구로부터 하향으로 제1 액체의 중앙 제트를 투사하기 위해 구성될 수 있다. 하부 벤투리는 하부 벤투리 근접 단부에서의 축방향 입구를 가질 수 있고, 제1액체의 중앙 제트는 상부 벤트리 출구로부터 하부 벤투리 입구로 축방향으로 하향으로 투사될 수 있다. 각 공급물 주입 어레이는 복수의 공급물 주입 노즐들을 포함할 수 있다. 각 공급물 주입 어레이는 반응기 베슬 내에 배치될 수 있다. 각 공급물 주입 어레이는 제2 액체의 복수의 측면 제트들을 상부 벤투리 축쪽으로 투사하기 위해 구성될 수 있고, 제1 액체의 중앙 제트는 상부 벤투리와 동축에 있을 수 있다.
하부 벤투리는 상부 벤투리와 동축으로 배치될 수 있다. 하부 벤투리 입구는 하부 벤투리와 상부 벤투리 사이에 벤투리간 채널을 제공하거나 한정하기 위해 상부 벤투리 출구로부터 방사상 바깥쪽으로 이격될 수 있다. 실시예에서, 하부 벤투리 근접 단부는 상부 벤투리 말단 단부와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 하부 벤투리 근접 단부는 상부 벤투리 말단 단부 아래의 고도에 배치될 수 있다. 추가 실시예에서, 하부 벤투리 근접 단부는 상부 벤투리 말단 단부 위의 고도에 배치될 수 있고, 서브-실시예에서, 하부 벤투리 근접 단부는 상부 벤투리 수축점과 상부 벤투리 말단 단부 사이의 고도에 배치될 수 있다.
각 순환 루프는 냉각된 반응기 폐수를 제공하기 위해 반응기 베슬로부터의 반응기 폐수를 냉각하기 위해 반응기 베슬과 유체 왕래하는 열 교환기를 포함할 수 있다. 순환 루프는 냉각된 반응기 폐수를 혼합 디바이스에 전달하기 위해 혼합 디바이스와 유체 왕래할 수 있다. 실시예에서, 상부 벤투리 출구로부터 투사된 제1 액체(예를 들어, 중앙 제트)는 신선한 이온성 액체 촉매와 조합하여 냉각된 반응기 폐수를 포함할 수 있다. 제1 액체의 중앙 제트는 혼합 디바이스를 통해 반응기 베슬에 투사될 수 있다.
이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템의 또 다른 실시예에 따라, 시스템은 상부 및 베슬 출구를 갖는 반응기 베슬, 반응기 베슬과 유체 왕래하는 적어도 하나의 혼합 디바이스, 및 베슬 출구와 혼합 디바이스와 유체 왕래하는 순환 루프를 포함할 수 있다. 각 혼합 디바이스는 반응기 베슬의 상부에 배치될 수 있다.
순환 루프는 베슬 출구와 유체 왕래할 수 있다. 시스템은 반응기 베슬로부터의 반응기 폐수를 베슬 출구를 통해 순환 루프로 후퇴시키기 위해 구성될 수 있다. 순환 루프는 후퇴된 반응기 폐수를 냉각하기 위해 구성된 열 교환기를 포함할 수 있다. 순환 루프는 외부 재순환 스트림을 반응기 베슬에 제공하기 위해 후퇴된 반응기 폐수의 적어도 부분을 혼합 디바이스로 재순환하기 위해 구성될 수 있고, 외부 재순환 스트림은 후퇴된 반응기 폐수를 포함할 수 있다. 반응기 베슬은 내부 재순환 스트림을 또한 가질 수 있다.
"내부 재순환 스트림"이라는 표현은 혼합 디바이스를 통해 그리고 혼합 디바이스 주위로 흐르는 반응기 베슬 내의 액체의 스트림을 언급하도록 본 명세서에 사용될 수 있다. 실시예에서, 내부 재순환 스트림은 벤투리간 채널을 통해 하향으로 하부 벤투리로, 하부 벤투리 출구로부터 하부 벤투리의 내부를 통해 하향으로 흐를 수 있다. 내부 재순환 스트림의 흐름율은 단위 시간당 벤투리간 채널을 통해 흐르는 액체의 부피로서 정량화될 수 있다. 외부 재순환 스트림의 흐름율은 단위 시간당 상부 벤투리 출구로부터 흐르는 액체의 부피로서 정량화될 수 있다. 외부 재순환 스트림의 흐름율에 대한 내부 재순환 스트림의 흐름율의 비율은 일반적으로 0.1 내지 10, 또는 0.2 내지 5, 또는 0.25 내지 4의 범위에 있을 수 있다.
실시예에서, 혼합 디바이스(들) 및 임의의 반응기 모니터링 기구 등과 별개로, 반응기 베슬은 전체적으로 액체(예를 들어, 이온성 액체 촉매, 반응제, 및 알킬레이트 생성물을 포함하는)로 충진될 수 있다. 반응기 베슬의 내부 재순환 스트림은 초 생성물(들), 예를 들어 알킬레이트를 제공하도록 특히, 혼합 디바이스에서 탄화수소 공급물을 희석하고, 국부 올레핀 농도를 감소시키도록 작용할 수 있다. 실시예에서, 반응기 베슬 내의 내부 재순환 스트림의 흐름은 혼합 디바이스를 통해 외부 재순환 스트림을 포함하는 액체(들)의 흐름에 의해서만 구동될 수 있다.
각 혼합 디바이스는 축방향 상부 벤투리 입구 및 축방향 상부 벤투리 출구를 갖는 상부 벤투리와, 적어도 하나의 공급물 주입 어레이와, 각 공급물 주입 어레이와 상부 벤투리와 동축으로 배치된 하부 벤투리를 포함할 수 있다. 상부 벤투리는 예를 들어, 상부 벤투리 입구에서, 외부 재순환 스트림을 수용하기 위해 순환 루프와 유체 왕래할 수 있다. 상부 벤투리는 상부 벤투리 출구로부터 축방향으로 하향으로 외부 재순환 스트림(1st 액체)의 중앙 제트를 투사하기 위해 구성될 수 있고, 상부 벤투리 출구는 반응기 베슬 내에 배치된다.
각 공급물 주입 어레이는 복수의 공급물 주입 노즐들을 포함할 수 있다. 실시예에서, 각 공급물 주입 노즐의 축은 상부 벤투리의 축을 양분한다(예를 들어, 도 5a를 참조). 각 공급물 주입 어레이는 탄화수소 공급물(제2 액체)의 복수의 측면 제트들을 외부 재순환 스트림의 중앙 제트쪽으로 동시에 투사하기 위해 구성될 수 있다. 즉, 시스템은 상부 벤투리 출구로부터의 중앙 제트의 투사와 동시에 공급물 주입 어레이로부터의 복수의 측면 제트들을 투사하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 시스템은, 탄화수소 공급물의 측면 제트들이 외부 재순환 스트림의 중앙 제트와 충돌하도록 구성될 수 있다. 달리 언급하면, 시스템은, 중앙 제트가 각 측면 제트들과 충돌하도록 구성될 수 있다. 시스템은 연장된 시간 기간 동안, 예를 들어 연속적으로 시스템이 동작하는 전체 시간 동안 중앙 제트 및 복수의 측면 제트들 모두를 투사하기 위해 추가로 구성될 수 있다.
하부 벤투리는 축방향 하부 벤투리 입구를 갖는 하부 벤투리 근접 단부를 포함할 수 있다. 실시예에서, 하부 벤투리 입구는 상부 벤투리 출구와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 배치될 수 있다. 실시예에서, 하부 벤투리 입구는 상부 벤투리 말단 단부와 하부 벤투리 근접 단부 사이에 벤투리간 채널을 제공하거나 한정하기 위해 상부 벤투리 출구로부터 방사상 바깥쪽으로 이격될 수 있다. 실시예에서, 하부 벤투리 입구와 상부 벤투리 출구 각각은 적어도 실질적으로 원형일 수 있고, 벤투리간 채널은 적어도 실질적으로 고리형일 수 있다. 실시예에서, 벤투리간 채널은 반응기 베슬의 내부 재순환 스트림의 이를 통한 순환을 위해 구성될 수 있다(예를 들어, 도 6a 내지 도 6b를 참조).
이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템의 또 다른 실시예에 따라, 시스템은 반응기 베슬 및 혼합 디바이스를 포함할 수 있다. 혼합 디바이스는, 반응기 베슬 상부에 예를 들어 수직으로 배치될 수 있고, 혼합 디바이스는 반응기 베슬 상부로부터 반응기 베슬로 말단으로 연장할 수 있고, 혼합 디바이스는 또한 반응기 베슬 상부 위로 근접하게 연장할 수 있다.
실시예에서, 각 혼합 디바이스는 상부 벤투리, 공급물 주입 고리, 및 하부 벤투리를 포함할 수 있다. 실시예에서, 하부 벤투리는 상부 벤투리 아래에, 즉 일반적으로 상부 벤투리보다 낮은 고도에 배치될 수 있다. 실시예에서, 상부 벤투리 말단 단부, 공급물 주입 고리, 및 전체 하부 벤투리는 반응기 베슬 상부 아래에 그리고 반응기 베슬 내에 배치될 수 있다.
상부 벤투리는 상부 벤투리 근접 단부에서의 축방향 입구 및 상부 벤투리 말단 단부에서의 축방향 출구를 가질 수 있다. 상부 벤투리 말단 단부는 반응기 베슬 내에 배치될 수 있다. 상부 벤투리, 하부 벤투리, 및 반응기 베슬은, 일반적으로 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템의 다른 실시예들을 참조하여 이전에 기재된 바와 같이 및/또는 아래의 도 12a를 참조하여 기재된 바와 같이 병치되고 구성될 수 있다. 혼합 디바이스는 상부 벤투리 출구로부터 하향으로 제1 액체의 중앙 제트를 하부 벤투리로 투사하기 위해 구성될 수 있다. 제1 액체의 중앙 제트는 상부 벤투리와 동축에 있을 수 있다.
실시예에서, 혼합 디바이스는 실질적으로 다른 실시예들을 참조하여 이전에 기재된 바와 같이, 연속적이거나 중단되지 않은 것에 기초하여 상부 벤투리로부터 중앙 제트를 투사하기 위해 구성될 수 있다. 제1 액체(예를 들어, 중앙 제트)는 반응기 베슬의 외부 재순환 스트림을 포함할 수 있다. 실시예에서, 외부 재순환 스트림은 신선한 이온성 액체 촉매와 조합하여 후퇴된 반응기 폐수를 포함할 수 있다.
하부 벤투리는 하부 벤투리 근접 단부에서의 축방향 입구를 가질 수 있고, 하부 벤투리 근접 단부는 반응기 베슬 내에 배치된다. 하부 벤투리의 입구는 하부 벤투리 입구로서 본 명세서에 언급될 수 있다. 하부 벤투리는 상부 벤투리와 동축으로 배치될 수 있다. 실시예에서, 공급물 주입 고리는 상부 벤투리와 동축으로 배치될 수 있고, 하부 벤투리 입구와 동일한 고도 또는 동일한 고도 주위에, 예를 들어 상부 벤투리 출구에, 또는 그 근처에 배치될 수 있다. 하부 벤투리에 대한 공급물 주입 고리의 고도를 기재하는 정황에서, "동일한 고도 또는 동일한 고도 주위에"라는 표현은 하부 벤투리에 대한 공급물 주입 어레이의 고도에 대해 본 명세서에 정의된 것과 동일한 의미를 갖는다(예를 들어, 도 12a 및 도 4b를 참조).
공급물 주입 고리는 적어도 하나의 공급물 주입 포트를 가질 수 있다. 공급물 주입 고리는 각 공급물 주입 포트로부터 제2 액체를 상부 벤투리의 축쪽으로 투사하기 위해 구성될 수 있다. 실시예에서, 제2 액체는 제2 액체의 제트로서 각 공급물 주입 포트로부터 투사될 수 있다. 실시예에서, 시스템은, 제2 액체의 적어도 하나의 제트가 상부 벤투리 출구로부터 제1 액체의 중앙 제트와 충돌하도록 구성될 수 있다. 각 혼합 디바이스는, 실질적으로 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템의 다른 실시예들에 대해 이전에 기재된 바와 같이, 연속적이거나 중단되지 않은 것에 기초하여 제2 액체를 투사하기 위해 구성될 수 있다. 실시예에서, 제2 액체는 탄화수소 공급물을 포함할 수 있고, 시스템은 이온성 액체 촉매화된 알킬화를 위해 구성될 수 있다.
실시예에서, 공급물 주입 고리는 단일 공급물 주입 포트를 가질 수 있다. 서브-실시예에서, 공급물 주입 고리의 단일 공급물 주입 포트는 공급물 주입 고리의 내부 부분에서 고리형 슬릿의 형태로 있을 수 있다(예를 들어, 도 12c 내지 도 12d를 참조). 다른 실시예에서, 공급물 주입 고리는 두 개(2) 내지 50개의 공급물 주입 포트들, 또는 네 개(4) 내지 40개의 공급물 주입 포트들, 또는 여섯 개(6) 내지 30개의 공급물 주입 포트들을 가질 수 있다.
실시예에서, 복수의 공급물 주입 포트들은 공급물 주입 고리의 내부 부분 상에 대칭적으로 배치될 수 있다. 실시예에서, 공급물 주입 포트들은 공급물 주입 고리 상에서 균일하게 이격되거나, 균일하지 않게 이격될 수 있다. 공급물 주입 포트들은 실질적으로 원형, 타원형, 및 정사각형을 포함하는 다양한 형태들 또는 구성들을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 공급물 주입 포트들은 연장된 아치형 슬릿들의 형태일 수 있다. 추가 실시예에서, 하나 이상의 공급물 주입 포트들 각각은 고리형 슬릿의 형태일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 주어진 공급물 주입 고리는 상이한 형태를 갖는 공급물 주입 포트들의 조합을 가질 수 있다. 일반적으로, 주어진 공급물 주입 고리의 공급물 주입 포트들의 크기(영역), 배치, 및/또는 개수는 혼합 디바이스를 통하는 외부- 및 내부 재순환 스트림들의 흐름율을 포함하는 다양한 프로세스 파라미터들에 관해 적절한 것으로 선택될 수 있다. 실시예에서, 시스템은, 상부 벤투리 출구로부터의 중앙 제트의 제1 액체 선형 속도가 공급물 주입 고리로부터 투사된 제2 액체의 각 제트의 제2 액체 선형 속도와 적어도 실질적으로 동일하도록 구성될 수 있다.
실시예에서, 공급물 주입 고리의 각 공급물 주입 포트는 상부 벤투리 출구의 주변과 동일한 방사상 장소에 또는 동일한 방사상 장소 주위에 있을 수 있다. 상부 벤투리 출구의 주변에 대한 각 공급물 주입 포트의 방사상 장소를 기재하는 정황에서, "동일한 방사상 장소 또는 동일한 방사상 장소 주위에"라는 표현은, 각 공급물 주입 포트가 상부 벤투리 출구의 주변으로부터 방사상 안쪽으로 또는 방사상 바깥쪽으로 (≤) 0.2DUO 보다 크지 않은 방사상 거리 내에 배치될 수 있고, DUO가 상부 벤투리 출구의 직경이라는 것을 의미한다. 상부 벤투리 출구의 주변에 대한 공급물 주입 포트(들)에 대한 다른 방사상 장소들이 또한 가능하다.
