WO2014135445A1 - Chemical conversion method at a constant hydrogen halide partial pressure - Google Patents

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WO2014135445A1
WO2014135445A1 PCT/EP2014/053889 EP2014053889W WO2014135445A1 WO 2014135445 A1 WO2014135445 A1 WO 2014135445A1 EP 2014053889 W EP2014053889 W EP 2014053889W WO 2014135445 A1 WO2014135445 A1 WO 2014135445A1
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hydrogen halide
ionic liquid
halide
hydrocarbon
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PCT/EP2014/053889
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Stefan Bitterlich
Steffen Tschirschwitz
Jochen BÜRKLE
Michael HÜBNER
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Basf Se
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    • C07C5/29Rearrangement of carbon atoms in the hydrocarbon skeleton changing the number of carbon atoms in a ring while maintaining the number of rings
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    • C07C2601/12Systems containing only non-condensed rings with a six-membered ring
    • C07C2601/14The ring being saturated

Definitions

  • the present invention relates to a chemical conversion process, preferably an isomerization process, of at least one hydrocarbon in the presence of an ionic liquid and a hydrogen halide (HX).
  • the chemical reaction is carried out in a device (V1), wherein in the device (V1) is a gas phase in direct contact with a liquid reaction mixture.
  • the gas phase and the liquid reaction mixture each contain the hydrogen halide, in the liquid reaction mixture additionally at least one hydrocarbon and the ionic liquid are included.
  • Gaseous HX is introduced into the device (V1) so that the hydrogen halide partial pressure is kept constant in the gas phase.
  • Ionic liquids in particular acidic ionic liquids, are suitable, inter alia, as catalysts for the isomerization of hydrocarbons.
  • a corresponding use of an ionic liquid is disclosed for example in WO 201 1/069929, where a special selection of ionic liquids in the presence of an olefin is used for the isomerization of saturated hydrocarbons, in particular for the isomerization of methylcyclopentane (MCP) to cyclohexane.
  • MCP methylcyclopentane
  • An analogous process is described in WO 201 1/069957, although the isomerization does not take place in the presence of an olefin, but rather with a copper (II) compound.
  • ionic liquids on the one hand and hydrocarbons (organic phases) on the other hand are immiscible or very difficult to mix, forming two separate phases.
  • intensive contact must be established between the organic phase and the ionic liquid.
  • the two phases are often mixed in stirred tanks with intensive stirring to obtain dispersions.
  • the dispersion may be present either as a dispersion of an ionic liquid in the organic phase or it may be a dispersion of the organic phase in the ionic liquid.
  • EP-A 2 455 358 relates to processes for the regeneration and activity maintenance of an ionic liquid used as catalyst, in particular in connection with the preparation of alkylates by alkylation reactions.
  • hydrogen halide or halogenated hydrocarbons are added to the catalyst (acidic ionic liquid) in the feed stream during the alkylation reaction.
  • the addition of the hydrogen halide or halogenated hydrocarbon may also be continuous.
  • EP-A 2 455 358 discloses an analogous process for the preparation of alkylates by alkylation reaction using isobutene and C4-alkenes as a feed stream and acidic ionic liquids as a catalyst.
  • a hydrogen halide carried out so that the hydrogen halide partial pressure is kept constant above the corresponding reaction mixture in a gas phase.
  • US-A 2010/0065476 discloses methods for measuring and adjusting the flow of a halogen-containing additive in a continuous reactor process, for example in alkylations of olefins or aromatics or in dehydrogenation processes.
  • the halogen-containing additives may be Bronsted acids such as hydrogen chloride, hydrogen bromide or fluorinated alkanesulfonic acids and metal halides such as sodium chloride or copper chloride.
  • apparatuses for carrying out the corresponding processes comprising a reactor containing an ionic liquid, measuring devices for determining the halogen concentration in the reactor outlet and a control system for controlling the halogen concentration.
  • halogen-containing additive is not necessarily fixed to a mold in the process according to US-A 2010/0065476, as gaseous hydrogen chloride or a solid such as sodium chloride can be used as a halogen-containing additive, for example, in dissolved form in the continuous reactor process can be added.
  • gaseous halogen-containing additive such as hydrogen chloride
  • US-A 2010/0065476 contains no indication that the partial pressure of, for example, hydrogen chloride must be kept constant above the respective reaction mixture in a gas phase.
  • the process described in US-A 2010/0065476 involves a continuous sampling and halide analysis of the feed stream for the reaction as a mandatory ingredient. In principle, this costly procedure can be dispensed with in the present invention.
  • US-A-2007/0249485 discloses a process for regenerating spent acidic ionic liquids used as a catalyst wherein the corresponding ionic liquid is contacted with at least one metal in a regeneration zone in the absence of hydrogen.
  • the ionic liquid is preferably used for catalysis of Friedel-Crafts reactions.
  • a similar method is disclosed in US-A 2007/0142217, wherein there the regeneration is carried out additionally in the presence of a Brönsted acid such as hydrogen chloride.
  • WO 201/006848 discloses a process for converting an alkylation unit for HF or sulfonic acid and an alkylation unit for ionic liquids.
  • the ionic liquid used as a catalyst is regenerated by adding hydrogen halide or a haloalkane.
  • the hydrogen halide partial pressure is kept constant.
  • the object underlying the present invention is to provide a novel process for the chemical reaction of at least one hydrocarbon in the presence of an ionic liquid, in particular for the isomerization of at least one hydrocarbon in the presence of an ionic liquid.
  • the object is achieved by a chemical reaction of at least one hydrocarbon in a device (V1) in the presence of an ionic liquid and a hydrogen halide (HX), characterized in that in the device (V1), a liquid reaction mixture containing at least one Hydrocarbon, the hydrogen halide and the ionic liquid, and a gas phase containing the hydrogen halide, wherein the liquid reaction mixture and the gas phase are in direct contact with each other and wherein in the device (V1) gaseous hydrogen halide is introduced, so that during the chemical reaction the hydrogen halide partial pressure in the gas phase is kept constant.
  • HX hydrogen halide
  • the method according to the invention can be carried out advantageously of a chemical reaction, in particular an isomerization of hydrocarbons.
  • a hydrogen halide (HX) at a constant hydrogen halide partial pressure in the gas phase, the catalytic activity of the corresponding ionic liquid is kept substantially constant.
  • the effect can be further enhanced if, in addition to the hydrogen halide, preferably hydrogen chloride, a metal halide, in particular aluminum chloride, is added to the ionic liquid present in the device (V1) or is in constant contact with the metal halide.
  • the inventive method can be carried out by the hydrogen halide partial pressure in the device (V1) is kept constant in that the pressure in the device (V1) is controlled such that gaseous hydrogen halide recurring or continuously in the device (V1) is initiated.
  • the gaseous hydrogen halide is introduced from a reservoir into the device (V1), wherein a shut-off device, preferably a valve or a tap, is located between the device (V1) and the reservoir.
  • the pressure in the gas phase (over the reaction mixture) in the device (V1) can be measured continuously, when falling below a (predetermined) threshold value for the pressure, the obturator, while exceeding the threshold for the Pressure the obturator is closed again.
  • the metal halide is not added directly into the device (V1) to the ionic liquid, but if the metal halide initially outside the device (V1) in a device or Apparatus (V2) is premixed with one of the main components located in the device (V1).
  • This may initially be the ionic liquid itself, which originates from the reaction effluent of the device (V1) and is separated from the reaction effluent with a phase separation unit, preferably a phase separator, and returned to the device (V1).
  • the metal halide is added to the feed stream containing the hydrocarbons to be subjected to a chemical reaction, in particular an isomerization, in the apparatus (V1).
  • the expenditure on equipment of the metal halide addition is simpler, because the corresponding apparatus (V2), detached from its concrete mode of operation, does not have to be made of corrosion-resistant material, which, when added to the recirculated ionic liquid or added directly into the device (V1 ) is usually necessary because many ionic liquids are highly corrosive.
  • the metal halide is added to the hydrocarbonaceous stream, it is also not necessary for the corresponding apparatus to be designed for high reaction pressures.
  • chemical reaction process or “chemical reaction” is understood in principle to mean any chemical reaction or chemical reaction known to the person skilled in the art in which at least one hydrocarbon is chemically reacted, modified or changed in any other way with respect to its composition or structure becomes.
  • the chemical reaction method is selected from alkylation, polymerization, dimerization, oligomerization, acylation, metathesis, polymerization or copolymerization, isomerization, carbonylation, or combinations thereof.
  • Alkylations, isomerizations, polymerizations, etc. are known in the art.
  • the chemical reaction process is an isomerization.
  • the chemical reaction preferably the isomerization, is carried out in a device (V1) which is known to the person skilled in the art.