실시예에서, 하부 벤투리 입구는 상부 벤투리 출구와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 배치될 수 있다. 상부 벤투리 말단 단부에 대한 하부 벤투리 근접 단부의 고도를 기재하는 정황에서, "동일한 고도 또는 동일한 고도 주위에"라는 표현은 혼합 디바이스의 다른 실시예들에 대해 본 명세서에 정의된 것과 동일한 의미를 갖는다(예를 들어, 도 3b를 참조). 상부 벤투리 출구에 대한 하부 벤투리 입구에 대한 다른 고도들이 또한 가능하다.
실시예에서, 하부 벤투리 입구는 벤투리간 채널을 제공하기 위해 상부 벤투리 출구로부터 방사상 바깥쪽으로 이격될 수 있다. 실시예에서, 벤투리간 채널은 위에 기재된 바와 같이 구성될 수 있다. 실시예에서, 상부 벤투리 출구 및 하부 벤투리 입구 각각은 원형일 수 있고, 벤투리간 채널은 고리형 또는 실질적으로 고리형 채널을 포함할 수 있다.
실시예에서, 시스템은 반응기 베슬 및 혼합 디바이스와 유체 왕래하는 순환 루프를 더 포함할 수 있다. 순환 루프는 반응기 베슬로부터 반응기 폐수를 순환 루프로 후퇴시키기 위해 반응기 베슬의 베슬 출구에 결합된 제1 루프 단부와, 혼합 디바이스에 결합된 제2 루프 단부를 가질 수 있다. 순환 루프는 신선한 이온성 액체 촉매를 후퇴된 반응기 폐수에 첨가하기 위해 구성된 이온성 액체 촉매 입구, 및 제1 액체를 냉각하기 위해 구성된 열 교환기를 포함할 수 있다(예를 들어, 도 1d를 참조).
또 다른 실시예에 따라, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환, 예를 들어 이소파라핀/올레핀 알킬화를 위한 프로세스는 본 명세서에 개시된 시스템들을 이용하여 실시될 수 있다. 그러한 시스템들은 베슬 출구를 갖는 반응기 베슬, 반응기 베슬과 유체 왕래하는 적어도 하나의 혼합 디바이스, 및 베슬 출구 및 혼합 디바이스와 유체 왕래하는 순환 루프를 포함할 수 있다. 혼합 디바이스는 상부 벤투리 말단 단부에서의 축방향 출구를 갖는 상부 벤투리와, 하부 벤투리 근접 단부에서의 축방향 입구를 갖는 하부 벤투리를 포함할 수 있다. 상부 벤투리 말단 단부 및 하부 벤투리 근접 단부는 반응기 베슬 내에 배치될 수 있고, 하부 벤투리는 상부 벤투리와 동축에 있을 수 있다. 혼합 디바이스는 반응기 베슬 내에 배치된 적어도 하나의 공급물 주입 구성요소를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 각 혼합 디바이스는 반응기 베슬의 상부에 수직으로 배치될 수 있다. 그러한 시스템들은 본 명세서에 기재된 및 도면들에 도시된 추가 요소들, 특성들 및 특징들을 더 포함할 수 있다.
이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 프로세스는, 순환 루프를 통해 반응기 베슬로부터 반응기 폐수를 후퇴시키고, 외부 재순환 스트림을 제공하기 위해 신선한 이온성 액체 촉매를 후퇴된 반응기 폐수에 첨가하고, 외부 재순환 스트림을 혼합 디바이스에 도입하는 것을 포함할 수 있다. 후퇴된 반응기 폐수의 부분은 알킬레이트 생성물을 제공하기 위해 분류를 위해 순환 루프로부터 제거될 수 있다. 실시예에서, 반응기 폐수 또는 외부 재순환 스트림은 외부 재순환 스트림을 혼합 디바이스에 도입하기 전에 순환 루프에서 냉각될 수 있다.
실시예에서, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 프로세스는 상부 벤투리 출구로부터 햐향으로 외부 재순환 스트림의 중앙 제트를 하부 벤투리 입구에 투사하고, 중앙 제트의 투사와 동시에, 추가적으로 탄화수소 공급물이 중앙 제트에 충돌하도록 탄화수소 공급물을 중앙 제트쪽으로 투사하는 것을 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 중앙 제트는 상부 벤투리의 축과 동축에 있을 수 있다.
중앙 제트는 이온성 액체 촉매의 작은 방울로부터 미세한 방울, 예를 들어 1 내지 1000 미크론, 또는 5 내지 250 미크론, 또는 10 내지 150 미크론의 범위에 있는 이온성 액체 촉매 방울 직경을 갖는 방울을 포함하는 이온성 액체/탄화수소 에멀젼을 포함할 수 있다. 실시예에서, 탄화수소 공급물은 중앙 제트와 충돌할 수 있어서, 탄화수소 공급물은 이온성 액체 촉매의 넓은 표면적과 접촉한다. 이온성 액체 촉매와의 탄화수소 공급물의 그러한 접촉은 알킬레이트 생성물(들)을 제공하도록 알킬화 조건들 하에 있을 수 있다.
이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 프로세스들은 혼합 디바이스의 하부 벤투리를 통해 반응기 베슬의 내부 재순환 스트림을 순환하는 것을 여전히 더 포함할 수 있다. 따라서, 외부- 및 내부 재순환 스트림들 모두는 하부 벤투리를 통해 흐를 수 있다. 실시예에서, 본 명세서에 개시된 프로세스들 동안 외부 재순환 스트림의 흐름율에 대한 내부 재순환 스트림의 흐름율(단위 시간당 부피)의 비율은 일반적으로 0.1 내지 10, 또는 0.2 내지 5, 또는 0.25 내지 4의 범위에 있을 수 있다. 실시예에서, 하부 벤투리 입구는 벤투리간 채널을 제공하기 위해 상부 벤투리 출구로부터 방사상 바깥쪽으로 이격될 수 있고, 내부 재순환 스트림은 벤투리간 채널을 통해 하부 벤투리를 통해 순환될 수 있다.
실시예에서, 혼합 디바이스의 적어도 하나의 공급물 주입 구성요소는 적어도 하나의 공급물 주입 포트를 갖는 공급물 주입 고리를 포함할 수 있다. 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 프로세스의 실시예에서, 탄화수소 공급물은 공급물주입 고리의 적어도 하나의 공급물 주입 포트를 통해 중앙 제트쪽으로 투사될 수 있다.
다른 실시예에서, 혼합 디바이스의 적어도 하나의 공급물 주입 구성요소는 반응기 베슬 내에 배치된 공급물 주입 어레이를 포함할 수 있고, 공급물 주입 어레이는 복수의 공급물 주입 노즐들을 포함할 수 있다. 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 프로세스의 실시예에서, 탄화수소 공급물은 공급물주입 노즐들을 통해, 예를 들어, 복수의 측면 제트들로서 중앙 제트쪽으로 투사될 수 있다.
실시예에서, 혼합 디바이스의 공급물 주입 어레이는 하부 벤투리 입구와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 배치될 수 있고, 공급물 주입 노즐들은 상부 벤투리 출구의 주변으로부터 방사상 안쪽으로의 장소에서 종료할 수 있어서, 중앙 제트는 각 공급물 주입 노즐의 적어도 단자 부분과 충돌할 수 있다(예를 들어, 도 8a 내지 도 8b를 참조). 다른 실시예에서, 공급물 주입 어레이는 하부 벤투리 입구 아래의 고도에 배치될 수 있고, 공급물 주입 노즐들은 하부 벤투리로 방사상 안쪽으로 연장할 수 있어서, 외부 재순환 스트림 및 내부 재순환 스트림 중 적어도 하나는 각 공급물 주입 노즐의 적어도 단자 부분과 충돌할 수 있다(예를 들어, 도 10을 참조).
실시예에서, 탄화수소 공급물은 예를 들어, 하부 벤투리 내에 배치된 복수의 공급물 주입 노즐들을 통해 하부 벤투리에 직접 도입될 수 있다. 서브-실시예에서, 복수의 공급물 주입 노즐들은 하부 벤투리 수축점과 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에서 하부 벤투리 내에 배치될 수 있다.
실시예에서, 탄화수소 공급물은 적어도 하나의 C2 - C10 올레핀 및 적어도 하나의 C4 - C10 이소파라핀을 포함할 수 있다. 실시예에서, 이온성 액체 촉매는 클로로알루미네이트 이온성 액체를 포함할 수 있다. 실시예에서, 알킬화 조건들은 -40 내지 150의 범위에 있는 온도와, 대기압으로부터 8000 kPa까지의 범위에 있는 압력을 포함할 수 있다. 실시예에서, 반응기 베슬에서의 전체 이온성 액체 촉매 부피는 0.5 내지 50 vol%, 또는 1 내지 10 vol%, 또는 2 내지 6 vol%의 범위에서 유지될 수 있다. 이온성 액체 촉매화된 알킬화를 위한 탄화수소 공급물들, 이온성 액체 촉매들, 및 조건들은 아래에 기재된다.
실시예에서, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 프로세스는 반응기 폐수의 부분을 순환 루프로부터 이온성 액체/탄화수소 분리기에 공급하는 것; 이온성 액체/탄화수소 분리기를 통해, 반응기 폐수의 부분을 이온성 액체 촉매 상 및 탄화수소 상으로 분리하는 것; 및 분류 유닛을 통해, 탄화수소 상으로부터 알킬레이트 생성물을 분리하는 것을 여전히 더 포함할 수 있다.
도면들을 참조하면, 도 1a 내지 도 1d 각각은 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 변환을 위한 시스템을 개략적으로 나타낸다. 도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템(100)은 반응기 베슬(200), 적어도 하나의 혼합 디바이스(300/300'), 및 적어도 하나의 순환 루프(400)를 포함할 수 있다. 혼합 디바이스(300/300')는 이온성 액체 촉매 및 탄화수소 반응제들의 빠르고 전체적인 혼합을 제공한다. 일례로서, 혼합 디바이스(300/300')는 이온성 액체/탄화수소 혼합물에서 이온성 액체 촉매 상의 넓은 표면적을 생성할 수 있어서, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환 프로세스들의 매우 효율적인 성능을 제공한다.
반응기 베슬(200)은 반응기 베슬 상부(또는 상부 캡)(202)을 갖고, 혼합 디바이스(300/300')는 반응기 베슬 상부(202)에 배치될 수 있다. 혼합 디바이스(300/300')의 상부 (근접) 부분은 반응기 베슬 상부(202) 위에 근접하여 연장할 수 있다. 혼합 디바이스(300/300')의 하부 (말단) 부분은 반응기 베슬(200) 내에 배치될 수 있다. 반응기 베슬(200)은 적어도 실질적으로 액체로 충진될 수 있고, 반응기 베슬(200) 내의 혼합 디바이스(300/300')의 부분은 반응기 베슬(200)의 액체 내용물에 담겨질 수 있다.
실시예에서, 반응기 베슬(200)은 폭보다 더 큰 높이를 갖게 수직으로 정렬될 수 있고, 혼합 디바이스(300/300')는 반응기 베슬 상부(202)에 배치될 수 있다. 서브-실시예에서, 혼합 디바이스(300/300')는 반응기 베슬 상부(202)에 수직으로 배치될 수 있어서, 각 혼합 디바이스(300/300')의 축은 반응기 베슬(200)의 축에 적어도 실질적으로 평행할 수 있다. 다른 서브-실시예(미도시)에서, 혼합 디바이스(들)(300/300')는 반응기 베슬(200)의 축에 대해 다양한 각도들로 배치될 수 있다.
실시예에서, 반응기 베슬(200)은 실질적으로 원통형일 수 있다. 실시예에서, 시스템(100)은 반응기 베슬(200)마다 복수의 혼합 디바이스들(300/300')을 포함할 수 있다. 단지 예로서, 도 1b를 추가로 참조하면, 2개의 혼합 디바이스들(300a/300a' 및 300b/300b')은 반응기 베슬 상부(202)에 도시되고, 다른 개수들의 혼합 디바이스들이 유사하게 사용될 수 있는 것이 이해된다. 실시예에서, 시스템(100)은 복수의 혼합 디바이스들(300/300')을 포함할 수 있고, 각 혼합 디바이스들은 반응기 베슬 상부(202)에 대해 실질적으로 동일한 고도에 배치될 수 있다.
순환 루프(400)는 반응기 베슬(200)로부터 액체(예를 들어, 반응기 폐수)를 순환 루프(400)로 후퇴하기 위해 반응기 베슬(200)과 유체 왕래할 수 있다. 혼합 디바이스(300/300')는 반응기 베슬(200)과 유체 왕래할 수 있다. 순환 루프(400)는 혼합 디바이스(300/300')를 통해 후퇴된 액체를 반응기 베슬(200)로 재순환하기 위해 혼합 디바이스(300/300')와 추가로 유체 왕래할 수 있다. 실시예에서, 시스템(100)은 복수의 순환 루프들(400)을 포함할 수 있고, 각 순환 루프(400)는 반응기 베슬(200) 및 적어도 하나의 혼합 디바이스(300/300')와 유체 왕래할 수 있다. 복수의 순환 루프들(400)을 갖는 시스템의 실시예들에서, 각 순환 루프(400)는 전용 순환 펌프 및 열 교환기를 가질 수 있다. 도 1c의 실시예에서, 2개의 순환 루프들(400, 400')이 도시되고, 다른 개수들의 순환 루프들이 사용될 수 있다는 것이 이해된다. 실시예에서, 복수의 순환 루프들 각각은 하나 이상의 전용 혼합 디바이스들(300/300')을 가질 수 있다.
도 1d는 시스템(100)을 개략적으로 도시하고, 시스템(100)은 베슬 출구(204)를 갖는 반응기 베슬(200), 반응기 베슬 상부(202)에 배치된 혼합 디바이스(300/300'), 및 순환 루프(400)를 포함한다. 실시예에서, 베슬 출구(204)는 혼합 디바이스(300/300')로부터 반응기 베슬(200)의 대항 단부에 있을 수 있는데, 예를 들어, 베슬 출구(204)는 반응기 베슬(200)의 베이스(또는 하부 캡)(203)에 있을 수 있다. 탄화수소 공급물(301)은 혼합 디바이스(300/300')를 통해 반응기 베슬(200)에 도입될 수 있다. 실시예에서, 탄화수소 공급물은 예를 들어 아래에 기재되는 바와 같이 이온성 액체 촉매화된 알킬화를 위한 올레핀 공급물 스트림, 이소파라핀 공급물 스트림, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
순환 루프(400)는 베슬 출구(204)에 결합된 제1 루프 단부(400a) 및 혼합 디바이스(300/300')에 결합된 제2 루프 단부(400b)를 포함할 수 있다. 순환 루프(400)는 루프 출구(402), 이온성 액체 촉매 입구(404), 순환 펌프(406), 및 열 교환기(408)를 더 포함할 수 있다. 순환 루프(400)는 예를 들어, 베슬 출구(204) 및 혼합 디바이스(300/300')로의 순환 루프(400)의 결합 구성요소들을 위한 적어도 하나의 순환 루프 도관(410)을 더 포함할 수 있다.