  • Suitable devices (V1) are for example reactors, other reactors, stirred tank or a stirred tank cascade.
  • the device (V1) is preferably a reactor or a stirred tank cascade.
  • any hydrocarbons may be present in the device (V1) in the process according to the invention.
  • the person skilled in the art on the basis of his general knowledge, knows for which specific chemical reaction processes which hydrocarbons and in which compositions are most suitable.
  • compounds in the form of mixtures may also be present which are not hydrocarbons themselves.
  • the composition of the hydrocarbons contained in the device (V1) is illustrated by the preferred as a chemical reaction in the context of the present invention isomerization.
  • MCP hydrocarbon methylcyclopentane
  • MCP mixture of methylcyclopentane
  • MCP methylcyclopentane
  • MCP is particularly preferably isomerized to cyclohexane.
  • cyclohexane or a mixture of cyclohexane with at least one further hydrocarbon selected from methylcyclopentane (MCP), n-hexane, iso-hexane, n-heptane, iso Heptane, methylcyclohexane or dimethylcyclopentane.
  • MCP methylcyclopentane
  • a mixture of cyclohexane, MCP and at least one further hydrocarbon is obtained.
  • the further hydrocarbon is selected from n-hexane, iso-hexane, n-heptane, iso-heptane, methylcyclohexane or dimethylcyclopentane.
  • a lower proportion of MCP and open-chain linear hydrocarbons is present compared to the corresponding composition of hydrocarbons or the phase (B) before the isomerization.
  • Suitable ionic liquids in the context of the present invention are in principle all ionic liquids known to the person skilled in the art. An overview of suitable ionic liquids can be made in the case of isomerization For example, WO 201 1/069929 are taken. Preferred within the scope of the present invention is an acidic ionic liquid.
  • the ionic liquid is preferably used as a catalyst in a chemical reaction, preferably in the alkylation or isomerization, in particular in an isomerization.
  • they may have a dissolving power for another, used in the corresponding reaction catalyst.
  • the metal component is preferably selected from Al, B, Ga, In, Fe, Zn and Ti and / or the halogen component selected from F, Cl, Br or I, in particular from Cl or Br.
  • cations known to those skilled in the art are suitable as cations.
  • examples of these are an unsubstituted or at least partially alkylated ammonium ion or an optionally alkyl-side chain heterocyclic (monovalent) cation, in particular a pyridinium ion, an imidazolium ion, a pyridazinium ion, a pyrazolium ion, an imidazolinium ion, a thiazolium ion, a triazolium ion, a pyrrolidinium ion, an imidazolidinium ion or a phosphonium ion.
  • the at least partially alkylated ammonium ion contains one, two or three alkyl radicals having (each) 1 to 10 carbon atoms. If two or three alkyl substituents with the corresponding ammonium ions are present, the respective chain length can be selected independently of one another, preferably all alkyl substituents have the same chain length. Particularly preferred are trialkylated ammonium ions having a chain length of 1 to 3 carbon atoms.
  • the heterocyclic cation is preferably an imidazolium ion or a pyridinium ion.
  • the ionic liquid comprises as cation an ammonium ion, more preferably trialkylammonium, and / or as anion a chloroalumination of the composition Al x Cl 3x + 1 with 1 ⁇ x ⁇ 2.5.
  • the ionic liquid in particular the acidic ionic liquid, contains as cation at least partially alkylated ammonium ion and as anion a chloroalumination with the composition Al n Cl (3n + 1) with 1 ⁇ n ⁇ 2.5.
  • particularly preferred ionic liquids are trimethylammonium chloroaluminate and triethylammonium chloroaluminate.
  • hydrogen halides can be used as hydrogen halide (HX), for example hydrogen fluoride (HF), hydrogen chloride (HCl), hydrogen bromide (HBr) or hydrogen iodide (HI).
  • HX hydrogen fluoride
  • HCl hydrogen chloride
  • HBr hydrogen bromide
  • HI hydrogen iodide
  • the hydrogen halides can also be used as a mixture, but preferably only one hydrogen halide is used in the context of the present invention.
  • the hydrogen halide (HX) whose halogen component (X) coincides (at least partially) with the halogen component in the anion of the above-described (acidic) ionic liquid.
  • the hydrogen halide (HX) is hydrogen chloride (HCl) or hydrogen bromide (HBr).
  • the hydrogen halide (HX) is hydrogen chloride (HCl).
  • the hydrogen halide (HX) is dry, in particular it is dry hydrogen chloride.
  • the device (V1) is a liquid reaction mixture containing (as components) at least one hydrocarbon containing hydrogen halide (HX) and the ionic liquid.
  • the individual components of the liquid reaction mixture according to the above definitions may also contain 2 or more hydrogen halides and / or ionic liquids.
  • the liquid reaction mixture is the components which participate in the above-described chemical reaction, preferably in the isomerization, (active).
  • the ionic liquid is used as catalyst and the hydrogen halide as cocatalyst in a chemical reaction, preferably in an alkylation or isomerization, in particular in an isomerization.
  • the device (V1) is a gas phase containing the hydrogen halide (HX).
  • the hydrogen halide in the gas phase and the hydrogen halide in the liquid reaction mixture are the same in chemical definition.
  • the liquid reaction mixture and the gas phase are in direct contact with each other.
  • the liquid reaction mixture forms one, two or more separate phases, that is, different from the gas phase.
  • the liquid reaction mixture and the gas phase can
  • the device (V1) is located for example in the lower part of the one or two separate phases existing liquid reaction mixture, wherein the gas phase is again in the upper part of the corresponding device (V1).
  • the two "main phases" ie liquid reaction mixture and gas phase.
  • the liquid reaction mixture and the gas phase it is also possible for the liquid reaction mixture and the gas phase to be mixed, for example by intensive stirring but the separation in the reaction mixture on the one hand and gas phase on the other hand is maintained.
  • At least one hydrogen halide (HX), preferably hydrogen chloride (HCl), is introduced into the device (V1) in gaseous form. Due to the gaseous introduction of the hydrogen halide, the gas phase described above forms in the device (V1). The gaseous introduction of the hydrogen halide is carried out so that during the chemical reaction, in particular during the isomerization, the hydrogen halide partial pressure in the gas phase is kept constant.
  • the term "constant hydrogen halide partial pressure" (in the gas phase) is understood as meaning that the hydrogen halide partial pressure is constant (in the gas phase) if it does not exceed 20% during the operating time of the device (V1). , preferably at most 10%, more preferably at most 5%, in particular at most 1%, deviates from the mean value determined over the operating time of the device (V1).
  • the hydrogen halide partial pressure (PHX) is defined as follows:
  • ⁇ ⁇ ⁇ molar fraction of the hydrogen halide in the gas phase
  • Ptotai total pressure of the gas phase over the reaction mixture.
  • Ptotai total pressure of the gas phase over the reaction mixture
  • the hydrogen halide partial pressure ⁇ ⁇ ⁇ can preferably be determined by taking from the gas phase of the device (V1) a sample of defined amount and the HX mole fraction according to a method known to the skilled person (eg introducing the gas into a defined NaOH solution and then Back titration) is determined and the determined mole fraction according to equation 1 with the total pressure of the gas phase in (V1) is multiplied.
  • the hydrogen halide partial pressure ⁇ ⁇ ⁇ can also be estimated according to Equation 2, provided that passenger car is known.
  • p K w and p to t a i can be determined by the methods known in the art, in particular measurement of the pressure p to t a i by means of a conventional pressure measuring device and determination of PKW by means of a temperature-vapor pressure correlation (vapor pressure curve), for a given hydrocarbon, or a hydrocarbon mixture is usually known or can be determined by the skilled person known measuring methods.
  • the hydrogen halide partial pressure in the gas phase can in principle assume any desired values in the context of the process according to the invention.
  • the hydrogen halide partial pressure in the gas phase is between 1, 1 and 5 bara, preferably between 2 and 4 bara.
  • the hydrogen halide partial pressure in the gas phase is kept constant by controlling the pressure in the device (V1) by returning or continuously introducing gaseous hydrogen halide into the device (V1).
  • a "continuous introduction of gaseous hydrogen halide” is understood to mean that the corresponding addition is maintained over a relatively long period of time, preferably over at least 50%, more preferably over at least 70%, even more preferably over at least 90%, in particular over
  • the continuous introduction is carried out so that the corresponding device for gaseous introduction (addition) of the hydrogen halide over the aforementioned periods in operation.
  • a "recurring introduction of gaseous hydrogen halide" of the hydrogen halide is understood to mean that the appropriate gaseous introduction (addition) takes place at regular or irregular intervals .
  • the time intervals between the individual additions are at least 1 h, preferably at least one day
  • the term "recurring” furthermore means at least two, for example 3, 4, 5, 10 or also 100 individual additions.
  • the concrete number of individual additions depends on the duration of operation. This ideally goes against infinity.
  • a recurring introduction of gaseous hydrogen halide in the context of the present invention is understood to mean the addition of a plurality of partial amounts of metal halide with a time delay.
  • the addition of a single subset can take from several seconds to several minutes, possibly even slightly longer periods are conceivable.
  • the time interval between the respective addition of a single subset is at least ten times as long as the duration of the addition of the corresponding subset.
  • the embodiment of a "recurring addition” with the embodiment of a “continuous addition” may also be combined with one another.
  • the gas phase in the device (V1) is connected via a shut-off device to a reservoir, the reservoir containing at least 90 mol%, particularly preferably more than 98 mol%, of the hydrogen halide and a pressure which is greater than the hydrogen halide partial pressure of the gas phase in the device (V1).
  • the gaseous hydrogen halide is introduced from a reservoir into the device (V1), wherein a shut-off device, preferably a valve or a tap, is located between the device (V1) and the reservoir.
  • a shut-off device preferably a valve or a tap
  • the pressure in the gas phase (over the reaction mixture) in the device (V1) recurrently, but preferably continuously measured, when falling below a (predetermined) threshold value for the pressure, the obturator open, while when exceeded the threshold value for the pressure the shut-off valve is closed again.
  • the pressure in the device (V1) be kept constant by using a two-point control system acting on a shut-off device to a hydrogen halide reservoir.
  • further phases (A and B) are contained, which together form the liquid reaction mixture.
  • further phases may also be present in the liquid reaction mixture.
  • the phase (A) contains at least one ionic liquid according to the above description, wherein the proportion of ionic liquid in the phase (A) is greater than 50 wt .-%.
  • phase (A) is preferably a phase containing ionic liquids which is immiscible or only very difficult to mix with hydrocarbons and / or which contains at most 10% by weight of hydrocarbons.
  • the hydrogen halide (HX) is contained in both phase (A) and phase (B).
  • phase (A) mixtures of two or more ionic liquids may be contained, preferably the phase (A) contains an ionic liquid.
  • the phase (A) contains an ionic liquid.
  • other components which are miscible with the ionic liquid can also be present in the phase (A).
  • phase (A) may also contain cocatalysts used in isomerization reactions using ionic liquids.
  • cocatalysts are the hydrogen halides already mentioned above, in particular hydrogen chloride.
  • phase (A) may also contain constituents or decomposition products of the ionic liquids, which may arise, for example, during the isomerization process.
  • the proportion of ionic liquid is greater than 80 wt .-%.
  • phase (B) is characterized in the context of the present invention in that it contains at least one hydrocarbon, wherein the content of hydrocarbon in the phase (B) is greater than 50 wt .-%.
  • Phase (B) is preferably a hydrocarbon-containing phase which is immiscible or only very difficult to mix with ionic liquids and / or which contains at most 1% by weight of ionic liquids (based on the total weight of the phase).
  • phase (B) depends on the chosen chemical reaction method. Phase (B) undergoes a change in composition during a chemical reaction process.
  • the ionic liquid to greater than 50 wt .-% in a phase (A) is contained, which has a higher viscosity than a phase (B), in which greater than 50 wt. -% at least one hydrocarbon is contained, and the phases (A) and (B) are in direct contact with each other, for example by forming together a heterogeneous mixture.
  • the chemical reaction in particular the isomerization, takes place in a dispersion (D1) in which the phase (B) is dispersed in the phase (A).
  • the direction of dispersion (that is, the information as to which phase is in disperse form in the other phase) can be determined by examining a sample under transmitted light under a light microscope, optionally after adding a dye which selectively dyes the phase.
  • the phases (A) and (B) have the above definitions.
  • the dispersion (D1) can be prepared by methods known to those skilled in the art, for example, such a dispersion can be produced by intensive stirring of the phases.
  • the volume ratio of the phase (A) to phase (B) is in the range of 2.5 to 4 to 1 [vol / vol], preferably in the range of 2.5 to 3 to 1 [vol / vol].
  • At least one metal halide is added to the device (V1) during the chemical reaction, preferably during the isomerization.
  • the addition of the metal halide is thus in addition to the introduction (addition) of the gaseous hydrogen halide (HX).
  • the addition of the metal halide in the device (V1) can be carried out in a recurring or continuous manner.
  • the anion of the ionic liquid and the metal halide are identical with respect to the respective halogen component and the metal component.
  • all metal halides known to those skilled in the art which fulfill this criterion are suitable.
  • the metal halide is AICI 3 .
  • the halogen components of ionic liquid, the hydrogen halide (HX) and the metal halide match.
  • the ionic liquid used in the device (V1) contains, for example, Al 2 Cl 7 as an anion, it is possible to use AICI 3 as the metal halide.
  • AICI 3 As the metal halide.
  • mixed-component anions such as, for example, Al 2 BrCl 6 "
  • the metal component of the anion is corresponding ionic liquid contains two or more components such as Al or Cu with regard to the selection of the corresponding metal component of the metal halide used.
  • the addition of at least one metal halide into the device (V1) can be repeated or continuous. In this case, the metal halide can be added in liquid or solid form.
  • the metal halide need not be added directly into the device (V1), but the metal halide can first be added in another device, for example in a contact device (V2), one or more of the components involved in the chemical reaction process , From this other device, the metal halide together with the or said component (s) in the device (V1) out (indirect addition of the metal halide according to (V1)).
  • the (over) guiding or (over) guiding the metal halide together with the mentioned component (s) from the other device into the device (V1) takes place according to the methods known to the person skilled in the art, for example using pumps.
  • a "continuous addition" of the metal halide is understood to mean that the corresponding addition over a relatively long period, preferably over at least 50%, more preferably over at least 70%, even more preferably over at least 90%, in particular over the entire
  • the continuous addition is carried out so that the corresponding device for introducing (adding) the metal halide (eg a rotary valve) is in operation for the aforementioned periods.
  • a "recurring addition" of the metal halide is understood as meaning that the corresponding addition takes place at regular or irregular intervals
  • Phase (B) The time intervals between the individual additions are at least 1 h, preferably at least one day
  • the term "recurring” furthermore includes at least two, for example 3, 4, 5, 10 or even 100 individual Additions understood.
  • the concrete one Number of individual additions depends on the operating time. This ideally goes against infinity.
  • a recurring addition of the metal halide in the context of the present invention is understood to mean the time-limited addition of a plurality of charges of metal halide.
  • the addition of a single batch can take from several seconds to several minutes, possibly even slightly longer periods are conceivable.
  • the time interval between the respective addition of a single batch is at least ten times as long as the duration of the addition of a single batch.
  • the embodiment of a "recurring addition” with the embodiment of a “continuous addition” may also be combined with one another.
  • the addition of the metal halide is particularly preferably carried out in such a way that in the device (V1) a concentration of
  • the respectively next addition is carried out in such a way that a concentration of
  • Metal halide thus takes place when the metal halide concentration has fallen below the above limits.
  • the periodic addition of the metal halide is such that the aforementioned saturation-related metal halide concentrations in phase (B) are constantly maintained.
  • the next addition of metal halide thus takes place before the metal halide concentration has fallen below the above limits.
  • the continuous addition of the metal halide is such that in the device (V1) a concentration of> 70%, preferably> 90% of the saturation concentration of the metal halide is maintained continuously. In particular, this is maintained in phase (B). Furthermore, it is preferred that the metal halide and the gaseous hydrogen halide (HX), preferably AICI 3 and hydrogen chloride, are added simultaneously to the device (V1).
  • the device (V1) contains the following phases: i) the phase (A) containing the ionic liquid,
  • phase (C) containing solid metal halide preferably solid AIX 3
  • solid AIX 3 preferably solid AIX 3
  • phase (D) containing gaseous HX iv
  • the process according to the invention is preferably carried out continuously.
  • the compounds (products) formed during the chemical reaction, in particular during the isomerization, can be removed from the device (V1) by methods known to the person skilled in the art.
  • a stream are discharged, in which the phase (B) and the phase (A) are contained, wherein in the phase (B) at least one hydrocarbon is contained which was produced during the chemical reaction.
  • This current in turn is preferably introduced into a phase separation device (phase separation unit).
  • phase separation devices as such are known to the person skilled in the art.
  • This phase separation device is preferably a phase separator.
  • the device (V1) is a reactor or a stirred tank cascade, and downstream of the device (V1) is a phase separator, preferably a phase separator. Furthermore, it is preferred that the reactor or the stirred tank cascade and optionally the phase separation device are coupled on the gas side.
  • phase (A) containing the ionic liquid is separated from the phase (B) containing at least one hydrocarbon, preferably the phase (A) is returned to the device (V1) , is returned in particular to the reactor or to the starting point of the stirred tank cascade.