반응기 폐수(206)는 베슬 출구(204)를 통해 반응기 베슬(200)로부터 순환 루프(400)로 후퇴될 수 있다. 반응기 폐수(206)는 이전에 반응기 베슬(200)에서 탄화수소 공급물과 접촉된 이온성 액체 촉매를 포함할 수 있다. 신선한 이온성 액체 촉매(403)는 외부 재순환 스트림, RE을 제공하기 위해 이온성 액체 촉매 입구(404)를 통해 순환 펌프(400) 내에서 반응기 폐수(206)에 첨가될 수 있다. 후퇴된 반응기 폐수(206)의 부분은 알킬레이트 생성물을 제공하기 위해 그 분류를 위해 루프 출구(402)를 통해 순환 루프(400)로부터 제거될 수 있다. 루프 출구(402) 및 이온성 액체 촉매 입구(404)는 도 1d에 도시된 것 외에도 순환 루프(400) 내의 다양한 장소들에 배치될 수 있다.
도 1d를 추가로 참조하면, 실시예에서, 시스템(100)은 외부 재순환 스트림을 혼합 디바이스(300/300')에 도입하기 전에 외부 재순환 스트림을 사전 혼합하기 위해 순환 루프(400)와 유체 왕래하는 정적 혼합기(412)를 더 포함할 수 있다. 실시예에서, 정적 혼합기(412)는 혼합 디바이스(300/300')로부터 바로 상류에, 예를 들어 그 위에 배치될 수 있다. 단 하나의 순환 루프(400)가 도 1d에 도시되지만, 복수의 순환 루프들(400)이 사용될 수 있다(예를 들어, 도 1c를 참조). 실시예에서, 시스템(100)은 이온성 액체 촉매화된 알킬화 반응들 및 프로세스들을 위해 구성될 수 있다. 이온성 액체 촉매화된 알킬화를 위한 공급물들, 이온성 액체 촉매들, 및 반응 상태들이 아래에 기재된다.
도 2는 상부 벤투리(310), 적어도 하나의 공급물 주입 어레이(320), 및 하부 벤투리(330)를 포함하는 혼합 디바이스(300)를 개략적으로 도시한다. 실시예에서, 각 혼합 디바이스(300)는 단일 상부 벤투리(310) 및 단일 하부 벤투리(330)를 포함할 수 있다. 각 공급물 주입 어레이(320)는 복수의 공급물 주입 노즐들(322)을 포함할 수 있어(예를 들어, 도 5a 내지 도 11b를 참조), 각 혼합 디바이스(300)는 상부 벤투리(310)/하부 벤투리(330)마다 복수의 공급 주입 노즐들(322)을 포함할 수 있다. 실시예에서, 상부 벤투리(310)는 반응기 베슬 상부(202) 내에 수직으로 배치될 수 있다. 상부 벤투리(310)는 반응기 베슬 상부(202)에 부착될 수 있고, 이와 밀봉가능하게 맞물릴 수 있다.
도 2에서, 상부 벤투리(310)의 축은 AU로 라벨링된 라인에 의해 표시된다. 하부 벤투리(330)는 상부 벤투리(310)와 동축에 있을 수 있다. 실시예에서, 하부 벤투리(330)는 예를 들어, 스틸 바 등과 같은 적합한 지지 구조들(미도시)을 이용하여 상부 벤투리(310)에 부착될 수 있다. 상부 벤투리(310)에 대해 하부 벤투리(330)를 부착하거나 고정하기 위한 다른 메커니즘들이 또한 가능하다. 실시예에서, 하부 벤투리 근접 단부(330a)는 예를 들어, 아래의 도 3b를 참조하여 기재된 바와 같이, 상부 벤투리 말단 단부(310b)와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 배치될 수 있다. 도 2에서, 하부 벤투리 근접 단부(330a)는 예시의 명확함을 위해 상부 벤투리 말단 단부(310b) 아래에 도시될 수 있다.
다양한 실시예들에 따라, 혼합 디바이스(300)는 하부 벤투리 근접 단부(330a)와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 제1 공급물 주입 어레이(320)를 가질 수 있고, 및/또는 혼합 디바이스(300)는 예를 들어, 아래의 도 4b에 대해 그리고 이전에 기재된 바와 같이, 하부 벤투리 수축점(336)과 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 제2 공급물 주입 어레이(320')를 가질 수 있다. 혼합 디바이스(300)는 공급물 주입 어레이(들)의 특정한 개수, 배치, 또는 장소에 제한되지 않는다. 도시된 바와 같이, 하부 벤투리 수축점(336)은 하부 벤투리 입구(332) 아래 그리고 하부 벤투리 출구(334) 위의 고도에 있을 수 있다. 실시예에서, 하부 벤투리 수축점(336)은 하부 벤투리 입구(332) 아래의 하부 벤투리(330)의 길이 LL의 10% 내지 90%의 범위에서의 고도에 있을 수 있다.
실시예에서, 상부 벤투리 말단 단부(310b), 공급물 주입 어레이(들)(320/320'), 및 하부 벤투리(330)는 반응기 베슬(200) 내에 배치될 수 있다. 실시예에서, 공급물 주입 어레이(들)(320/320')는 상부 벤투리(310) 및 하부 벤투리(330) 모두와 동축으로 배치될 수 있다. 공급물 주입 어레이(들)(320/320')는 예를 들어, 상부 벤투리(310) 및 하부 벤투리(330)에 대한 공급물 주입 어레이(들)(320/320')의 개수, 배치 및 고도에 따라, 상부 벤투리(310) 및/또는 하부 벤투리(330)에 부착되고, 붙여지거나 결합될 수 있다.
도 3a는 혼합 디바이스를 위한 상부 벤투리를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 3b는 혼합 디바이스를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 3c는 다른 실시예에 따라 상부 벤투리를 개략적으로 도시한 단면도이다. 상부 벤투리(310)는 도 3a에서 격리 상태로 도시되고, 공급물 주입 어레이(들)(320)는 예시의 명백함을 위해 도 3b로부터 생략된다. 도 3a 내지 도 3b를 참조하면, 상부 벤투리(310)는 상부 벤투리 근접 단부(310a)에서의 축방향 입구(312)와, 상부 벤투리 말단 단부(310b)에서의 축방향 출구(314)를 가질 수 있다. 상부 벤투리 입구(312) 및 상부 벤투리 출구(314) 각각은 적어도 실질적으로 원형일 수 있다. 상부 벤투리(310)는 길이 LU를 가질 수 있다. 상부 벤투리 입구(312) 및 상부 벤투리 출구(314)는 각각 직경들 DUI 및 DUO을 가질 수 있다. 실시예에서, 상부 벤투리 입구(312)의 직경, DUI은 상부 벤투리 출구(314)의 직경, DUO보다 클 수 있다 (DUI > DUO).
실시예에서, 도 3b에서의 수직 바, EL는 상부 벤투리 출구(314)에 대해 하부 벤투리 입구(332)를 위치시키기 위한 고도들의 범위를 나타내고, EL에 대응하는 거리는 상부 벤투리 출구(314)의 고도에 수직으로 중심이 두어진다. 실시예에서, 상부 벤투리 출구(314)는 축방향이고, 상부 벤투리 출구(314)의 고도는 상부 벤투리 말단 단부(310b)의 고도에 대응한다. 유사하게, 실시예에서, 하부 벤투리 입구(332)는 축방향이고, 하부 벤투리 입구(332)의 고도는 하부 벤투리 근접 단부(330a)의 고도에 대응한다. 도 3b 및 도 4b에서, 하부 벤투리 근접 단부(330a)는 예시의 명백함을 위해 상부 벤투리 말단 단부(310b) 약간 아래에 있는 것으로 도시될 수 있다.
도 3b를 추가로 참조하면, 실시예에서, 하부 벤투리 근접 단부(330a)는 상부 벤투리 말단 단부(310b)와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 배치될 수 있어서, 하부 벤투리 근접 단부(330a)는 상부 벤투리 말단 단부(310b) 위 또는 아래에 (≤) 0.5EL보다 크지 않은 거리에 걸친 범위 내의 고도에 배치되고, 거리 EL는 하부 벤투리 입구의 직경, DLI의 20%와 동일하다 (EL = 0.2DLI). 다른 실시예들에서, 거리 EL 는 직경 DLI의 50%와 동일할 수 있거나 (EL = 0.5DLI) 직경 DLI의 100%와 동일할 수 있다(EL = DLI). 상부 벤투리 출구(314)에 대한 하부 벤투리 입구(332)의 다른 고도들이 또한 가능하다.
상부 벤투리(310)는 수축점(316)을 더 포함할 수 있다. 상부 벤투리 수축점(316)은, 그 내부 직경, DUC이 최소로 점점 좁아진 상부 벤투리(310)를 따르는 지점 또는 장소로서 정의될 수 있다. 도시된 바와 같이, 상부 벤투리 수축점(316)은 상부 벤투리 말단 단부(310b) 위의 고도에 있을 수 있다. 상부 벤투리(310)의 내부 직경이 점점 좁아지는 것은 선형, 또는 비 선형, 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 벤투리 효과에 따라 벤투리 또는 벤투리 튜브에서의 액체 속도 및 압력 변화들 사이의 관계는 종래 기술에 잘 알려져 있다.
실시예에서, 상부 벤투리(310)의 하나 이상의 부분들은 적어도 실질적으로 점점 좁아지지 않을 수 있고; 예를 들어, 상부 벤투리(310)의 근접 부분 및/또는 말단 부분은 적어도 실질적으로 원통형일 수 있다(예를 들어, 도 3a를 참조). 실시예에서, 상부 벤투리 출구(314)의 직경, DUO은 상부 벤투리 수축점(316)의 내부 직경, DUC과 동일하거나, 실질적으로 동일할 수 있다 (DUO = DUC). 다른 실시예에서, 상부 벤투리(310)는 상부 벤투리 수축점(316)의 말단으로 점점 넓어질 수 있어서, 상부 벤투리 출구(314)의 직경, DUO은 상부 수축점(316)의 내부 직경, DUC보다 클 수 있다 (DUO > DUC) (예를 들어, 도 3c를 참조).
도 4a는 혼합 디바이스의 하부 벤투리의 사시도를 도시하고, 도 4b는 상부 벤투리 출구에 대해 혼합 디바이스를 위한 하부 벤투리의 단면도를 도시한다. 도 4c는 다른 실시예에 따라 하부 벤투리의 단면도를 도시한다. 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 하부 벤투리(330)는 하부 벤투리 근접 단부(330a)에서의 축방향 입구(332)와, 하부 벤투리 말단 단부(330b)에서의 축방향 출구(334)를 포함할 수 있다. 하부 벤투리 입구(332) 및 하부 벤투리 출구(334) 각각은 적어도 실질적으로 원형일 수 있다. 하부 벤투리(330)는 수축점(336)을 더 포함할 수 있다. 하부 벤투리 수축점(336)은, 내부 직경, DLC이 최소로 점점 좁아진 하부 벤투리(330)를 따르는 장소로서 정의될 수 있다. 하부 벤투리(330)의 내부 직경이 점점 좁아지는 것은 선형, 또는 비 선형, 또는 이들의 조합일 수 있다. 실시예에서, 하부 벤투리(330)의 부분은 적어도 실질적으로 점점 좁아지지 않을 수 있다. 비 제한적인 예로서, 실시예에서, 하부 벤투리 수축점(336)의 말단인 하부 벤투리(330)의 부분은 적어도 실질적으로 원통형일 수 있다(예를 들어, 도 4c를 참조).
도 4b를 추가로 참조하면, 하부 벤투리(330)는 길이 LL를 가질 수 있다. 하부 벤투리 수축점(336)은 내부 직경 DLC을 가질 수 있고, 상부 벤투리 출구(314)는 직경 DUO을 가질 수 있다. 다양한 실시예들에 따라, EA1 및 EA2 로 라벨이 붙여진 수직 바들(도 4b) 각각은 각각 하부 벤투리 근접 단부(330a) 및 하부 벤투리 수축점(336)에 대해 공급물 주입 어레이(들)(320/320')의 장소에 대한 고도들의 범위를 나타낼 수 있다. EA1 및 EA2 에 대응하는 거리들은 각각 하부 벤투리 근접 단부(330a) 및 하부 벤투리 수축점(336)에 수직으로 중심이 두어진다. EA1 로 라벨이 붙여진 바는 상부 벤투리 출구(314)의 직경, DUO에 대한 거리(임의의 단위들)를 나타내는데 사용될 수 있고, EA2로 라벨이 붙여진 바는 하부 벤투리 수축점(336)의 내부 직경, DLC에 대한 거리(임의의 단위들)를 나타내는데 사용될 수 있다.
실시예에서, 혼합 디바이스(300)는 EA1로 라벨이 붙여진 바 내의 고도에서 단일 공급물 주입 어레이(320)를 가질 수 있고; 다른 실시예에서, 혼합 디바이스(300)는 EA2로 라벨이 붙여진 바 내의 고도에서 단일 공급물 주입 어레이(320')를 가질 수 있고; 또 다른 실시예에서, 혼합 디바이스(300)는 EA1 로 라벨이 붙여진 바 내의 고도에서 제1 공급물 주입 어레이(320) 및 EA2로 라벨이 붙여진 바 내의 고도에서 제2 공급물 주입 어레이(320')를 가질 수 있다.
실시예에서, 공급물 주입 어레이(320)는 하부 벤투리 근접 단부(330a)와 동일한 고도 또는 동일한 고도 주위에 배치될 수 있어서, 공급물 주입 어레이(320)는 하부 벤투리 근접 단부(330a) 위 또는 아래에 (≤) 0.5EA1보다 크지 않은 거리에 걸친 범위 내의 고도에 배치되고, EA1는 상부 벤투리 출구(314)의 직경, DUO의 20%와 동일하다. 다른 실시예들에서, 거리 EA1는 직경 DUO의 50%와 동일할 수 있거나 (EA1 = 0.5DUO) 직경 DUO의 100%와 동일할 수 있다 (EA1 = DUO).
다른 실시예에서, 공급물 주입 어레이(320')는 하부 벤투리 수축점(336)과 동일한 고도 또는 동일한 고도 주위에 배치될 수 있어서, 공급물 주입 어레이(320')는 하부 벤투리 수축점(336) 위 또는 아래에 (≤) 0.5EA2보다 크지 않은 거리에 걸친 범위 내의 고도에 배치되고, EA2는 하부 벤투리 수축점(336)의 내부 직경, DLC의 20%와 동일하다. 다른 실시예들에서, 거리 EA2는 내부 직경 DLC의 50%와 동일할 수 있거나 (EA2 = 0.5DLC) 내부 직경 DLC의 100%와 동일할 수 있다 (EA2 = DLC). 도 4b의 바들 EA1 및 EA2 에 의해 기술된 것들 외의 공급물 주입 어레이(들)(320, 320')에 대한 고도들이 또한 가능하다.