  • a first stream comprising at least 70% by weight, preferably at least 90%, of the phase (A) and a second stream containing at least 70%, preferably at least 90%, of the phase (B) are preferably present in the phase separation apparatus. separated from each other.
  • the above figures in% refer to the corresponding amounts contained in the stream, which is introduced into the phase separator.
  • the device (V1) it is preferred in the context of the present invention for the device (V1) to be preceded by a contact device (V2), which is preferably a fluidized bed, a fluidized bed or a stirred vessel, the metal halide initially being added to the contact device (V2) and being supplied by there in the device (V1) is performed.
  • the metal halide may be added in solid or liquid, more preferably in solid form.
  • the contact device (V2) can in turn be followed by a device (V3) for liquid or liquid / liquid separation, which is preferably a phase separator, a gravity separator, a hydrocyclone, a dead end filter or a crossflow filter.
  • a device (V3) for FesW-liquid or liquid / liquid separation apparatus in the contact device (V2) integrated, for example such that (V2) is a stirred tank having a stirring zone and a rest zone arranged above this, in which a through Gravity caused separation of solid and liquid takes place.
  • a solids-enriched stream separated in the device (V3) for FesW liquid or liquid / liquid separation is returned to the contact device (V2).
  • the liquid flows through the contact device (V2), which contains the substances to be converted in the device (V1) and / or which is supplied to the device (V1).
  • the presence of a second, in particular solid, phase in the contact device (V2) is constantly monitored optically or by means of another suitable device or method, preferably by means of a turbidity measurement, and when the second phase disappears by means of a device for Dosing or promotion of solid metal halide registered in the contact device (V2).
  • the contact device (V2) flows through the recirculated phase (A), which originates from the above-described phase separation device, in particular the phase separator, and (V2) is located between the phase separation device and the device (V1) (V2), if appropriate downstream of a device (V3) for solid / liquid separation or liquid / liquid separation.
  • phase separation unit preferably a phase separator
  • cyclohexane From the discharge of the device (V1), in particular from the hydrocarbon-containing discharge of a device downstream of the device (V1) phase separation unit, preferably a phase separator, is preferably isolated in the present invention, cyclohexane.
  • Methods and apparatus for the separation of cyclohexane from such a discharge or stream, in particular when it is a hydrocarbon mixture are known in the art.
  • further purification steps for example washing with an aqueous and / or alkaline phase
  • further purification steps for example washing with an aqueous and / or alkaline phase
  • phase (A) means phase (A), with the corresponding major component of that phase in parentheses (in the present case, ionic liquid presented in device (V1))
  • B means phase (B), where "KW1” represents a first hydrocarbon mixture and "KW2" for a second hydrocarbon mixture which is formed in the device (V1) in the context of a chemical reaction, preferably an isomerization, from KW1.
  • the reacted at least one hydrocarbon-containing phase B (KW1) is continuously fed into the device (V1), optionally in addition a metal halide (MX) in (V1) is introduced.
  • V1 contains, under operating conditions, liquid reaction mixture and a gas phase in contact with it. This is connected via the obturator (AO) with the reservoir (R), which contains a gas which consists of more than 90 mol%, more preferably more than 98 mol%, of the hydrogen halide and a pressure above the pressure of Has gas phase over the reaction mixture.
  • AO obturator
  • R which contains a gas which consists of more than 90 mol%, more preferably more than 98 mol%, of the hydrogen halide and a pressure above the pressure of Has gas phase over the reaction mixture.
  • a pressure measuring device which is connected to a control device. The entirety of pressure measuring device and control device is referred to in Fig. 1 as (PC).
  • PC controls the position of the obturator (AO) in such a way that when falling below a threshold value for the pressure, the obturator is opened, on exceeding a threshold value for the pressure, the obturator is closed.
  • AO obturator
  • Ionic liquid (A) having the composition (CH 3 ) 3 NHAl 2 Cl 7 , a 15 hydrocarbon mixture (B) with the components methylcyclopentane, cyclohexane, n-hexane and isohexane and additionally, for the example according to the invention, gaseous HCl.
  • the ionic liquid is hereinafter also referred to as "IL" and the hydrocarbon mixtures B and B1 as "organic” or "organic phase”.
  • the ionic liquid (CH 3 ) 3 NHAl 2 Cl 7 is initially charged at 60 ° C. in a 250 ml double-walled stirred reactor (V1).

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Abstract

The invention relates to a method, preferably an isomerization method, for chemically converting at least one hydrocarbon in the presence of an ionic liquid and a hydrogen halide (HX). The chemical conversion is carried out in a device (V1), a gas phase being in direct contact with a liquid reaction mixture in the device (V1). The gas phase and the liquid reaction mixture each contain the hydrogen halide, and at least one hydrocarbon and the ionic liquid are additionally contained in the liquid reaction mixture. Gaseous HX is introduced into the device (V1) such that the hydrogen halide partial pressure is kept at a constant level in the gas phase. Among others, the ionic liquid used in the respective chemical conversion, in particular in an isomerization method, can be regenerated using the method according to the invention.

Description

Chemisches Umsetzungsverfahren bei konstantem Wasserstoffhalogenid-Partialdruck Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft ein chemisches Umsetzungsverfahren, vorzugsweise ein Isomerisierungsverfahren, von mindestens einem Kohlenwasserstoff in Gegenwart einer ionischen Flüssigkeit und eines Wasserstoffhalogenids (HX). Die chemische Umsetzung wird in einer Vorrichtung (V1 ) durchgeführt, wobei in der Vorrichtung (V1 ) sich eine Gasphase in direktem Kontakt mit einem flüssigen Reaktionsgemisch befindet. Die Gasphase und das flüssige Reaktionsgemisch enthalten jeweils das Wasserstoffhalogenid, im flüssigen Reaktionsgemisch sind zusätzlich mindestens ein Kohlenwasserstoff und die ionische Flüssigkeit enthalten. In die Vorrichtung (V1 ) wird gasförmiges HX eingeleitet, so dass in der Gasphase der Wasserstoffhalogenid- Partialdruck konstant gehalten wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann (unter anderem) die bei der jeweiligen chemischen Umsetzung, insbesondere bei einer Isomerisierung, eingesetzte ionische Flüssigkeit regeneriert werden.  The present invention relates to a chemical conversion process, preferably an isomerization process, of at least one hydrocarbon in the presence of an ionic liquid and a hydrogen halide (HX). The chemical reaction is carried out in a device (V1), wherein in the device (V1) is a gas phase in direct contact with a liquid reaction mixture. The gas phase and the liquid reaction mixture each contain the hydrogen halide, in the liquid reaction mixture additionally at least one hydrocarbon and the ionic liquid are included. Gaseous HX is introduced into the device (V1) so that the hydrogen halide partial pressure is kept constant in the gas phase. By means of the process according to the invention, it is possible to regenerate (inter alia) the ionic liquid used in the particular chemical reaction, in particular in an isomerization.
Ionische Flüssigkeiten, insbesondere saure ionische Flüssigkeiten, eignen sich unter anderem als Katalysatoren für die Isomerisierung von Kohlenwasserstoffen. Eine entsprechende Verwendung einer ionischen Flüssigkeit ist beispielsweise in WO 201 1/069929 offenbart, wo eine spezielle Auswahl von ionischen Flüssigkeiten in Gegenwart eines Olefins zur Isomerisierung von gesättigten Kohlenwasserstoffen eingesetzt wird, insbesondere zur Isomerisierung von Methylcyclopentan (MCP) zu Cyclohexan. Ein sinngemäßes Verfahren ist in WO 201 1/069957 beschrieben, allerdings erfolgt dort die Isomerisierung nicht in Gegenwart eines Olefins, sondern mit einer Kupfer (Il)-Verbindung. Ionic liquids, in particular acidic ionic liquids, are suitable, inter alia, as catalysts for the isomerization of hydrocarbons. A corresponding use of an ionic liquid is disclosed for example in WO 201 1/069929, where a special selection of ionic liquids in the presence of an olefin is used for the isomerization of saturated hydrocarbons, in particular for the isomerization of methylcyclopentane (MCP) to cyclohexane. An analogous process is described in WO 201 1/069957, although the isomerization does not take place in the presence of an olefin, but rather with a copper (II) compound.
Im Allgemeinen sind ionische Flüssigkeiten einerseits und Kohlenwasserstoffe (organische Phasen) andererseits nicht oder nur sehr schwer mischbar, sie bilden zwei getrennte Phasen aus. Um die genannte Katalysewirkung nutzen zu können, muss ein intensiver Kontakt zwischen organischer Phase und der ionischer Flüssigkeit hergestellt werden. Hierzu werden die beiden Phasen häufig in Rührkesseln mit intensivem Rühren unter Erhalt von Dispersionen durchmischt. In Abhängigkeit von Parametern wie Art der ionischen Flüssigkeit bzw. der organischen Phase oder dem Phasenverhältnis kann die Dispersion entweder als Dispersion einer ionischen Flüssigkeit in der organischen Phase vorliegen oder es kann sich um eine Dispersion der organischen Phase in der ionischen Flüssigkeit handeln. In general, ionic liquids on the one hand and hydrocarbons (organic phases) on the other hand are immiscible or very difficult to mix, forming two separate phases. In order to be able to use the catalysis effect mentioned, intensive contact must be established between the organic phase and the ionic liquid. For this purpose, the two phases are often mixed in stirred tanks with intensive stirring to obtain dispersions. Depending on parameters such as the type of ionic liquid or the organic phase or the phase ratio, the dispersion may be present either as a dispersion of an ionic liquid in the organic phase or it may be a dispersion of the organic phase in the ionic liquid.
Vor allem bei einer kontinuierlichen Fahrweise wird bei einem chemischen Umsetzungsverfahren, insbesondere bei einer Isomerisierung, über die organische Phase ständig eine Teilmenge und/oder Bestandteile der eingesetzten ionischen Flüssigkeit, insbesondere des Anionenteils, in Form von Metallhalogeniden wie Aluminiumchlorid und/oder Halogenwasserstoffen wie HCl, ausgetragen, wodurch eine Verringerung der Aktivität der beim chemischen Umsetzungsverfahren, vorzugsweise als Katalysator, eingesetzten ionischen Flüssigkeit festzustellen ist. Especially in a continuous procedure is in a chemical reaction process, especially in an isomerization, over the organic phase, a subset and / or constituents of the ionic liquid used, in particular the anion portion, in the form of metal halides such as aluminum chloride and / or hydrogen halides such as HCl, discharged, causing a Reduction of the activity of the chemical reaction method, preferably used as a catalyst, ionic liquid is observed.
EP-A 2 455 358 betrifft Verfahren zur Regenerierung und zum Aktivitätserhalt einer als Katalysator eingesetzten ionischen Flüssigkeit, insbesondere im Zusammenhang mit der Herstellung von Alkylaten durch Alkylierungsreaktionen. Dabei werden Wasserstoffhalogenid oder halogenierte Kohlenwasserstoffe zum Katalysator (saure ionische Flüssigkeit) in den Einspeisungsstrom während der Alkylierungsreaktion zugegeben. Die Zugabe des Wasserstoffhalogenids oder des halogenierten Kohlenwasserstoffes kann auch kontinuierlich erfolgen. Weiterhin offenbart EP-A 2 455 358 ein sinngemäßes Verfahren zur Herstellung von Alkylaten durch Alkylierungsreaktion unter Verwendung von Isobuten und C4-Alkenen als Einspeisungsstrom und sauren ionischen Flüssigkeiten als Katalysator. In keinem der beiden in EP-A 2 455 358 offenbarten Verfahren wird jedoch die Zugabe eines Wasserstoffhalogenids so durchgeführt, dass über dem entsprechenden Reaktionsgemisch in einer Gasphase der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck konstant gehalten wird. EP-A 2 455 358 relates to processes for the regeneration and activity maintenance of an ionic liquid used as catalyst, in particular in connection with the preparation of alkylates by alkylation reactions. In this case, hydrogen halide or halogenated hydrocarbons are added to the catalyst (acidic ionic liquid) in the feed stream during the alkylation reaction. The addition of the hydrogen halide or halogenated hydrocarbon may also be continuous. Furthermore, EP-A 2 455 358 discloses an analogous process for the preparation of alkylates by alkylation reaction using isobutene and C4-alkenes as a feed stream and acidic ionic liquids as a catalyst. However, in neither of the two processes disclosed in EP-A 2 455 358 is the addition of a hydrogen halide carried out so that the hydrogen halide partial pressure is kept constant above the corresponding reaction mixture in a gas phase.
A. Berenblyum (Applied Catalysis. A: General 315 (2006) 128-134) offenbart Untersuchungen zur katalytischen Aktivität von chloroaluminathaltigen ionischen Flüssigkeiten im Zusammenhang mit der Isomerisierung von Heptan. Dabei werden Untersuchungen zur HCI-Löslichkeit in der chloroaluminathaltigen ionischen Flüssigkeit sowie zur Aluminiumchloridverteilung zwischen chloroaluminathaltiger ionischer Flüssigkeit und Heptan durchgeführt. In dem untersuchten System wird HCl als katalytisch aktive Komponente und Aluminiumchlorid als Cokatalysator identifiziert. Der Aktivitätsverlust der chloroaluminathaltigen ionischen Flüssigkeit wird auf den Verlust an HCl und die Bildung eines in Säure löslichen Öles, das den Katalysator vergiftet, zurückgeführt. Die Versuche werden (zumindest teilweise) unter kontinuierlicher HCI- Zugabe durchgeführt, aber auch dort ist kein Hinweis enthalten, dass über dem entsprechenden Reaktionsgemisch in einer Gasphase der Wasserstoffhalogenid- Partialdruck konstant gehalten wird. A. Berenblyum (Applied Catalysis, A: General 315 (2006) 128-134) discloses studies on the catalytic activity of chloroaluminate-containing ionic liquids in connection with the isomerization of heptane. Investigations are carried out on the HCl solubility in the chloroaluminate-containing ionic liquid and on the aluminum chloride distribution between chloroaluminate-containing ionic liquid and heptane. In the investigated system, HCl is identified as catalytically active component and aluminum chloride as cocatalyst. The loss of activity of the chloroaluminate-containing ionic liquid is attributed to the loss of HCl and the formation of an acid-soluble oil that poisoned the catalyst. The experiments are (at least partially) carried out with continuous addition of HCl, but even there is no indication that above the corresponding reaction mixture in a gas phase, the hydrogen halide partial pressure is kept constant.
US-A 2010/0065476 offenbart Verfahren zur Messung und Anpassung des Flusses eines halogenhaltigen Additivs in einem kontinuierlichen Reaktorprozess, beispielsweise in Alkylierungen von Olefinen oder Aromaten oder in Dehydrierungsverfahren. Die halogenhaltigen Additive können Brönstedsäuren wie Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff oder fluorierte Alkansulfonsäuren sowie Metallhalogenide wie Natriumchlorid oder Kupferchlorid sein. Weiterhin offenbart dieses Dokument Vorrichtungen zur Durchführung der entsprechenden Verfahren, umfassend einen Reaktor, der eine ionische Flüssigkeit enthält, Messvorrichtungen zur Bestimmung der Halogenkonzentration im Reaktorauslass und ein Kontrollsystem zur Steuerung der Halogenkonzentration. Die Zugabe des halogenhaltigen Additivs ist im Verfahren gemäß US-A 2010/0065476 nicht zwingend auf eine Form festgelegt, da als halogenhaltiges Additiv beispielsweise bei Raumtemperatur gasförmiger Chlorwasserstoff oder ein Feststoff wie Natriumchlorid verwendet werden kann, der beispielsweise auch in gelöster Form in den kontinuierlichen Reaktorprozess zugegeben werden kann. Sofern ein gasförmiges halogenhaltiges Additiv wie Chlorwasserstoff verwendet wird, ist in US-A 2010/0065476 jedoch kein Hinweis enthalten, dass über dem jeweiligen Reaktionsgemisch in einer Gasphase der Partialdruck von beispielsweise Chlorwasserstoff konstant gehalten werden muss. Überdies enthält das in US-A 2010/0065476 beschriebene Verfahren eine ständige Probenahme und Halogenid-Analyse vom Feed-Strom zur Reaktion als zwingenden Bestandteil. Auf dieses aufwendige Vorgehen kann in der vorliegenden Erfindung prinzipiell verzichtet werden. US-A 2010/0065476 discloses methods for measuring and adjusting the flow of a halogen-containing additive in a continuous reactor process, for example in alkylations of olefins or aromatics or in dehydrogenation processes. The halogen-containing additives may be Bronsted acids such as hydrogen chloride, hydrogen bromide or fluorinated alkanesulfonic acids and metal halides such as sodium chloride or copper chloride. Furthermore, this document discloses apparatuses for carrying out the corresponding processes, comprising a reactor containing an ionic liquid, measuring devices for determining the halogen concentration in the reactor outlet and a control system for controlling the halogen concentration. The addition of the halogen-containing additive is not necessarily fixed to a mold in the process according to US-A 2010/0065476, as gaseous hydrogen chloride or a solid such as sodium chloride can be used as a halogen-containing additive, for example, in dissolved form in the continuous reactor process can be added. If a gaseous halogen-containing additive such as hydrogen chloride is used, however, US-A 2010/0065476 contains no indication that the partial pressure of, for example, hydrogen chloride must be kept constant above the respective reaction mixture in a gas phase. Moreover, the process described in US-A 2010/0065476 involves a continuous sampling and halide analysis of the feed stream for the reaction as a mandatory ingredient. In principle, this costly procedure can be dispensed with in the present invention.