실시예에서, 혼합 디바이스(300)에 대한 공급물 주입 어레이(320)는, 복수의 공급물 주입 노즐들(322) 각각의 축이 0도 내지 90도의 범위로 상부 벤투리(310)의 축으로의 각도에 있도록 구성될 수 있다. 도 5a는 공급물 주입 어레이(320)의 복수의 공급물 주입 노즐들(322)에 관해 상부 벤투리(310)의 말단 (하부) 부분을 도시한다. 실시예에서, 각 공급물 주입 노즐(322)의 축, AN과 상부 벤투리(310)의 축, AU 사이의 각도(θ)는 0도보다 클 수 있고(>) 90도보다 크지 않을 수 있어서(≤), 각 공급물 주입 노즐(322)의 축은 상부 벤투리 출구(314) 아래의 고도에서 상부 벤투리(310)의 축을 양분한다. 서브-실시예에서, 양분 각도, θ,는 20도 내지 90도, 또는 25도 내지 90도, 또는 30도 내지 90도의 범위에 있을 수 있다. 다른 실시예에서, 양분 각도는 80도 내지 90도, 또는 85도 내지 90도, 또는 적어도 실질적으로 직각의 범위에 있을 수 있다.
도 5a를 추가로 참조하면, 공급물 주입 노즐들(322a 및 322c)의 축들, AN은 상부 벤투리 출구(314) 아래의 고도에서 공통 양분에서 상부 벤투리(310)의 축, AU을 양분할 수 있다. 도 5a에서, 화살표 RE 는 상부 벤투리(310)로부터의 중앙 제트의 하향 방향을 나타낸다.
도 5b는 도 5a의 라인 5B-5B을 따라 볼 때, 각 공급물 주입 노즐의 축과의 상부 벤투리의 축의 양분을 도시한다. 도 5b에서, 각 축들, AN 상의 화살표는 공급물 주입 노즐들(322a 내지 322d)로부터 상부 벤투리(310)의 축, AU쪽으로의 각 측면 제트의 방향을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 주어진 공급물 주입 어레이(320)의 각 공급물 주입 노즐들(322a-d)은 상부 벤투리(310)의 축, AU로부터 등거리-방사상으로 이격될 수 있다. 도 5b는 예를 들어 예시의 명백함을 위해, 4개의 균일하게 이격된 공급물 주입 노즐들(322a 내지 322d)을 갖는 공급물 주입 어레이(320)를 도시한다. 사실상, 각 공급물 주입 어레이(320)는 공급물 주입 노즐들(322)의 다른 (예를 들어, 더 큰) 개수, 및 다른 배치들을 포함할 수 있다.
도 6a는 혼합 디바이스(300)의 상부 벤투리 및 하부 벤투리에 관한 벤투리간 채널의 단면도를 도시하고, 도 6b는 도 6a의 라인 6B-6B을 따라 볼 때, 상부 벤투리 출구 및 하부 벤투리 입구와 관련한 벤투리간 채널을 도시한다. 상부 벤투리(310)는 상부 벤투리 말단 단부(310b)에서의 축방향 출구(314)와, 하부 벤투리(330) 근접 단부(330a)에서의 축방향 입구(332)를 갖는다(예를 들어, 도 3a 내지 도 4b를 참조). 실시예에서, 하부 벤투리 입구(332)는 하부 벤투리 근접 단부(330a)와 상부 벤투리 말단 단부(310b) 사이의 벤투리간 채널(350)을 한정하기 위해 상부 벤투리 출구(314)로부터 방사상 바깥쪽으로 이격된다. 하부 벤투리 입구(332) 및 상부 벤투리 출구(314) 각각은 적어도 실질적으로 원형일 수 있다. 실시예에서, 벤투리간 채널(350)은 실질적으로 고리형일 수 있다(예를 들어, 도 6b를 참조). 실시예에서, 벤투리간 채널(350)은 반응기 베슬(200)의 내부 재순환 스트림의 흐름을 허용하고, 내부 재순환 스트림은 벤투리간 채널(350)을 통해 하향으로 하부 벤투리 출구(334)로부터 하부 벤투리(330)로 흐를 수 있다.
도 6a를 추가로 참조하면, 벤투리간 채널(350)을 통한 내부 재순환 스트림의 흐름은 RI로 라벨이 붙여진 화살표들에 의해 표시되는 한편, 상부 벤투리 출구(314)로부터 흐르는 외부 재순환 스트림은 RE로 라벨이 붙여진 화살표들에 의해 표시된다. 예를 들어 벤투리간 채널(350) 및 하부 벤투리(330)를 통해 반응기 베슬(200)의 내부 재순환 스트림의 흐름은 탄화수소 혼합물에서의 이온성 액체 촉매의 에멀전과 같은 다상 반응 시스템을 포함하는 반응기 내용물의 혼합을 추가로 촉진할 수 있다. 실시예에서, 외부 재순환 스트림의 흐름율에 대한 내부 재순환 스트림의 흐름율(단위 시간당 부피)의 비율은 0.1 내지 10, 또는 0.2 내지 5, 또는 0.25 내지 4의 범위에 있을 수 있다.
도 7a는 혼합 디바이스의 단면도를 개략적으로 도시하고, 도 7b는 도 7a의 라인 7B-7B를 따라 볼 때 혼합 디바이스의 공급물 주입 어레이를 도시한다. 도 7a 내지 도 7b의 혼합 디바이스(300)는 예를 들어, 도 3a 내지 도 4b를 참조하여 기재된 바와 같이, 상부 벤투리(310) 및 하부 벤투리(330)를 포함할 수 있다. 혼합 디바이스(300)는, 상부 벤투리(310)의 근접 부분만이 반응기 베슬 상부(202) 위에 배치되도록 수직 배향으로 반응기 베슬(200)에 배치될 수 있다. 상부 벤투리(310)의 말단 부분은 반응기 베슬 상부(202) 아래에 배치될 수 있고, 이와 밀봉가능하게 맞물릴 수 있다.
도 7a 내지 도 7b를 추가로 참조하면, 혼합 디바이스(300)는 상부 벤투리(310)의 말단 부분을 둘러싸는 자켓(380)을 포함할 수 있다. 자켓(380)은 고리형 공급물 도관(384)을 한정하기 위해 상부 벤투리(310)로부터 방사상 바깥쪽으로 배치될 수 있다. 자켓(380)은 자켓 근접 단부(380a)를 가질 수 있다. 실시예에서, 자켓 근접 단부(380a)는 반응기 베슬 상부(202)의 밑면과 밀봉가능하게 맞물릴 수 있다. 자켓(380)은 자켓 말단 단부(380b)에서의 자켓 베이스(382)를 포함할 수 있다. 자켓 베이스(382)는 상부 벤투리 말단 단부(310b)에, 또는 이에 인접하여 상부 벤투리(310)에 대해 밀봉될 수 있다. 복수의 공급물 주입 노즐들(322)은 공급물 주입 어레이(320)를 한정하기 위해 자켓 베이스(382)의 말단으로 연장할 수 있다(예를 들어, 도 7b를 참조). 공급물 도관(384)은 탄화수소 공급물(301)을 수용하기 위해 공급물 공급 라인(390)과 유체 왕래할 수 있고, 각 공급물 주입 노즐(322)은 각 공급물 주입 노즐들(322)로부터 탄화수소 공급물의 측면 제트의 투사를 위해 공급물 도관(384)과 유체 왕래할 수 있다. 실시예에서, 탄화수소 공급물의 각 측면 제트는 상부 벤투리 축, AU쪽으로 투사될 수 있어서, 각 측면 제트는 상부 벤투리 출구(314)로부터 투사된 중앙 제트와 충돌한다. 본 명세서에 개시된 시스템(100)을 위한 혼합 디바이스들은 특정한 공급물 도관 구성에 제한되지 않는다.
도 7b를 추가로 참조하면, 실시예에서, 공급물 주입 노즐들(322)은 고리형 및/또는 대칭적 공급물 주입 어레이(320)를 제공하도록 배치될 수 있다. 공급물 주입 어레이(320)의 각 공급물 주입 노즐(322)은 노즐 출구(324)를 가질 수 있다(예를 들어, 도 9a 및 도 11a 내지 도 11b를 참조). 노즐들(322)이 상부 벤투리 출구(314)의 주변(314')으로부터 방사상 바깥쪽으로 종료하는 것으로 도 7b에 도시되지만, 다른 실시예들에서, 공급물 주입 노즐들(322)은 상부 벤투리 출구(314)의 주변(314')으로, 또는 이를 너머서 방사상 안쪽으로 연장할 수 있다.
특정한 도면 또는 실시예를 참조하지 않고도, 혼합 디바이스(300)는 외부 재순환 스트림(화살표 RE)의 중앙 제트를 상부 벤투리 출구(314)로부터 하향으로 하부 벤투리(330)로 투사하기 위해 구성될 수 있다. 실시예에서, 외부 재순환 스트림의 흐름율은 탄화수소 공급물(301)의 흐름율의 2 내지 50배, 또는 탄화수소 공급물(301)의 흐름율의 2 내지 25배, 또는 탄화수소 공급물(301)의 흐름율의 4 내지 10배의 범위에 있을 수 있다. 실시예에서, 상부 벤투리(310)는, 상부 벤투리 출구(314) 양단의 압력 강하가 최대 약 110 psi가 될수 있도록 구성될 수 있는데, 예를 들어 적합하게 점점 좁아질 수 있고; 서브-실시예에서, 상부 벤투리 출구(314) 양단의 압력 강하는 10 내지 110 psi, 또는 50 내지 80 psi의 범위에 있을 수 있다. 도면들이 축적대로 도시되지 않을 수 있고 상부 벤투리 또는 다른 구성요소들의 특정한 설계를 나타내지 않는 개략도라는 것이 이해될 것이다.
상부 벤투리 입구(312)에 공급된 외부 재순환 스트림, RE은 반응되지 않은 탄화수소와 조합하여 이온성 액체 촉매를 포함할 수 있다. 실시예에서, 상부 벤투리 출구(314) 양단의 압력 강하는 이온성 액체 촉매의 작은 방울 내지 미세 방울을 포함하는, 예를 들어 1 내지 1000 미크론, 또는 5 내지 250 미크론, 또는 10 내지 150 미크론의 범위에 있는 이온성 액체 촉매 방울 직경을 갖는 이온성 액체/탄화수소 에멀전을 생성할 수 있다. 따라서, 상부 벤투리 출구(314)로부터 투사된 외부 재순환 스트림의 중앙 제트는 반응되지 않은 탄화수소에서 분산된 이온성 액체 촉매의 작은 방울 내지 미세 방울을 갖는 그러한 에멀전을 포함할 수 있다. 그러한 방울들은 높은 반응율 및 고품질의 생성물(예를 들어, 알킬레이트)을 생성할 이온성 액체 촉매 표면적 뿐 아니라, 하류에서 후속적인 상 분리에 전도성인 탄화수소/이온성 액체 혼합된 상을 제공할 수 있다.
도 8a는 혼합 디바이스의 부분을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 8b는 도 8a의 라인 8B-8B를 따라 볼 때, 혼합 디바이스의 공급물 주입 어레이를 도시한다. 도 8a 내지 도 8b에 의해 도시된 실시예들은 예를 들어, 도 7a 내지 도 7b를 참조하여 위에 기재된 특정한 요소들, 특징들 및 특성들을 가질 수 있다. 하부 벤투리(330)는 명백함을 위해 도 8a로부터 생략된다. 도 8a 내지 도 8b에 의해 도시된 실시예에서, 공급물 주입 어레이(320)는, 각 공급물 주입 노즐(322)의 축, AN이 약 90도의 각도(θ), 또는 실질적으로 직각에서 상부 벤투리(310)의 축, AU을 양분하도록 구성될 수 있다. 따라서, 실시예에서, 각 공급물 주입 노즐(322)의 축, AN은 상부 벤투리 출구(314)에 의해 한정된 평면에 적어도 실질적으로 평행할 수 있다. 각 공급물 주입 노즐(322)의 축이 상부 벤투리(310)의 축에 직교하거나, 적어도 실질적으로 직교하는 실시예들은 임의의 특정한 공급물 도관 구성(들)에 제약되지 않는다.
실시예에서, 예를 들어, 도 8a 내지 도 8b에 도시된 바와 같이, 각 공급물 주입 노즐(322)은 상부 벤투리 출구(314)의 주변(314')으로부터 방사상 안쪽으로의 장소에서 종료할 수 있어서, 상부 벤투리 출구(314)로부터 투사된 중앙 제트는 각 공급물 주입 노즐(322)의 적어도 종료 부분과 충돌할 수 있다. 공급물 주입 노즐(322)이 상부 벤투리 출구(314)의 주변(314')의 방사상 안쪽으로 연장하는 것으로 도 8b에 도시되지만, 다른 실시예들에서, 공급물 주입 노즐들(322)은 상부 벤투리 출구(314)의 주변(314')으로부터 방사상 바깥쪽으로 종료할 수 있거나, 공급물 주입 노즐들(322)은 상부 벤투리 출구(314)의 주변(314')과 방사상-등거리에서 종료할 수 있다.
도 9a는 혼합 디바이스의 부분을 개략적으로 도시하고, 도 9b는 도 9a의 라인 9B-9B을 따라 볼 때 혼합 디바이스의 공급물 주입 어레이를 도시한 확대도이다. 도 9a에서, 하부 벤투리(330)는 생략되고, 상부 벤투리(310)는 예시의 명백함을 위해 절단된다. 혼합 디바이스(300)는, 상부 벤투리(310)의 근접 부분만이 반응기 베슬 상부(202) 위에 배치되도록 수직 배향으로 반응기 베슬(200)에 배치될 수 있다.
도 9a 내지 도 9b를 추가로 참조하면, 실시예에서, 혼합 디바이스(300)는 복수의 공급물 주입 노즐들(322)을 포함하는 공급물 주입 어레이(320)를 포함할 수 있다. 각 공급물 주입 노즐(322)은 공급물 주입 매니폴드(386)와 유체 왕래할 수 있다. 실시예에서, 공급물 주입 매니폴드(386)는 적어도 실질적으로 고리형일 수 있다. 공급물 주입 매니폴드(386)는 탄화수소 공급물을 각 공급물 주입 노즐들(322)에 분배하기 위해 예를 들어, 관형 공급물 도관(384')을 통해, 공급물 공급 라인(390)과 유체 왕래할 수 있다. 실시예에서, 공급물 주입 노즐들(322)은 (아래의) 공급물 주입 매니폴드(386)의 말단으로 연장할 수 있다. 실시예에서, 관형 공급물 도관(384')은 상부 벤투리(310)의 측면으로 배치될 수 있다.
도 9b를 추가로 참조하면, 실시예에서, 공급물 주입 노즐들(322)은 고리형 및/또는 대칭적인 공급물 주입 어레이(320)를 제공하도록 배치될 수 있다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 각 공급물 주입 노즐(322)은 탄화수소 공급물의 측면 제트의 그로부터의 투사를 위한 노즐 출구(324)를 가질 수 있다. 실시예에서, 노즐 출구(324)는 각 공급물 주입 노즐(322)의 단자들(322')에 축방향으로 위치될 수 있다(예를 들어, 도 11a 내지 도 11b를 참조). 실시예에서, 각 측면 제트는 상부 벤투리(310)의 축쪽으로 투사될 수 있어서, 각 측면 제트는 상부 벤투리 출구(314)로부터 투사된 액체의 중앙 제트와 충돌한다.
도 10은 하부 벤투리의 수축점과 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에서 공급물 주입 어레이를 갖는 혼합 디바이스를 위한 하부 벤투리를 개략적으로 도시한 단면도이다. 하부 벤투리(330)는 하부 벤투리 근접 단부(330a)에서의 축방향 입구(332)와, 하부 벤투리 말단 단부(330b)에서의 축방향 출구(334)를 가질 수 있다. 하부 벤투리(330)는 하부 벤투리 수축점(336)을 추가로 가질 수 있고, 하부 벤투리 수축점(336)은 하부 벤투리 근접 단부(330a)와 하부 벤투리 말단 단부(330b) 사이에, 즉 하부 벤투리 입구(332) 아래 및 하부 벤투리 출구(334) 위의 고도에 배치될 수 있다. 공급물 주입 어레이(320)는 하부 벤투리 수축점(336)과 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 배치될 수 있다. 공급물 주입 어레이(320)는 복수의 공급물 주입 노즐들(322)을 포함할 수 있다. 각 공급물 주입 노즐(322)은 탄화수소 공급물을 공급물 주입 노즐들(322)에 공급하기 위해 공급 도관(예를 들어, 도 9a를 참조)과 유체 왕래할 수 있다.
도 10을 추가로 참조하면, 각 공급물 주입 노즐(322)은 하부 벤투리(330)의 내부로 연장할 수 있다. 각 공급물 주입 노즐(322)은 하부 벤투리 수축점(336)과 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에서 탄화수소 공급물의 측면 제트를 하부 벤투리(330)로 투사할 수 있다. 하부 벤투리(330)를 통해 흐르는 액체, 예를 들어 반응기 베슬의 내부- 및 외부 재순환 스트림들의 혼합물은 공급물 주입 어레이(320)의 각 측면 제트와 충돌할 수 있다. 실시예에서, 하부 벤투리(330)를 통해 흐르는 액체는 각 공급물 주입 노즐(322)의 단자 부분과 또한 충돌할 수 있다. 공급물 주입 어레이(320)는, 각 공급물 주입 노즐(322)의 축이 실질적으로 이전의, 도5a 내지 도 5b를 참조하여 기재된 바와 같이, 하부 벤투리(330)의 축 A L 을 양분할 수 있고, 하부 벤투리(330)는 상부 벤투리(310)와 동축에 있을 수 있다. 2개의 공급물 주입 노즐들은 예시의 명백함을 위해 도 10에 도시되고; 사실상, 공급물 주입 어레이(320)는 예를 들어, 이전에 기재된 바와 같이, 더 큰 수의 고리형으로 배치된 공급물 주입 노즐들(322)을 포함할 수 있다.
도 11a는 공급물 주입 노즐(322)의 단자 부분의 사시도를 도시하고, 도 11b는 도 11a의 라인 11B-11B을 따라 볼 때 공급물 주입 노즐(322)의 노즐 출구(324)의 확대도이다. 실시예에서, 노즐 출구(324)는 공급물 주입 노즐(322)의 단자(322')에 축방향으로 배치될 수 있어서, 노즐 출구(324)의 중심은 공급물 주입 노즐(322)의 축, AN과 충돌한다. 실시예에서, 노즐 출구(324)는 적어도 실질적으로 원형이거나 둥글 수 있다. 공급물 주입 노즐들(322) 및 노즐 출구들(324)에 대한 다른 구성들 및 형태들이 또한 가능하다.
하부 벤투리 근접 단부(330a)와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 배치된 공급물 주입 어레이(320)의 경우에, 각 공급물 주입 노즐(322)의 단자(322')는 상부 벤투리 출구(314)의 주변(314')과 동일한 방사상 장소에 또는 동일한 방사상 장소 주위에 있을 수 있다. 이러한 정황에서, "동일한 방사상 장소 또는 동일한 방사상 장소 주위에"라는 표현은, 각 공급물 주입 노즐(322)의 단자(322')가 상부 벤투리 출구(314)의 주변(314')으로부터 방사상 안쪽으로 또는 방사상 바깥쪽으로 (≤) 0.2DUO보다 크지 않은 방사상 거리 내에 배치될수 있고,(예를 들어, 도 7b 및 도 8b를 참조), DUO는 상부 벤투리 출구(314)의 직경이다(예를 들어, 도 4b를 참조).
하부 벤투리 수축점(336)과 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 배치된 공급물 주입 어레이(320)의 경우에, 각 공급물 주입 노즐(322)의 단자(322')는 0.2 내지 0.5DLC, 또는 0.4DLC 내지 0.5DLC의 범위에서의 거리만큼 하부 벤투리 축, AL으로부터 방사상 바깥쪽으로 이격될 수 있고, DLC는 하부 벤투리 수축점(336)의 내부 직경이다.
주어진 공급물 주입 어레이(320)에 대해, 모든 노즐 출구들(324)은 동일한 고도 또는 실질적으로 동일한 고도에 있을 수 있다(예를 들어, 도 9a를 참조). 본 개시 및 첨부된 청구항들에서, 예를 들어 하부 벤투리에 대한 주어진 공급물 주입 어레이의 고도는 그러한 공급물 주입 어레이의 노즐 출구들(324)의 중심의 고도로서, 또는 이를 기준으로 한정될 수 있다.
도 12a는 상부 벤투리(310), 공급물 주입 고리(370), 및 하부 벤투리(330)를 포함하는 혼합 디바이스(300')를 개략적으로 도시한다. 실시예에서, 상부 벤투리(310)는 반응기 베슬 상부(202) 내에 수직으로 배치될 수 있다. 상부 벤투리(310)는 반응기 베슬 상부(202)에 부착될 수 있고, 이와 밀봉가능하게 맞물릴 수 있다.
도 12a에서, 상부 벤투리(310)의 축은 AU로 라벨이 붙여진 라인에 의해 표시된다. 하부 벤투리(330)는 상부 벤투리(310)와 동축에 있을 수 있다. 실시예에서, 하부 벤투리(330)는 예를 들어, 스틸 바 등과 같은 적합한 지지 구조들(미도시)을 이용하여 상부 벤투리(310)에 부착될 수 있다. 실시예에서, 하부 벤투리 근접 단부(330a)는 예를 들어, 이전에 기재된 바와 같이, 상부 벤투리 말단 단부(310b)와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 배치될 수 있다(예를 들어, 도 3b를 참조). 도 12a에서, 하부 벤투리 근접 단부(330a)는 예시의 명백함을 위해 상부 벤투리 말단 단부(310b) 아래에 도시될 수 있다.
실시예에서, 공급물 주입 고리(370)는 예를 들어, 위에 기재된 바와 같이 하부 벤투리 근접 단부(330a)와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 있을 수 있다(예를 들어, 도 4b를 참조). 혼합 디바이스(300')는 공급물 주입 고리(370)의 특정한 고도 또는 장소에 제한되지 않는다. 실시예에서, 상부 벤투리 말단 단부(310b), 공급물 주입 고리(370), 및 하부 벤투리(330)는 반응기 베슬(200) 내에 배치될 수 있다. 실시예에서, 공급물 주입 고리(370)는 상부 벤투리(310) 및 하부 벤투리(330) 모두와 동축으로 배치될 수 있다. 공급물 주입 고리(370)는 상부 벤투리(310) 및/또는 하부 벤투리(330)에 부착되고, 접착되거나 결합될 수 있다.
도 12b는 공급물 주입 고리(370)를 갖는 혼합 디바이스(300')의 부분을 개략적으로 도시하고, 도 12c는 도 12b의 라인 12C-12C를 따라 볼 때 공급물 주입 고리(370)를 도시하고, 도 12d 내지 도 12g 각각은 다양한 실시예들에 따라 도 12c의 라인 12D-G-12D-G를 따라 단면도로 볼 때 공급물 주입 고리(370)를 도시한다. 도 12b에서, 하부 벤투리(330)는 예시의 명백함을 위해 생략된다. 실시예에서, 혼합 디바이스(300')는 수직 배향으로 반응기 베슬(200)에 배치될 수 있어서, 상부 벤투리(310)의 근접 부분만이 반응기 베슬 상부(202) 위에 배치된다.
도 12b 내지 도 12c를 추가로 참조하면, 공급물 주입 고리(370)는 탄화수소 공급물(301)을 혼합 디바이스(300')에 제공하기 위해 예를 들어, 관형 공급물 도관(384')을 통해 공급물 공급 라인(390)과 유체 왕래할 수 있다. 실시예에서, 관형 공급물 도관(384')은 상부 벤투리(310)의 측면으로 배치될 수 있다. 공급물 주입 고리(370)는 고리 내부 부분(370a) 및 고리 외부 부분(370b)을 가질 수 있다. 각 공급물 주입 고리(370)는 고리 내부 부분(370a)에서의 하나 이상의 공급물 주입 포트들(372)을 가질 수 있다(예를 들어, 도 12d 내지 도 12g를 참조).
도 12b 내지 도 12g를 참조하면, 공급물 주입 고리(370)는 적어도 하나의 공급물 주입 포트(372)로부터 제2 액체의 고리 및/또는 대칭적 투사를 상부 벤투리(310)의 축, AU쪽으로 제공하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 공급물 주입 고리(370)는, 제2 액체가 상부 벤투리 말단 단부(310b)로부터 투사된 제1 액체의 중앙 제트와 충돌하는 적어도 하나의 제트로서 적어도 하나의 공급물 주입 포트(372)로부터 투사되도록 구성될 수 있다. 실시예에 따라, 공급물 주입 고리(370)로부터 상부 벤투리 축, Au쪽으로의 제2 액체의 투사는 L2로 라벨이 붙여진 화살표들에 의해 도 12c에 표시될 수 있다. 다양한 서브-실시예들에 따라, 도 12c에서 L2 로 라벨이 붙여진 화살표들은 제2 액체의 단일(예를들어, 고리) 제트, 또는 복수의 최대 4개의 제트들, 또는 복수의 4개보다 많은 제트들을 나타낼 수 있다.
도 12d는 고리 내부 부분(370a)에서 고리 슬릿 형태로 공급물 주입 포트(372)를 갖는 공급물 주입 고리(370)의 단면도이다. 도 12e는 고리 내부 부분(370a)에서 아치형 슬릿들의 형태로 복수의 공급물 주입 포트들(372)을 갖는 공급물 주입 고리(370)의 단면도이다. 도 12f는 고리 내부 부분(370a)에서 복수의 공급물 주입 포트들(372)을 갖는 공급물 주입 고리(370)의 단면도이고, 공급물 주입 포트들(372)은 적어도 실질적으로 원형일 수 있다. 도 12d 내지 도 12f의 실시예들에서 공급물 주입 포트들(372)이 공급물 주입 고리(370)의 실질적으로 수평 중간 선(M)에 배치되는 것으로 도시되지만(예를 들어, 도 12g를 참조), 공급물 주입 포트들(372)에 대한 다른 장소들이 또한 가능하다.
도 12g는 복수의 공급물 주입 포트들(372)을 갖는 공급물 주입 고리(370)의 단면도이다. 도 12g의 우측에서의 확대된 투사는 공급물 주입 고리(370)의 수평 중간 선(M)을 도시한다. 실시예에서, 공급물 주입 포트들(372)은 수평 중간 선(M) 위 또는 아래에 0 내지 45도의 각도 범위에 걸친 고리 내부 부분(370a) 상의 다양한 장소들에 배치될 수 있는데, 즉, θ는 0 내지 45도의 범위에 있을 수 있다. 실시예에서, 각 공급물 주입 고리(370)는 두 개(2) 내지 50개의 공급물 주입 포트들(372), 또는 네 개(4) 내지 40개의 공급물 주입 포트들(372), 또는 여섯 개(6) 내지 30개의 공급물 주입 포트들(372)을 가질 수 있다. 공급물 주입 고리(370)는 임의의 하나의 유형의 공급물 주입 포트(372)에 제한되지 않고, 주어진 공급물 주입 고리(370)는 다양한 조합들로 2개 이상의 상이한 유형들의 공급물 주입 포트들(372)을 가질 수 있다.
실시예에서, 상부 벤투리 출구로부터 중앙 제트를 포함하는 제1 액체는 반응기 베슬의 외부 재순환 스트림을 포함할 수 있고, 제2 액체는 탄화수소 공급물을 포함할 수 있다. 실시예에서, 외부 재순환 스트림은 첨가된 신선한 이온성 액체 촉매와 조합하여 반응기 폐수를 포함할 수 있고, 반응기 폐수는 신선한 이온성 액체 촉매의 첨가 이전에 또는 이후에 순환 루프에서 냉각되었을 수 있다. 실시예에서, 이온성 액체 촉매는 예를 들어, 아래에 기재된 클로로알루미네이트 이온성 액체를 포함할 수 있다. 실시예에서, 탄화수소 공급물은 예를 들어 또한 아래에 기재되는 바와 같이, 이온성 액체 촉매화된 알킬화를 위해, 올레핀 공급물 스트림, 이소파라핀 공급물 스트림, 및 혼합된 올레핀/이소파라핀 공급물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 13은 다른 실시예에 따라 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템 및 프로세스를 개략적으로 도시한다. 도 13의 시스템(100')은 반응기 베슬 상부(202), 반응기 베슬 베이스(203), 및 베슬 출구(204)를 갖는 반응기 베슬(200); 및 반응기 베슬 상부(202)에 배치된 하나 이상의 혼합 디바이스들(300/300')을 포함할 수 있다(예를 들어, 도 2 내지 도 12g를 참조). 시스템(100')은 시스템(100)과 공통인 요소들 및 특징들을 가질 수 있다(예를 들어, 도 1d를 참조). 반응기 베슬(200)에서, 적어도 하나의 이소파라핀 및 적어도 하나의 올레핀은 이온성 액체 알킬화 조건들 하에서 이온성 액체 촉매와 접촉될 수 있다. 이온성 액체 알킬화 반응들을 수행하는데 적합할 수 있는 이온성 액체 알킬화 조건들, 공급 원료들, 및 이온성 액체 촉매들이 예를 들어 아래에 기재된다.
실시예에서, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 프로세스는 공동-촉매, 또는 촉매 촉진제, 또는 촉매 촉진제와 공동-촉매 모두를 반응기 베슬(200)에 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 실시예에서, 그러한 공동-촉매는 알킬 클로라이드를 포함할 수 있다. 모듈러 반응기로의 첨가를 위한 촉매 촉진제는 HCl과 같은 할로겐화 수소를 포함할 수 있다. 실시예에서, 공동-촉매 및/또는 촉매 촉진제는 탄화수소 공급물을 통해, 또는 이온성 액체 촉매 공급물을 통해, 또는 반응기베슬(200)로의 개별적인 직접 주입에 의해 반응기 베슬(200)에 공급될 수 있다. 반응기 베슬(200)로의 공동-촉매(들) 및/또는 촉매 촉진제(들)의 첨가는 도면들에 도시되지 않는다. 공동-촉매(들) 및/또는 촉매 촉진제(들)를 반응기 베슬(200)에 도입하기 위한 다양한 방법들 및 기술들은 당업자에게 명백할 것이다.
시스템(100')은 순환 루프(400)를 더 포함할 수 있다. 순환 루프(400)는 베슬 출구(204)에 결합된 제1 루프 단부(400a)와 혼합 디바이스(300/300')에 결합된 제2 루프 단부(400b)를 포함할 수 있다. 순환 루프(400)는 순환 펌프(406) 및 열 교환기(408)를 더 포함할 수 있다. 순환 루프(400)는 예를 들어, 베슬 출구(204) 및 혼합 디바이스(300/300')로의 순환 루프(400)의 결합 구성요소들을 위한 적어도 하나의 순환 루프 도관(410)을 더 포함할 수 있다.