US-A 2007/0249485 offenbart ein Verfahren zur Regenerierung von als Katalysator eingesetzten gebrauchten sauren ionischen Flüssigkeiten, wobei die entsprechende ionische Flüssigkeit mit mindestens einem Metall in einer Regenerierungszone in Abwesenheit von Wasserstoff in Kontakt gebracht wird. Als Metall kann beispielsweise Aluminium, Gallium oder Zink eingesetzt werden, die ionische Flüssigkeit wird vorzugsweise zur Katalyse von Friedel-Crafts-Reaktionen eingesetzt. Ein sinngemäßes Verfahren ist in US-A 2007/0142217 offenbart, wobei dort die Regenerierung zusätzlich in Gegenwart von einer Brönstedsäure wie Chlorwasserstoff durchgeführt wird. WO 201 1/006848 offenbart ein Verfahren zur Umrüstung einer Alkylierungseinheit für HF oder Sulfonsäure und einer Alkylierungseinheit für ionische Flüssigkeiten. In diesem Verfahren wird unter anderem die als Katalysator eingesetzte ionische Flüssigkeit regeneriert, indem Halogenwasserstoff oder ein Halogenalkan zugegeben wird. In WO 201 1/006848 ist jedoch kein Hinweis enthalten, dass bei Verwendung eines Halogenwasserstoffs über dem entsprechenden Reaktionsgemisch in einer Gasphase der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck konstant gehalten wird. US-A-2007/0249485 discloses a process for regenerating spent acidic ionic liquids used as a catalyst wherein the corresponding ionic liquid is contacted with at least one metal in a regeneration zone in the absence of hydrogen. For example, aluminum, gallium or zinc can be used as metal, the ionic liquid is preferably used for catalysis of Friedel-Crafts reactions. A similar method is disclosed in US-A 2007/0142217, wherein there the regeneration is carried out additionally in the presence of a Brönsted acid such as hydrogen chloride. WO 201/006848 discloses a process for converting an alkylation unit for HF or sulfonic acid and an alkylation unit for ionic liquids. In this process, among other things, the ionic liquid used as a catalyst is regenerated by adding hydrogen halide or a haloalkane. In WO 201 1/006848, however, there is no indication that when using a hydrogen halide over the corresponding reaction mixture in a gas phase, the hydrogen halide partial pressure is kept constant.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines neuen Verfahrens zur chemischen Umsetzung von mindestens einem Kohlenwasserstoff in Gegenwart einer ionischen Flüssigkeit, insbesondere zur Isomerisierung von mindestens einem Kohlenwasserstoff in Gegenwart einer ionischen Flüssigkeit. The object underlying the present invention is to provide a novel process for the chemical reaction of at least one hydrocarbon in the presence of an ionic liquid, in particular for the isomerization of at least one hydrocarbon in the presence of an ionic liquid.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein chemisches Umsetzungsverfahren von mindestens einem Kohlenwasserstoff in einer Vorrichtung (V1 ) in Gegenwart einer ionischen Flüssigkeit und eines Wasserstoffhalogenids (HX), dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Vorrichtung (V1 ) ein flüssiges Reaktionsgemisch, enthaltend mindestens einen Kohlenwasserstoff, das Wasserstoffhalogenid und die ionische Flüssigkeit, und eine Gasphase, enthaltend das Wasserstoffhalogenid, befinden, wobei das flüssige Reaktionsgemisch und die Gasphase in direktem Kontakt miteinander stehen und wobei in die Vorrichtung (V1 ) gasförmiges Wasserstoffhalogenid eingeleitet wird, so dass während der chemischen Umsetzung der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck in der Gasphase konstant gehalten wird. The object is achieved by a chemical reaction of at least one hydrocarbon in a device (V1) in the presence of an ionic liquid and a hydrogen halide (HX), characterized in that in the device (V1), a liquid reaction mixture containing at least one Hydrocarbon, the hydrogen halide and the ionic liquid, and a gas phase containing the hydrogen halide, wherein the liquid reaction mixture and the gas phase are in direct contact with each other and wherein in the device (V1) gaseous hydrogen halide is introduced, so that during the chemical reaction the hydrogen halide partial pressure in the gas phase is kept constant.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise eine chemische Umsetzung, insbesondere eine Isomerisierung, von Kohlenwasserstoffen durchgeführt werden. Aufgrund der gasförmigen Zugabe eines Wasserstoffhalogenids (HX) bei konstantem Wasserstoffhalogenid-Partialdruck in der Gasphase wird die katalytische Aktivität der entsprechenden ionischen Flüssigkeit weitgehend konstant gehalten. Der Effekt kann noch verstärkt werden, wenn zusätzlich zum Wasserstoffhalogenid, vorzugsweise Chlorwasserstoff, ein Metallhalogenid, insbesondere Aluminiumchlorid, zu der sich in der Vorrichtung (V1 ) befindlichen ionischen Flüssigkeit hinzugegeben wird bzw. diese ständig mit dem Metallhalogenid in Kontakt steht. By the method according to the invention can be carried out advantageously of a chemical reaction, in particular an isomerization of hydrocarbons. Due to the gaseous addition of a hydrogen halide (HX) at a constant hydrogen halide partial pressure in the gas phase, the catalytic activity of the corresponding ionic liquid is kept substantially constant. The effect can be further enhanced if, in addition to the hydrogen halide, preferably hydrogen chloride, a metal halide, in particular aluminum chloride, is added to the ionic liquid present in the device (V1) or is in constant contact with the metal halide.
In besonders einfacher und somit vorteilhafter Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden, indem der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck in der Vorrichtung (V1 ) dadurch konstant gehalten wird, dass der Druck in der Vorrichtung (V1 ) derart geregelt wird, dass gasförmiges Wasserstoffhalogenid wiederkehrend oder kontinuierlich in die Vorrichtung (V1 ) eingeleitet wird. Vorzugsweise wird bei dieser Ausführungsform das gasförmige Wasserstoffhalogenid aus einem Reservoir in die Vorrichtung (V1 ) eingeleitet, wobei sich zwischen der Vorrichtung (V1 ) und dem Reservoir ein Absperrorgan, vorzugsweise ein Ventil oder ein Hahn, befindet. Mit apparatetechnisch relativ einfachem Aufwand kann somit der Druck in der Gasphase (über dem Reaktionsgemisch) in der Vorrichtung (V1 ) kontinuierlich gemessen werden, wobei bei Unterschreitung eines (vorab festgelegten) Schwellenwertes für den Druck das Absperrorgan geöffnet, während bei Überschreitung des Schwellenwertes für den Druck das Absperrorgan wiederum geschlossen wird. In a particularly simple and thus advantageous manner, the inventive method can be carried out by the hydrogen halide partial pressure in the device (V1) is kept constant in that the pressure in the device (V1) is controlled such that gaseous hydrogen halide recurring or continuously in the device (V1) is initiated. Preferably, in this embodiment, the gaseous hydrogen halide is introduced from a reservoir into the device (V1), wherein a shut-off device, preferably a valve or a tap, is located between the device (V1) and the reservoir. With device technology relatively simple effort thus the pressure in the gas phase (over the reaction mixture) in the device (V1) can be measured continuously, when falling below a (predetermined) threshold value for the pressure, the obturator, while exceeding the threshold for the Pressure the obturator is closed again.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn (zusätzlich zur Wasserstoffhalogenid-Zugabe in die Vorrichtung (V1 )) das Metallhalogenid nicht direkt in die Vorrichtung (V1 ) zur ionischen Flüssigkeit zugegeben wird, sondern wenn das Metallhalogenid zunächst außerhalb der Vorrichtung (V1 ) in einer Vorrichtung bzw. Apparatur (V2) mit einer der sich in der Vorrichtung (V1 ) befindlichen Hauptkomponenten vorvermischt wird. Dies kann zunächst die ionische Flüssigkeit selber sein, die aus dem Reaktionsaustrag der Vorrichtung (V1 ) stammt und mit einer Phasentrenneinheit, vorzugsweise einem Phasenscheider, vom Reaktionsaustrag abgetrennt und in die Vorrichtung (V1 ) wieder rückgeführt wird. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Zugabe des Metallhalogenids in den Einspeisungsstrom, der die Kohlenwasserstoffe enthält, die in der Vorrichtung (V1 ) einer chemischen Umsetzung, insbesondere einer Isomerisierung, unterzogen werden sollen. Bei dieser Variante ist der apparative Aufwand der Metallhalogenidzugabe einfacher, weil die entsprechende Apparatur (V2), losgelöst von ihrer konkreten Funktionsweise, nicht aus korrosionsstabilem Material hergestellt sein muss, was bei einer Zugabe zur rückgeleiteten ionischen Flüssigkeit oder einer Zugabe direkt in die Vorrichtung (V1 ) in der Regel notwendig ist, da viele ionische Flüssigkeiten stark korrosiv wirken. Weiterhin ist es bei einer Zugabe des Metallhalogenids zu dem kohlenwasserstoffhaltigen Strom auch nicht notwendig, dass die entsprechende Apparatur für hohe Reaktionsdrücke ausgelegt sein muss. Furthermore, it is advantageous if (in addition to the addition of hydrogen halide in the device (V1)), the metal halide is not added directly into the device (V1) to the ionic liquid, but if the metal halide initially outside the device (V1) in a device or Apparatus (V2) is premixed with one of the main components located in the device (V1). This may initially be the ionic liquid itself, which originates from the reaction effluent of the device (V1) and is separated from the reaction effluent with a phase separation unit, preferably a phase separator, and returned to the device (V1). However, it is particularly advantageous to add the metal halide to the feed stream containing the hydrocarbons to be subjected to a chemical reaction, in particular an isomerization, in the apparatus (V1). In this variant, the expenditure on equipment of the metal halide addition is simpler, because the corresponding apparatus (V2), detached from its concrete mode of operation, does not have to be made of corrosion-resistant material, which, when added to the recirculated ionic liquid or added directly into the device (V1 ) is usually necessary because many ionic liquids are highly corrosive. Furthermore, when the metal halide is added to the hydrocarbonaceous stream, it is also not necessary for the corresponding apparatus to be designed for high reaction pressures.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße chemische Umsetzungsverfahren von mindestens einem Kohlenwasserstoff in Gegenwart einer ionischen Flüssigkeit bei konstantem Wasserstoffhalogenid-Partialdruck in der Gasphase der Vorrichtung (V1 ) näher definiert. The chemical conversion process according to the invention of at least one hydrocarbon in the presence of an ionic liquid at constant hydrogen halide partial pressure in the gas phase of the device (V1) is defined in more detail below.