시스템(100')은 순환 루프(400)와 유체 왕래하는 이온성 액체/탄화수소(IL/HC) 분리기(500), 및 IL/HC 분리기(500)와 유체 왕래하는 분류 유닛(600)을 더 포함할 수 있다. 반응기 폐수(206)는 베슬 출구(204)를 통해 반응기 베슬(200)로부터 순환 루프(400)로 후퇴될 수 있다. 반응기 폐수(206)의 부분은 순환 루프(400)로부터 라인(501)을 통해, 반응기 폐수의 부분을 탄화수소 상(502) 및 이온성 액체 상(403')으로 분리하기 위한 IL/HC 분리기(500)에 공급될 수 있다. 그러한 상 분리에 사용될 수 있는 분리 프로세스들의 비-제한적인 예들은 융합, 상 분리, 추출, 막 분리, 및 부분 응축을 포함한다. IL/HC 분리기(500)는 예를 들어 다음의 하나 이상을 포함할 수 있다: 세틀러, 융합기, 원심 분리기, 사이클론, 증류 컬럼, 응축기, 및 필터. 실시예에서, IL/HC 분리기(500)는 중력 기반의 세틀러, 중력 기반의 세틀러로부터 하류에 배치된 융합기를 포함할 수 있다.
IL/HC 분리기(500)가 순환 루프(400) 외부에 있을 수 있다는 것을 도 13으로부터 알 수 있다. 실시예에서, 순환 루프(400)는 반응기 폐수(206) 또는 외부 재순환 스트림, RE의 상 분리를 위한 유닛 또는 장치를 갖지 않을 수 있다. 따라서, 반응기 폐수(206)는 순환 루프(400) 내에서 반응기 폐수(206) 또는 외부 재순환 스트림을 분리하려는 어떠한 시도 없이 반응기 베슬(200)로 재순환될 수 있다. 순환 루프(400) 외부의 IL/HC 분리기(500)를 갖는 시스템(100')은, IL/HC 분리기(500)가, 분리기가 탄화수소 재활용 루프 내의 후퇴된 반응기 폐수의 100%의 상 분리에 사용될 수 있는 시스템에 대한 것보다 더 작도록 한다.
IL/HC 분리기(500)로부터의 탄화수소 상(502)은 라인(503)을 통해 분류 유닛(600)에 공급될 수 있다. IL/HC 분리기(500)로부터의 탄화수소 상은 알킬레이트 성분들(생성물) 뿐 아니라, 이소부탄을 포함하는 탄화수소 공급물(301)의 반응되지 않은 성분들을 포함할 수 있다. 알킬레이트 성분들은 예를 들어, C7 - C8 이소파라핀과 같은 C5 - C11 알칸들을 포함할 수 있다. IL/HC 분리기(500)로부터의 탄화수소 상은 하나 이상의 생성물들(602a 내지 602n) 및 이소부탄 단편을 제공하기 위해 분류 유닛(600)을 통해 분류될 수 있다. 실시예에서, 생성물들(602a 내지 602n)은 알킬레이트, n-부탄 및 프로판을 포함할 수 있다. 실시예에서, 분류 유닛(600)은 하나 이상의 증류 컬럼들을 포함할 수 있다.
분류 유닛(600)으로부터의 이소부탄 스트림의 적어도 일부분은 라인(604)을 통해 혼합 디바이스(들)(300/300') 및 반응기 베슬(200)로 재순환될 수 있다. 실시예에서, 재순환 이소부탄은 하나 이상의 혼합 디바이스들(300/300')을 통해 반응기 베슬(200)로 주입하기 위한 혼합된 탄화수소 공급물(301)을 제공하기 위해 올레핀 공급물 스트림(301a) 및 구조(make-up) 이소부탄 공급물 스트림(301b) 중 적어도 하나와 사전 혼합될수 있다.
IL/HC 분리기(500)로부터의 이온성 액체 상(403')은 라인(505)을 통해 순환 루프(400)로 재순환될 수 있다. 구조(make-up) (신선한) 이온성 액체 촉매(403)는 라인(509)을 통해 재순환된 이온성 액체 촉매와 조합될 수 있다. 조합된 신선한 및 재순환된 이온성 액체 촉매는 열 교환기(408)를 통해 냉각될 수 있는 외부 재순환 스트림, RE을 제공하기 위해 순환 루프(400) 내의 반응기 폐수에 주입될 수 있다. 냉각된 외부 재순환 스트림은 순환 루프(400) 및 혼합 디바이스(들)(300/300')를 통해 반응기 베슬(200)로 재순환될 수 있다. 실시예에서, 이온성 액체 촉매는 0.5 내지 50 부피%, 또는 1 내지 10 부피%, 또는 2 내지 6 부피%의 범위에서 반응기 베슬(200)에서 전체 이온성 액체 촉매 부피를 유지할 정도로 충분한 비율로 시스템(100')에 첨가될 수 있다.
실시예에서, 이온성 액체 상(403')은 촉매 서지 베슬(미도시)을 통해 직접적으로 또는 간접적으로 순환 루프(400)로 재순환될 수 있다. 실시예에서, IL/HC 분리기(500)로부터의 이온성 액체 상(403')의 부분은 예를 들어, 아래에 기재되는 바와 같이, 이온성 액체 촉매 재생성을 위해 라인(507)을 통해 다른 베슬들(미도시)로 후퇴되거나 정화될 수 있다.
이온성 액체 촉매화된 알킬화를 위한 공급 원료들
실시예에서, 이온성 액체 촉매화된 알킬화를 위한 공급 원료들은 다음의 것들 중 하나 이상에서 또는 이로부터 탄화수소 스트림들을 함유하는 다양한 올레핀 및 이소파라핀을 포함할 수 있다: 석유 정제 공장, 가스-액체 전환 플랜트, 석탄-액체 전환 플랜트, 나프타 크래커, 중간 증류 크래커, 천연 가스 생산 유닛, LPG 생산 유닛, 및 왁스 크래커 등.
올레핀 함유 스트림들의 예들은 FCC 오프-가스, 코커 가스, 올레핀 복분해 유닛 오프-가스, 폴리올레핀 가솔린 유닛 오프-가스, 메탄올-올레핀 유닛 오프-가스, FCC 경 나프타, 코커 경 나프타, 피셔-트롭쉐 유닛 응축물, 및 균열된 나프타를 포함한다. 몇몇 올레핀 함유 공급물 스트림들은 에틸레, 프로필렌, 부틸렌, 펜텐, 및 최대 C10 올레핀들, 즉, C2 - C10 올레핀, 및 이들의 혼합물들로부터 선택된 적어도 하나의 올레핀을 함유할 수 있다. 그러한 올레핀 함유 스트림들은 예를 들어, 미국 특허 제 7,572,943에 추가로 기재되고, 그의 개시 내용은 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함되어 있다.
이소파라핀 함유 스트림들의 예들은 FCC 나프타, 히드로크래커 나프타, 코커 나프타, 피셔-트롭쉐 유닛 응축물, 천연 가스 응축물, 및 균열된 나프타를 포함하지만, 여기에 제한되지 않는다. 그러한 스트림들은 적어도 하나의 C4 - C10 이소파라핀을 포함할 수 있다. 실시예에서, 그러한 스트림들은 2개 이상의 이소파라핀들의 혼합물을 포함할 수 있다. 서브-실시예에서, 이온성 액체 촉매화된 알킬화 프로세스 동안 알킬화 반응기로의 이소파라핀 공급물은 이소부탄을 포함할 수 있다.
파라핀 알킬화
실시예에서, 탄화수소들의 혼합물의 알킬화는 알킬레이트 가솔린을 생성하기 위해 알려진 상태들 하에서 반응기 베슬에서 수행될 수 있고, 반응기 베슬은 알킬화 반응기 또는 알킬화 구역으로서 본 명세서에 언급될 수 있다. 알킬화 반응기에서의 알킬화 조건들은 원하는 생성 산출물 및 품질을 제공하도록 선택된다. 알킬화 반응기에서의 알킬화 반응은 일반적으로 액체 탄화수소 상에서, 배치 시스템, 반-배치 시스템, 또는 연속 시스템에서 수행된다. 알킬화 반응기에서의 촉매 부피는 0.5 내지 50 부피%, 또는 1 내지 10 부피%, 또는 2 내지 6 부피%의 범위에 있을 수 있다. 실시예에서, 활발한 혼합은 반응기 베슬의 단위 부피당 넓은 표면적에 걸쳐 탄화수소 반응제와 이온성 액체 촉매 사이의 접촉을 제공하기 위해 예를 들어, 이전에 기재된 바와 같이, 반응기 베슬마다 하나 이상의 혼합 디바이스들을 이용함으로써 얻어질 수 있다. 알킬화 반응 온도는 -20 내지 100, 또는 -15 내지 50와 같이 -40 내지 150의 범위에 있을 수 있다. 알킬화 압력은 대기압으로부터 8000 kPa의 범위에 있을 수 있다. 실시예에서, 알킬화 압력은 반응제를 액체 상으로 유지할 정도로 적어도 충분한 레벨로 유지된다. 반응기에서의 반응제의 체류 시간은 1초 내지 60시간의 범위에 있을 수 있다.
일실시예에서, 알킬화 반응기에서의 올레핀에 대한 이소파라핀의 몰비는 넓은 범위에 걸쳐 변할 수 있다. 일반적으로, 올레핀에 대한 이소파라핀의 몰비는 0.5:1 내지 100:1의 범위에 있을 수 있다. 예를 들어, 상이한 실시예들에서, 올레핀에 대한 이소파라핀의 몰비는 1:1 내지 50:1, 1.1:1 내지 10:1, 또는 1.1:1 내지 20:1에 있다. 낮은 올레핀에 대한 이소파라핀의 몰비들은 높은 분자량의 알킬레이트 생성물의 높은 산출량을 생성하는 경향을 가져서, 미국 특허 공보 제 US20110230692A1에 기재된 것과 같이, 알킬화 반응기를 증류 모드로 동작할 때 선택될 수 있다.
다른 탄화수소 전환 프로세스들
본 명세서에 개시된 시스템들은 산 이온성 액체 촉매를 이용하여 다른 탄화수소 전환 프로세스들에 사용될 수 있다. 탄화수소 전환 프로세스들의 몇몇 예들은 노멀 파라핀들이 이소파라핀으로 전환되는 C4 - C8 파라핀들의 이성질화, 더 높은 분자량의 올레핀들을 생성하기 위한 C3 - C30 올레핀들의 올리고머화, 분자에서의 이중결합의 장소를 시프트하거나(이중결합 이성질화) 또는 올레핀 분자들의 백-본을 시프트하기 위한(스켈레탈 이성질화) C3 - C30 올레핀들의 이성질화, 높은 분자량의 올레핀 및 파라핀의 낮은 분자량의 파라핀 및 올레핀으로의 크래킹, 및 알킬 방향족을 형성하기 위한 방향족을 이용한 올레핀의 알킬화를 포함한다.
탄화수소 전환 프로세스들을 위한 이온성 액체 촉매들
실시예에서, 탄화수소 전환 프로세스들을 위한 촉매는 합성물을 형성하는 적어도 2개의 성분들로 구성된 클로라이드-함유 이온성 액체 촉매일 수 있다. 클로라이드-함유 이온성 액체 촉매의 제1 성분은 알루미늄 할라이드, 알킬 알루미늄 할라이드, 갈륨 할라이드, 알킬 갈륨 할라이드, 인듐 할라이드, 및 알킬 인듐 할라이드를 포함하는, 그룹 13 금속들의 루이스 산 화합물과 같은 성분들로부터 선택된 루이스 산을 포함할 수 있다(주기율표의 그룹 13 금속들에 대해, 2005년 10월, 국제 순수 및 응용 화학 연맹(IUPAC), 버전 3을 참조). 그룹 13 금속들의 것들 외에 다른 루이스 산 화합물들이 또한 사용될 수 있다. 일실시예에서, 제1 화합물은 알루미늄 할라이드 또는 알킬 알루미늄 할라이드이다. 예를 들어, 알루미늄 트리클로라이드는 클로라이드-함유 이온성 액체 촉매의 제1 성분일 수 있다.
클로라이드-함유 이온성 액체 촉매를 포함하는 제2 성분은 유기 염 또는 염들의 혼합물이다. 이들 염들은 일반식 Q+A-에 의해 특징지어질 수 있고, Q+는 암모늄, 포스포늄, 보로늄, 이오도늄, 또는 설포늄 양이온이고, A-는, Cl-, Br-, ClO4 -, NO3 -, BF4 -, BCl4 -, PF6 -, SbF6 -, AlCl4 -, TaF6 -, CuCl2 -, FeCl3 -, HSO3 -, RSO3 -(R은 1 내지 12 탄소 원자들을 갖는 알킬기이다), SO3CF3 -, 및 3 -설퍼트리옥시페닐과 같은 음으로 대전된 이온이다. 일실시예에서, 제2 성분은 예를 들어, 트리메틸아민 히드로클로라이드, 메틸트리부틸암모늄 할라이드, 트리알킬포스포늄 히드로클로라이드, 테트라알킬포스포늄 클로라이드, 메틸트리알킬포스포늄 할라이드, 또는 히드로카빌 치환된 피리디늄 할라이드 화합물들, 예를 들어 1-부틸피리디늄 할라이드, 벤질피리디늄 할라이드와 같은 치환된 헤테로시클릭 암모늄 할라이드 화합물들, 또는 예를 들어 1-에틸-3-메틸-이미다졸늄 클로라이드와 같은 히드로카빌 치환된 이미다졸륨 할라이드들과 같이 1 내지 12 탄소 원자들을 갖는 하나 이상의 알킬 모이어티들을 함유하는 4차 암모늄 또는 포스포늄 할라이드들을 갖는 것들로부터 선택된다.
일실시예에서, 클로라이드-함유 이온성 액체 촉매는 히드로카빌 치환된 피리디늄 클로로알루미네이트, 히드로카빌 치환된 이미다졸륨 클로로알루미네이트, 4차 아민 클로로알루미네이트, 트리알킬 아민 수소 클로라이드 클로로알루미네이트, 알킬 피리딘 수소 클로라이드 클로로알루미네이트, 및 이들의 혼합물들로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 예를 들어, 클로라이드-함유 이온성 액체 촉매는 각각 일반식 A 및 B의 알킬 치환된 피리디늄 클로로알루미네이트 또는 알킬 치환된 이미다졸륨 클로로알루미네이트와 같은 산 할로알루미네이트 이온성 액체일 수 있다.
Figure pct00001
화학식 A 및 B에서, R, R1, R2, 및 R3은 H, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 또는 헥실기이고, X는 클로로알루미네이트이다. 화학식 A 및 B에서, R, R1, R2, 및 R3은 동일하거나 동일하지 않을 수 있다. 일실시예에서, 클로라이드-함유 이온성 액체 촉매는 N-부틸피리디늄 클로로알루미네이트이다. 매우 산성 클로로알루미네이트들의 예들은 Al2Cl7 - 및 Al3Cl10 -이다.
다른 실시예에서, 클로라이드-함유 이온성 액체 촉매는 일반식 RR'RNH+ Al2Cl7 -을 가질 수 있고, 여기서 R, R', 및 R 은 1 내지 12 탄소를 함유하는 알킬기이고, R, R', 및 R 은 동일하거나 동일하지 않을 수 있다.
다른 실시예에서, 클로라이드-함유 이온성 액체 촉매는 일반식 RR'RR″'P+ Al2Cl7 -을 가질 수 있고, 여기서 R, R', R 및 R' 은 1 내지 12 탄소를 함유하는 알킬기이고, R, R', R 및 R' 은 동일하거나 동일하지 않을 수 있다.
제1 성분의 존재는 루이스 또는 프랭클린 산 특성을 클로라이드-함유 이온성 액체에 제공해야 한다. 일반적으로, 제1 성분의 제2 성분에 대한 몰비가 더 커질수록, 클로라이드-함유 이온성 액체 촉매의 산성은 더 커진다. 제1 성분(금속 할라이드)의 제2 성분(4차 아민 또는 4차 포스포러스)에 대한 몰비는 2:1 내지 1.1:1의 범위에 있다.
일실시예에서, 클로라이드-함유 이온성 액체 촉매는 수소 할라이드 및/또는 유기 할라이드와 알킬화 반응기에서 혼합된다. 수소 할라이드 또는 유기 할라이드는 전체 산성을 부스팅할 수 있고, 클로라이드-함유 이온성 액체 촉매의 선택도를 변화시킬 수 있다. 유기 할라이드는 알킬 할라이드일 수 있다. 사용될 수 있는 알킬 할라이드들은 알킬 브로마이드, 알킬 클로라이드, 알킬 이오다이드 및 이들의 혼합물들을 포함한다. 다양한 알킬 할라이드들이 사용될 수 있다. 알킬화 프로세스에서 공급물 스트림들을 포함하는 이소파라핀 또는 올레핀의 알킬 할라이드 유도체들은 좋은 선택이다. 그러한 알킬 할라이드들은 이소펜틸 할라이드, 이소부틸 할라이드, 부틸 할라이드(예를 들어, 1-부틸 할라이드 또는 2-부틸 할라이드), 프로필 할라이드 및 에틸 할라이드를 포함하지만, 여기에 제한되지 않는다. 1 내지 8 탄소 원자들을 갖는 다른 알킬 클로라이드 또는 할라이드들이 또한 사용될 수 있다. 알킬 할라이드들은 단독으로 또는 수소 할라이드와 조합하여 사용될 수 있다. 알킬 할라이드 또는 수소 할라이드는 알킬 할라이드 또는 수소 할라이드를 탄화수소 공급물에 주입함으로써 유닛에, 또는 이온성 액체 촉매에, 또는 알킬화 반응기에 직접 공급될 수 있다. HCl 또는 알킬화 클로라이드 사용량, 주입 장소, 및 주입 방법은 유기 클로라이드 부산물 형성의 양에 영향을 미칠 수 있다. 클로라이드-함유 이온성 액체 촉매들에 의한 탄화수소 전환을 촉진하기 위한 알킬 할라이드들의 이용은 미국 특허 제 7495144 및 미국 특허 공보 제20100298620A1에서 교시된다.
알킬 할라이드가 탄화수소 전환 조건들 하에서 분해하여 염화수소산(HCl) 또는 브롬화수소산(HBr)과 같은 브론스테드산 또는 수소 할라이드들을 유리한다고 여겨진다. 이들 브론스테드산 또는 수소 할라이드들은 탄화수소 전환 반응을 촉진시킨다. 일실시예에서, 수소 할라이드 또는 알킬 할라이드에서의 할라이드는 클로라이드이다. 일실시예에서, 알킬 할라이드는 알킬 클로라이드, 예를 들어 t-부틸 클로라이드이다. 수소 클로라이드 및/또는 알킬 클로라이드는 유리하게, 예를 들어 클로라이드-함유 이온성 액체 촉매가 클로로알루미네이트일 때 사용될 수 있다.
이온성 액체 촉매 재생성
사용 결과로서, 이온성 액체 촉매는 비활성화되는데, 즉 활성도를 손실하고, 결과적으로 교체될 필요가 있을 수 있다. 하지만, 이온성 액체 촉매들은 비용이 많이 들고, 교체는 상당한 동작 비용을 추가한다. 따라서, 온-라인 이온성 액체 촉매를 재생성하고, 이를 알킬화 프로세스에 재사용하는 것이 바람직하다. 산 이온성 액체 촉매들의 재생성은 미국 특허 번호 US 7651970, US 7674739, US 7691771, US 7732363, 및 US 7732364에서 교시된다.
이온성 액체 촉매를 활용하는 알킬화 프로세스들은 접합 폴리머들로서 알려진 부산물을 형성한다. 이들 접합 폴리머들은 크게 불포화된 분자들이고, 이온성 액체 촉매로 복합물을 형성함으로써 이온성 액체 촉매를 비활성화한다. 알킬화 반응기로부터의 사용된 이온성 액체 촉매의 부분은 재생성 반응기(미도시)로 보내지고, 이것은 이온성 액체 촉매로부터 접합 폴리머를 제거하고, 이온성 액체 촉매의 활성도를 복구한다. 재생성 반응기는, 접합 폴리머들을 포화하고 이온성 액체 촉매로부터 포화된 폴리머 분자들을 방출하는 금속 성분들을 포함한다. 재생성은 젓는 반응기 또는 고정된 베드 반응기에서 수행될 수 있다. 동작의 용이함을 위해, 고정된 베드 반응기가 사용될 수 있지만, 고정된 베드 재생성 반응기는 공급물 오염물로부터 유래된 분해 생성물 및 부식 생성물에도 불구하고, 코킹으로부터 플러깅하는데 더 허용가능하다. 적절한 기공 크기를 갖는 흡수 물질을 포함하는 가드 베드 베슬은 재생성 반응기로 가는 오염물을 최소화하기 위해 재생성 반응기 이전에 첨가될 수 있다.
생성물 분리 및 마무리
이온성 액체 촉매 및 수소 할라이드 공동-촉매를 함유하는 반응기로부터의 탄화수소 폐수 생성물은 수소 할라이드 또는 유기 할라이드 또는 무기 할라이드의 트레이스 양을 함유할 수 있다. 알루미늄 클로라이드 함유 촉매가 사용될 때, HCl, 유기 클로라이드 및 무기 클로라이드의 트레이스 양은 반응기 폐수에 존재할 수 있다. HCl 및 유기 클로라이드들은 포획되어 알킬화 반응기로 재순환되는 것이 바람직하다. 부식 생성물 또는 분해 생성물과 같은 무기 클로라이드들은 필터로 포획될 수 있다.
분리된 탄화수소 생성물은 HCl, 유기 클로라이드 및 무기 클로라이드의 트레이스 양을 여전히 함유할 수 있다. 생성물로부터의 HCl 및 무기 클로라이드의 제거는 일반적으로 부식 세척에 의해 이루어진다. 클로라이드 선택적 흡수는 잔류 클로라이드들을 포획하는데 사용될 수 있다. 유기 클로라이드는 수소화, 크래킹 또는 고온 부식 처리에 의해 HCl 및 유기 탄화수소로 전환될 수 있다. 클로라이드 감소를 위한 생성물의 처리는 예를 들어, 미국 특허 번호 7538256, US 7955498, 및 US 8327004에 교시된다.
본 명세서 및 첨부된 청구항들을 위해, 달리 표시되지 않으면, 본 명세서 및 청구항들에 사용된 양, 백분율 또는 비율 및 다른 수치 값들을 표현하는 모든 숫자들은 "약"이라는 용어에 의해 모든 경우들에서 변형되는 것으로 이해될 것이다. 더욱이, 본 명세서에 개시된 모든 범위들은 종점을 포함하고, 독립적으로 조합가능하다. 하한계 및 상한계를 갖는 수치 범위가 개시될 때마다, 범위 내에 있는 임의의 숫자는 또한 특별하게 개시된다.
정의되지 않은 임의의 용어, 약어 또는 약칭은 본 출원이 출원될 때 당업자에 의해 사용된 통상적인 의미를 갖는 것으로 이해된다. 단일 형태들은 표현적으로 및 분명하지 않게 한 경우에 제한되지 않으면 복수의 인용들을 포함한다.
본 출원에 언급된 모든 공보들, 특허들 및 특허 출원들은, 각 개별적인 공보, 특허 출원 또는 특허의 개시가 그 전체가 참고용으로 병합되는 것으로 특히 개별적으로 표시되더라도 그 전체가 참고용으로 동일한 정도로 본 명세서에서 병합된다.
도면들은 대표적이고, 축적대로 도시되지 않을 수 있다. 위에 개시된 예시적인 실시예들의 변형들은 본 개시를 고려하여 당업자에게 명백할 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항들의 범주 내에 있는 모든 구조 및 방법들을 포함하는 것으로 해석될 것이다. 달리 규정되지 않으면, 개별적인 성분 또는 성분들의 혼합물이 선택될 수 있는 요소들, 물질들 또는 다른 성분들의 속의 재인용은 기술된 성분들 및 혼합물들의 모든 가능한 서브-일반적인 조합들을 포함하도록 의도된다.

Claims (44)

  1. 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템으로서,
    상부를 갖는 반응기 베슬; 및
    상기 반응기 베슬의 상기 상부에 배치된 혼합 디바이스를 포함하고, 상기 혼합 디바이스는
    상부 벤투리 말단 단부에서 축방향 출구를 갖는 상부 벤투리로서, 상기 상부 벤투리 말단 단부는 상기 반응기 베슬 내에 배치되는, 상부 벤투리,
    상기 반응기 베슬 내에 배치된 적어도 하나의 공급물 주입 어레이로서, 각 상기 공급물 주입 어레이는 복수의 공급물 주입 노즐들을 포함하고, 각 상기 공급물 주입 어레이는 상기 상부 벤투리와 동축에 있는, 적어도 하나의 공급물 주입 어레이, 및
    하부 벤투리 근접 단부에서 축방향 입구를 갖는 하부 벤투리로서, 상기 하부 벤투리 근접 단부는 상기 반응기 베슬 내에 배치되는, 하부 벤투리를 포함하고,
    상기 하부 벤투리는 상기 상부 벤투리와 동축에 있고,
    상기 혼합 디바이스는 상기 상부 벤투리 출구로부터 하향으로 제1 액체의 중앙 제트를 상기 하부 벤투리로 투사하기 위해 구성되고,
    각 상기 공급물 주입 어레이는 제2 액체의 복수의 측면 제트들을 상기 상부 벤투리의 축쪽으로 투사하기 위해 구성되는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 하부 벤투리 입구는 벤투리간 채널을 제공하기 위해 상기 상부 벤투리 출구로부터 방사상 바깥쪽으로 이격되는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 하부 벤투리 입구는 상기 상부 벤투리 출구와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 배치되는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부 벤투리는 하부 벤투리 수축점을 갖고,
    상기 적어도 하나의 공급물 주입 어레이는 단일 공급물 주입 어레이를 포함하고,
    상기 단일 공급물 주입 어레이는 상기 혼합 디바이스의 제1 고도에, 또는 상기 혼합 디바이스의 제2 고도에 배치되고,
    상기 제1 고도는 상기 하부 벤투리 입구와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 있고,
    상기 제2 고도는 상기 하부 벤투리 수축점과 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 있는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 적어도 하나의 공급물 주입 어레이는
    상기 혼합 디바이스의 제1 고도에 배치된 제1 공급물 주입 어레이, 및
    상기 혼합 디바이스의 제2 고도에 배치된 제2 공급물 주입 어레이를 포함하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 고도는 상기 하부 벤투리 입구와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 있고,
    상기 하부 벤투리는 상기 하부 벤투리 입구 아래의 고도에서 하부 벤투리 수축점을 갖고,
    상기 제2 고도는 상기 하부 벤투리 수축점과 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 있는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    각 상기 공급물 주입 노즐은 상기 측면 제트들 중 하나를 투사하고,
    각 상기 공급물 주입 노즐은 상기 상부 벤투리 출구의 주변과 동일한 방사상 장소 또는 동일한 방사상 장소 주위에서 종료하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 각 상기 공급물 주입 노즐은 상기 상부 벤투리 출구의 상기 주변으로부터 방사상 안쪽으로의 장소에서 종료하여, 상기 중앙 제트는 각 상기 공급물 주입 노즐의 적어도 단자 부분과 충돌하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서, 각 상기 공급물 주입 어레이의 상기 복수의 공급물 주입 노즐들은 대칭적으로 배치되는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서, 각 상기 공급물 주입 어레이는 여섯 개(6) 내지 50개의 상기 공급물 주입 노즐들을 포함하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 시스템은, 각 상기 측면 제트가 상기 중앙 제트와 충돌하도록 구성되고,
    상기 시스템은, 상기 중앙 제트의 제1 액체 선형 속도가 각 상기 측면 제트의 제2 액체 선형 속도와 적어도 실질적으로 동일하도록 추가로 구성되는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서, 각 상기 공급물 주입 노즐의 축은 20도 내지 90도의 범위에서의 각도(θ)에서 상기 상부 벤투리의 축을 양분하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  13. 청구항 1에 있어서, 각 상기 공급물 주입 노즐의 축은 80도 내지 90도의 범위에서의 각도(θ)에서 상기 상부 벤투리의 축을 양분하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응기 베슬 및 상기 혼합 디바이스와 유체 왕래하는 순환 루프로서, 상기 순환 루프는 상기 반응기 베슬로부터 반응기 폐수를 상기 순환 루프로 후퇴하기 위해 상기 반응기 베슬의 베슬 출구에 결합된 제1 루프 단부를 갖고, 상기 순환 루프는 상기 혼합 디바이스에 결합된 제2 루프 단부를 더 갖고, 상기 순환 루프는
    신선한 이온성 액체 촉매를 상기 반응기 폐수에 첨가하기 위해 구성된 이온성 액체 촉매 입구로서, 상기 제1 액체는 상기 신선한 이온성 액체 촉매와 조합하여 상기 반응기 폐수를 포함하는, 이온성 액체 촉매 입구, 및
    상기 제1 액체를 냉각하기 위해 구성된 열 교환기를 포함하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 순환 루프와 유체 왕래하는 이온성 액체/탄화수소 분리기를 더 포함하고,
    상기 이온성 액체/탄화수소 분리기는 상기 순환 루프 외부에 있고,
    상기 시스템은 상기 순환 루프로부터 상기 반응기 페수의 부분을 상기 이온성 액체/탄화수소 분리기에 공급하기 위해 구성되고,
    상기 이온성 액체/탄화수소 분리기는 반응기 폐수의 부분을 이온성 액체 촉매 상 및 탄화수소 상으로 분리하기 위해 구성되는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 이온성 액체/탄화수소 분리기와 유체 왕래하는 분류 유닛을 더 포함하고,
    상기 분류 유닛은 하나 이상의 증류 컬럼들을 포함하고,
    상기 분류 유닛은 상기 탄화수소상으로부터 알킬레이트 생성물을 분리하기 위해 구성되는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  17. 청구항 14에 있어서, 상기 열 교환기 및 상기 혼합 디바이스와 유체 왕래하는 정적 혼합기를 더 포함하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  18. 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템으로서,
    상부를 갖는 반응기 베슬;
    상기 반응기 베슬의 상기 상부에 배치된 혼합 디바이스; 및
    상기 반응기 베슬과 유체 왕래하는 순환 루프를 포함하고, 상기 혼합 디바이스는
    상부 벤투리 말단 단부에서 축방향 출구를 갖는 상부 벤투리로서, 상기 상부 벤투리 말단 단부는 상기 반응기 베슬 내에 배치되고, 상기 혼합 디바이스는 상기 상부 벤투리 출구로부터 하향으로 제1 액체의 중앙 제트를 투사하기 위해 구성되는, 상부 벤투리;
    상기 반응기 베슬 내에 배치된 적어도 하나의 공급물 주입 어레이로서, 각 상기 공급물 주입 어레이는 복수의 공급물 주입 노즐들을 포함하고, 각 상기 공급물 주입 어레이는 제2 액체의 복수의 측면 제트들을 상기 상부 벤투리의 축쪽으로 투사하기 위해 구성되는, 적어도 하나의 공급물 주입 어레이; 및