Unter dem Begriff „chemisches Umsetzungsverfahren" oder„chemische Umsetzung" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung prinzipiell jede dem Fachmann bekannte chemische Umsetzung oder chemische Reaktion verstanden, bei der mindestens ein Kohlenwasserstoff chemisch umgesetzt, modifiziert oder in einer sonstigen Weise hinsichtlich seiner Zusammensetzung oder Struktur verändert wird. In the context of the present invention, the term "chemical reaction process" or "chemical reaction" is understood in principle to mean any chemical reaction or chemical reaction known to the person skilled in the art in which at least one hydrocarbon is chemically reacted, modified or changed in any other way with respect to its composition or structure becomes.
Bevorzugt ist das chemische Umsetzungsverfahren ausgewählt aus einer Alkylierung, einer Polymerisation, einer Dimerisierung, einer Oligomerisierung, einer Acylierung, einer Metathese, einer Polymerisation oder Copolymerisation, einer Isomerisierung, einer Carbonylierung oder Kombinationen davon. Alkylierungen, Isomerisierungen, Polymerisationen etc. sind dem Fachmann bekannt. Besonders bevorzugt im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist das chemische Umsetzungsverfahren eine Isomerisierung. Preferably, the chemical reaction method is selected from alkylation, polymerization, dimerization, oligomerization, acylation, metathesis, polymerization or copolymerization, isomerization, carbonylation, or combinations thereof. Alkylations, isomerizations, polymerizations, etc. are known in the art. Particularly preferred in the context of the present invention, the chemical reaction process is an isomerization.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die chemische Umsetzung, vorzugsweise die Isomerisierung, in einer Vorrichtung (V1 ) durchgeführt, die dem Fachmann bekannt ist. Geeignete Vorrichtungen (V1 ) sind beispielsweise Reaktoren, sonstige Reaktionsapparate, Rührkessel oder eine Rührkesselkaskade. Bevorzugt ist die Vorrichtung (V1 ) ein Reaktor oder eine Rührkesselkaskade. In the context of the present invention, the chemical reaction, preferably the isomerization, is carried out in a device (V1) which is known to the person skilled in the art. Suitable devices (V1) are for example reactors, other reactors, stirred tank or a stirred tank cascade. The device (V1) is preferably a reactor or a stirred tank cascade.
Prinzipiell können im erfindungsgemäßen Verfahren in der Vorrichtung (V1 ) beliebige Kohlenwasserstoffe enthalten sein. Der Fachmann weiß aufgrund seines allgemeinen Fachwissens, für welches konkrete chemische Umsetzungsverfahren welche Kohlenwasserstoffe und in welchen Zusammensetzungen am besten geeignet sind. Gegebenenfalls können auch (in Form von Gemischen) Verbindungen enthalten sein, die selber keine Kohlenwasserstoffe sind. Im nachfolgenden Text wird die Zusammensetzung der in der Vorrichtung (V1 ) enthaltenen Kohlenwasserstoffe anhand der im Rahmen der vorliegenden Erfindung als chemischer Umsetzung bevorzugten Isomerisierung verdeutlicht. In principle, any hydrocarbons may be present in the device (V1) in the process according to the invention. The person skilled in the art, on the basis of his general knowledge, knows for which specific chemical reaction processes which hydrocarbons and in which compositions are most suitable. Optionally, compounds (in the form of mixtures) may also be present which are not hydrocarbons themselves. In the following text, the composition of the hydrocarbons contained in the device (V1) is illustrated by the preferred as a chemical reaction in the context of the present invention isomerization.
Vorzugsweise wird bei der chemischen Umsetzung in der Vorrichtung (V1 ), insbesondere bei der Isomerisierung, als Kohlenwasserstoff Methylcyclopentan (MCP) oder ein Gemisch aus Methylcyclopentan (MCP) mit mindestens einem weiteren Kohlenwasserstoff, ausgewählt aus Cyclohexan, n-Hexan, iso-Hexane n-Heptan, iso-Heptane, Methylcyclohexan oder Dimethylcyclopentane eingesetzt. Die entsprechenden Kohlenwasserstoffe werden also in die Vorrichtung (V1 ) eingespeist. Preferably, in the chemical reaction in the device (V1), in particular in the isomerization, as the hydrocarbon methylcyclopentane (MCP) or a mixture of methylcyclopentane (MCP) with at least one further hydrocarbon selected from cyclohexane, n-hexane, iso-hexanes n Heptane, iso-heptane, methylcyclohexane or dimethylcyclopentanes used. The corresponding hydrocarbons are thus fed into the device (V1).
Mehr bevorzugt wird bei der chemischen Umsetzung, insbesondere bei der Isomerisierung, ein Gemisch aus Methylcyclopentan (MCP) mit mindestens einem weiteren Kohlenwasserstoff, ausgewählt aus Cyclohexan, n-Hexan, iso-Hexane n-Heptan, iso-Heptane, Methylcyclohexan oder Dimethylcyclopentane eingesetzt, wobei das Konzentrationsverhältnis MCP/Cyclohexan vorzugsweise mindestens 0,2 beträgt. Besonders bevorzugt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung Methylcyclopentan (MCP) zu Cyclohexan isomerisiert. More preferably, in the chemical reaction, in particular in the isomerization, a mixture of methylcyclopentane (MCP) with at least one further hydrocarbon selected from cyclohexane, n-hexane, iso-hexanes n-heptane, iso-heptanes, methylcyclohexane or dimethylcyclopentanes, wherein the concentration ratio MCP / cyclohexane is preferably at least 0.2. In the context of the present invention, methylcyclopentane (MCP) is particularly preferably isomerized to cyclohexane.
Vorzugsweise wird im erfindungsgemäßen Verfahren nach der chemischen Umsetzung, insbesondere nach der Isomerisierung, als Kohlenwasserstoff Cyclohexan oder ein Gemisch aus Cyclohexan mit mindestens einem weiteren Kohlenwasserstoff, ausgewählt aus Methylcyclopentan (MCP), n-Hexan, iso-Hexan, n-Heptan, iso-Heptan, Methylcyclohexan oder Dimethylcyclopentan, erhalten. Preferably, in the process according to the invention after the chemical reaction, in particular after the isomerization, as the hydrocarbon, cyclohexane or a mixture of cyclohexane with at least one further hydrocarbon selected from methylcyclopentane (MCP), n-hexane, iso-hexane, n-heptane, iso Heptane, methylcyclohexane or dimethylcyclopentane.