    하부 벤투리 근접 단부에서 축방향 입구를 갖는 하부 벤투리로서, 상기 하부 벤투리는 상기 상부 벤투리와 동축으로 배치되고, 상기 하부 벤투리 입구는 상기 하부 벤투리와 상기 상부 벤투리 사이에 벤투리간 채널을 제공하기 위해 상기 상부 벤투리 출구로부터 방사상 바깥쪽으로 이격되고, 상기 순환 루프는 상기 반응기 베슬과 유체 왕래하는 열 교환기를 포함하고, 상기 열 교환기는 상기 반응기 베슬의 반응기 폐수를 냉각하기 위해 구성되고, 상기 순환 루프는 냉각된 반응기 폐수를 상기 혼합 디바이스에 전달하기 위해 상기 혼합 디바이스와 유체 왕래하고, 상기 제1 액체는 냉각된 반응기 폐수를 포함하는, 하부 벤투리를 포함하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 혼합 디바이스는 상기 중앙 제트를 상기 상부 벤투리 출구로부터 축방향으로 하향으로 상기 하부 벤투리 입구로 투사하기 위해 구성되고,
    각 상기 공급물 주입 노즐의 축은 상기 상부 벤투리 출구 아래의 고도에서 공통 양분에서 상기 상부 벤투리의 상기 축을 양분하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 하부 벤투리 근접 단부는 상기 상부 벤투리 근접 단부와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 배치되고,
    상기 적어도 하나의 공급물 주입 어레이는 상기 하부 벤투리 근접 단부와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 있고,
    상기 복수의 공급물 주입 노즐들은 상기 상부 벤투리 출구의 주변과 동일한 고도에서 또는 동일한 고도 주위에서 종료하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  21. 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템으로서,
    상부 및 베슬 출구를 갖는 반응기 베슬;
    상기 반응기 베슬과 유체 왕래하는 혼합 디바이스로서, 상기 혼합 디바이스는 상기 반응기 베슬의 상기 상부에 배치되는, 혼합 디바이스; 및
    상기 베슬 출구와 유체 왕래하는 순환 루프를 포함하고,
    상기 시스템은 상기 베슬 출구를 통해 상기 반응기 베슬로부터 반응기 폐수를 상기 순환 루프로 후퇴하기 위해 구성되고,
    상기 순환 루프는 후퇴된 반응기 폐수를 냉각하기 위해 구성된 열 교환기를 포함하고,
    상기 순환 루프는 외부 재순환 스트림을 상기 반응기 베슬에 제공하기 위해 상기 후퇴된 반응기 폐수의 적어도 부분을 상기 혼합 디바이스로 재순환하기 위해 구성되고, 상기 외부 재순환 스트림은 상기 후퇴된 반응기 페수를 포함하고, 상기 혼합 디바이스는
    상부 벤투리 근접 단부에서의 축방향 상부 벤투리 입구 및 상부 벤투리 말단 단부에서의 축방향 상부 벤투리 출구를 갖는 상부 벤투리로서, 상기 상부 벤투리는 상기 상부 벤투리 입구에서 상기 외부 재순환 스트림을 수용하기 위해 상기 순환 루프와 유체 왕래하고, 상기 상부 벤투리는 상기 상부 벤투리 출구로부터 방사상 하향으로 상기 외부 재순환 스트림의 중앙 제트를 투사하기 위해 구성되고, 상기 상부 벤투리 출구는 상기 반응기 베슬 내에 배치되는, 상부 벤투리,
    적어도 하나의 공급물 주입 어레이로서, 각 상기 공급물 주입 어레이는 복수의 공급물 주입 노즐들을 포함하고, 각 상기 공급물 주입 노즐의 축은 상기 상부 벤투리의 축을 양분하고, 각 상기 공급물 주입 어레이는 탄화수소 공급물의 복수의 측면 제트들을 상기 외부 재순환 스트림의 상기 중앙 제트쪽으로 동시에 투사하기 위해 구성되는, 적어도 하나의 공급물 주입 어레이, 및
    각 상기 공급물 주입 어레이 및 상기 상부 벤트리와 동축으로 배치된 하부 벤투리로서, 상기 하부 벤투리는 상기 하부 벤투리 근접 단부에서 축방향 하부 벤투리 입구를 갖고, 상기 하부 벤투리 입구는 상기 상부 벤투리 말단 단부와 상기 하부 벤투리 근접 단부 사이에 벤투리간 채널을 한정하기 위해 상기 상부 벤투리 출구로부터 방사상 바깥쪽으로 이격되는, 하부 벤투리를 포함하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 하부 벤투리 입구는 상기 상부 벤투리 출구와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 배치되고,
    상기 하부 벤투리 입구 및 상기 상부 벤투리 출구 각각은 적어도 실질적으로 원형이고,
    상기 벤투리간 채널은 적어도 실질적으로 고리형이고,
    상기 벤투리간 채널은 상기 반응기 베슬의 내부 재순환 스트림의 이를 통한 순환을 위해 구성되는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  23. 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템으로서,
    상부를 갖는 반응기 베슬; 및
    상기 반응기 베슬의 상기 상부에 배치된 혼합 디바이스를 포함하고, 상기 혼합 디바이스는
    상부 벤투리 말단 단부에서 축방향 출구를 갖는 상부 벤투리로서, 상기 상부 벤투리 말단 단부는 상기 반응기 베슬 내에 배치되는, 상부 벤투리,
    상기 반응기 베슬 내에 배치된 공급물 주입 고리로서, 상기 공급물 주입 고리는 적어도 하나의 공급물 주입 포트를 갖는, 공급물 주입 고리, 및
    하부 벤투리 근접 단부에서 축방향 입구를 갖는 하부 벤투리로서, 상기 하부 벤투리 근접 단부는 상기 반응기 베슬 내에 배치되는, 하부 벤투리를 포함하고,
    상기 하부 벤투리는 상기 상부 벤투리와 동축에 있고,
    상기 혼합 디바이스는 상기 상부 벤투리 출구로부터 하향으로 제1 액체의 중앙 제트를 상기 하부 벤투리로 투사하기 위해 구성되고,
    상기 공급물 주입 고리는 각 상기 공급물 주입 포트로부터 제2 액체를 상기 상부 벤투리의 축쪽으로 투사하기 위해 구성되는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  24. 청구항 23에 있어서, 상기 적어도 하나의 공급물 주입 포트는 상기 공급물 주입 고리의 내부 부분에서 고리형 슬릿을 포함하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  25. 청구항 23에 있어서, 상기 공급물 주입 고리는 2개(2) 내지 50개의 상기 공급물 주입 포트들을 갖는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  26. 청구항 25에 있어서, 상기 공급물 주입 포트들은 상기 공급물 주입 고리의 내부 부분 상에 대칭적으로 배치되는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  27. 청구항 23에 있어서, 상기 제2 액체는 각 상기 공급물 주입 포트로부터 제트로서 투사되는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  28. 청구항 23에 있어서,
    상기 공급물 주입 고리는 상기 상부 벤투리와 동축에 있고,
    상기 시스템은, 상기 제2 액체의 적어도 하나의 제트가 상기 중앙 제트와 충돌하도록 구성되는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  29. 청구항 23에 있어서, 상기 공급물 주입 고리는 상기 하부 벤투리 입구와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 배치되는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  30. 청구항 23에 있어서, 상기 하부 벤투리 입구는 벤투리간 채널을 제공하기 위해 상기 상부 벤투리 출구로부터 방사상 바깥쪽으로 이격되는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  31. 청구항 23에 있어서, 상기 하부 벤투리 입구는 상기 상부 벤투리 출구와 동일한 고도에 또는 동일한 고도 주위에 배치되는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  32. 청구항 23에 있어서,
    상기 반응기 베슬 및 상기 혼합 디바이스와 유체 왕래하는 순환 루프로서, 상기 순환 루프는 상기 반응기 베슬로부터 반응기 폐수를 상기 순환 루프로 후퇴하기 위해 상기 반응기 베슬의 베슬 출구에 결합된 제1 루프 단부를 갖고, 상기 순환 루프는 상기 혼합 디바이스에 결합된 제2 루프 단부를 더 갖고, 상기 순환 루프는
    신선한 이온성 액체 촉매를 상기 반응기 페수에 첨가하기 위해 구성된 이온성 액체 촉매 입구, 및
    상기 제1 액체를 냉각하기 위해 구성된 열 교환기로서, 상기 제1 액체는 상기 신선한 이온성 액체 촉매와 조합하여 상기 반응기 폐수를 포함하고, 상기 제2 액체는 탄화수소 공급물을 포함하는, 열 교환기를 포함하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  33. 청구항 32에 있어서,
    상기 순환 루프와 유체 왕래하는 이온성 액체/탄화수소 분리기를 더 포함하고,
    상기 이온성 액체/탄화수소 분리기는 상기 순환 루프 외부에 있고,
    상기 시스템은 상기 순환 루프로부터 상기 반응기 페수의 부분을 상기 이온성 액체/탄화수소 분리기에 공급하기 위해 구성되고,
    상기 이온성 액체/탄화수소 분리기는 반응기 폐수의 부분을 이온성 액체 촉매 상 및 탄화수소 상으로 분리하기 위해 구성되는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  34. 청구항 33에 있어서,
    상기 이온성 액체/탄화수소 분리기와 유체 왕래하는 분류 유닛을 더 포함하고,
    상기 분류 유닛은 하나 이상의 증류 컬럼들을 포함하고,
    상기 분류 유닛은 상기 탄화수소상으로부터 알킬레이트 생성물을 분리하기 위해 구성되는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 시스템.
  35. 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 프로세스로서,
    a) 반응기 베슬로부터 반응기 폐수를 후퇴하는 단계로서, 상기 반응기 폐수는 탄화수소 공급물로부터 반응되지 않은 탄화수소를 포함하는, 후퇴 단계;
    b) 외부 재순환 스트림을 제공하기 위해 이온성 액체 촉매를 상기 반응기 폐수에 첨가하는 단계;
    c) 상기 외부 재순환 스트림을 혼합 디바이스에 도입하는 단계로서, 상기 혼합 디바이스는 상기 반응기 베슬과 유체 왕래하고, 상기 혼합 디바이스는 상기 상부 벤투리 말단 단부에서 축방향 출구를 갖는 상부 벤투리와, 상기 하부 벤투리 근접 단부에서 축방향 입구를 갖는 하부 벤투리를 포함하는, 도입 단계;
    d) 상기 상부 벤투리 출구로부터 하향으로 상기 외부 재순환 스트림의 중앙 제트를 상기 하부 벤투리에 투사하는 단계; 및
    e) 상기 중앙 제트의 투사 단계와 동시에, 탄화수소 공급물이 상기 중앙 제트와 충돌하도록 탄화수소 공급물을 상기 중앙 제트쪽으로 투사하는 단계를 포함하고,
    상기 상부 벤투리 말단 단부 및 상기 하부 벤투리 근접 단부는 상기 반응기 베슬 내에 배치되고,
    상기 하부 벤투리는 상기 상부 벤투리와 동축에 있는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 프로세스.
  36. 청구항 35에 있어서,
    상기 중앙 제트는 상기 이온성 액체 촉매의 방울들을 포함하는 이온성 액체/탄화수소 에멀전을 포함하고,
    단계 e)는 알킬레이트 생성물을 제공하기 위해 알킬화 상태들 하에서 상기 탄화수소 공급물을 상기 이온성 액체 촉매와 접촉시키는 단계를 포함하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 프로세스.
  37. 청구항 35에 있어서,
    f) 상기 하부 벤투리를 통해 상기 반응기 베슬의 내부 재순환 스트림을 순환하는 단계를 더 포함하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 프로세스.
  38. 청구항 37에 있어서,
    상기 하부 벤투리 입구는 벤투리간 채널을 제공하기 위해 상기 상부 벤투리 출구로부터 방사상 바깥쪽으로 이격되고,
    단계 f)는 상기 벤투리간 채널을 통해 상기 하부 벤투리를 통해 상기 내부 재순환 스트림을 순환하는 단계를 포함하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 프로세스.
  39. 청구항 35에 있어서,
    상기 혼합 디바이스는 상기 반응기 베슬 내에 배치된 공급물 주입 어레이를 더 포함하고,
    상기 공급물 주입 어레이는 복수의 공급물 주입 노즐들을 포함하고,
    단계 e)는 상기 공급물 주입 노즐들을 통해 상기 탄화수소 공급물을 상기 중앙 제트쪽으로 투사하는 단계를 포함하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 프로세스.
  40. 청구항 35에 있어서,
    상기 혼합 디바이스는 상기 반응기 베슬 내에 배치된 공급물 주입 고리를 더 포함하고, 상기 공급물 주입 고리는 적어도 하나의 공급물 주입 포트를 갖고,
    단계 e)는 상기 적어도 하나의 공급물 주입 포트를 통해 상기 탄화수소 공급물을 상기 중앙 제트쪽으로 투사하는 단계를 포함하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 프로세스.
  41. 청구항 35에 있어서, 상기 중앙 제트는 1 내지 1000 미크론의 범위에서의 직경을 갖는 상기 이온성 액체 촉매의 방울들을 포함하는 이온성 액체/탄화수소 에멀전을 포함하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 프로세스.
  42. 청구항 35에 있어서, 상기 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환은 파라핀 알킬화, 파라핀 이성질화, 올레핀 올리고머화, 올레핀들 또는 파라핀들의 크래킹, 및 방향족 알킬화로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 프로세스.
  43. 청구항 36에 있어서,
    이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환은 파라핀 알킬화를 포함하고,
    상기 탄화수소 공급물은 적어도 하나의 C2 - C10 올레핀 및 적어도 하나의 C4 - C10 이소파라핀을 포함하고,
    상기 이온성 액체 촉매는 클로로알루미네이트 이온성 액체를 포함하고,
    상기 알킬화 조건들은 -40 내지 150의 범위에서의 온도와, 대기압으로부터 8000 kPa까지의 범위에서의 압력을 포함하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 프로세스.
  44. 청구항 35에 있어서,
    g) 상기 반응기 폐수의 부분을 이온성 액체/탄화수소 분리기에 공급하는 단계;
    h) 상기 이온성 액체/탄화수소 분리기를 통해, 반응기 폐수의 상기 부분을 이온성 액체 촉매 상 및 탄화수소 상으로 분리하는 단계; 및
    i) 분류 유닛을 통해, 상기 탄화수소 상으로부터 알킬레이트 생성물을 분리하는 단계를 더 포함하는, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환을 위한 프로세스.
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