Besonders bevorzugt wird nach der chemischen Umsetzung, insbesondere nach der Isomerisierung, ein Gemisch aus Cyclohexan, MCP und mindestens einem weiteren Kohlenwasserstoff erhalten. Vorzugsweise ist der weitere Kohlenwasserstoff ausgewählt aus n-Hexan, iso-Hexan, n-Heptan, iso-Heptan, Methylcyclohexan oder Dimethylcyclopentan. Weiterhin ist es im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, dass nach der Isomerisierung im erhaltenen Gemisch, das vorzugsweise in der weiter unten beschriebenen Phase (B) enthalten ist, ein geringerer Anteil an MCP und offenkettigen linearen Kohlenwasserstoffen vorliegt im Vergleich zu der entsprechenden Zusammensetzung der Kohlenwasserstoffe bzw. der Phase (B) vor der Isomerisierung. Als ionische Flüssigkeiten eignen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung prinzipiell alle dem Fachmann bekannten ionischen Flüssigkeiten. Ein Überblick hinsichtlich geeigneter ionischer Flüssigkeiten kann für den Fall der Isomerisierung beispielsweise WO 201 1/069929 entnommen werden. Bevorzugt ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine saure ionische Flüssigkeit. Particularly preferably, after the chemical reaction, in particular after the isomerization, a mixture of cyclohexane, MCP and at least one further hydrocarbon is obtained. Preferably, the further hydrocarbon is selected from n-hexane, iso-hexane, n-heptane, iso-heptane, methylcyclohexane or dimethylcyclopentane. Furthermore, it is preferred in the process according to the invention that after the isomerization in the resulting mixture, which is preferably contained in the below described phase (B), a lower proportion of MCP and open-chain linear hydrocarbons is present compared to the corresponding composition of hydrocarbons or the phase (B) before the isomerization. Suitable ionic liquids in the context of the present invention are in principle all ionic liquids known to the person skilled in the art. An overview of suitable ionic liquids can be made in the case of isomerization For example, WO 201 1/069929 are taken. Preferred within the scope of the present invention is an acidic ionic liquid.
Bevorzugt werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung (saure) ionische Flüssigkeiten eingesetzt, bei denen das Anion mindestens eine Metallkomponente und mindestens eine Halogenkomponente umfasst. In the context of the present invention, preference is given to using (acidic) ionic liquids in which the anion comprises at least one metal component and at least one halogen component.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die ionische Flüssigkeit vorzugsweise als Katalysator in einer chemischen Umsetzung eingesetzt wird, vorzugsweise bei der Alkylierung oder Isomerisierung, insbesondere bei einer Isomerisierung. Darüber hinaus können sie ein Lösungsvermögen für einen sonstigen, in der entsprechenden Umsetzung eingesetzten Katalysator besitzen. In the context of the present invention, the ionic liquid is preferably used as a catalyst in a chemical reaction, preferably in the alkylation or isomerization, in particular in an isomerization. In addition, they may have a dissolving power for another, used in the corresponding reaction catalyst.
Vorzugsweise wird im erfindungsgemäßen Verfahren bei der (vorzugsweise sauren) ionischen Flüssigkeit im Anion der ionischen Flüssigkeit die Metallkomponente ausgewählt aus AI, B, Ga, In, Fe, Zn und Ti und/oder die Halogenkomponente ausgewählt aus F, Cl, Br oder I, insbesondere aus Cl oder Br. Mehr bevorzugt weist die (vorzugsweise saure) ionische Flüssigkeit als Anion ein Halogenoalumination mit der Zusammensetzung AlnX(3n+1) mit 1 < n < 2,5 und X = Halogen, vorzugsweise X = F, Cl, Br oder I, insbesondere X = Cl, auf. In the method according to the invention, in the (preferably acidic) ionic liquid in the anion of the ionic liquid, the metal component is preferably selected from Al, B, Ga, In, Fe, Zn and Ti and / or the halogen component selected from F, Cl, Br or I, in particular from Cl or Br. More preferably, the (preferably acidic) ionic liquid has as anion a halogen illumination with the composition Al n X (3n + 1) with 1 <n <2.5 and X = halogen, preferably X = F, Cl , Br or I, in particular X = Cl, on.
Als Kationen sind prinzipiell alle dem Fachmann bekannten Kationen geeignet. Beispiele hierfür sind ein unsubstituiertes oder zumindest teilweise alkyliertes Ammoniumion oder ein gegebenenfalls Alkyl-Seitenketten aufweisendes heterocyclisches (einwertiges) Kation, insbesondere ein Pyridiniumion, ein Imidazoliumion, ein Pyridaziniumion, ein Pyrazoliumion, ein Imidazoliniumion, ein Thiazoliumion, ein Triazoliumion, ein Pyrrolidiniumion, ein Imidazolidiniumion oder ein Phosphoniumion. Vorzugsweise enthält das zumindest teilweise alkylierte Ammoniumion einen, zwei oder drei Alkylreste mit (jeweils) 1 bis 10 Kohlenstoffatomen. Sofern zwei oder drei Alkylsubstituenten mit den entsprechenden Ammoniumionen vorhanden sind, kann die jeweilige Kettenlänge unabhängig voneinander gewählt werden, vorzugsweise weisen alle Alkylsubstituenten die gleiche Kettenlänge auf. Besonders bevorzugt sind trialkylierte Ammoniumionen mit einer Kettenlänge von 1 bis 3 Kohlenstoffatomen. Das heterocyclische Kation ist vorzugsweise ein Imidazoliumion oder ein Pyridiniumion. In principle, all cations known to those skilled in the art are suitable as cations. Examples of these are an unsubstituted or at least partially alkylated ammonium ion or an optionally alkyl-side chain heterocyclic (monovalent) cation, in particular a pyridinium ion, an imidazolium ion, a pyridazinium ion, a pyrazolium ion, an imidazolinium ion, a thiazolium ion, a triazolium ion, a pyrrolidinium ion, an imidazolidinium ion or a phosphonium ion. Preferably, the at least partially alkylated ammonium ion contains one, two or three alkyl radicals having (each) 1 to 10 carbon atoms. If two or three alkyl substituents with the corresponding ammonium ions are present, the respective chain length can be selected independently of one another, preferably all alkyl substituents have the same chain length. Particularly preferred are trialkylated ammonium ions having a chain length of 1 to 3 carbon atoms. The heterocyclic cation is preferably an imidazolium ion or a pyridinium ion.
Vorzugsweise weist die ionische Flüssigkeit als Kation ein Ammoniumion auf, mehr bevorzugt Trialkylammonium, und/oder als Anion ein Chloroalumination der Zusammensetzung AlxCI3x+1 mit 1 < x < 2,5. Preferably, the ionic liquid comprises as cation an ammonium ion, more preferably trialkylammonium, and / or as anion a chloroalumination of the composition Al x Cl 3x + 1 with 1 <x <2.5.
Besonders bevorzugt enthält die ionische Flüssigkeit, insbesondere die saure ionische Flüssigkeit, als Kation ein zumindest teilweise alkyliertes Ammoniumion und als Anion ein Chloroalumination mit der Zusammensetzung AlnCI(3n+1) mit 1 < n < 2,5. Beispiele für solche besonders bevorzugten ionischen Flüssigkeiten sind Trimethylammoniumchloroaluminat und Triethylammoniumchloroaluminat. Als Wasserstoffhalogenid (HX) können prinzipiell alle denkbaren Wasserstoffhalogenide eingesetzt werden, beispielsweise Fluorwasserstoff (HF), Chlorwasserstoff (HCl), Bromwasserstoff (HBr) oder lodwasserstoff (Hl). Gegebenenfalls können die Wasserstoffhalogenide auch als Gemisch eingesetzt werden, vorzugsweise wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch nur ein Wasserstoffhalogenid eingesetzt. Particularly preferably, the ionic liquid, in particular the acidic ionic liquid, contains as cation at least partially alkylated ammonium ion and as anion a chloroalumination with the composition Al n Cl (3n + 1) with 1 <n <2.5. Examples of such particularly preferred ionic liquids are trimethylammonium chloroaluminate and triethylammonium chloroaluminate. In principle, all conceivable hydrogen halides can be used as hydrogen halide (HX), for example hydrogen fluoride (HF), hydrogen chloride (HCl), hydrogen bromide (HBr) or hydrogen iodide (HI). Optionally, the hydrogen halides can also be used as a mixture, but preferably only one hydrogen halide is used in the context of the present invention.
Vorzugsweise wird das Wasserstoffhalogenid (HX) verwendet, dessen Halogenkomponente (X) mit der Halogenkomponente im Anion der vorstehend beschriebenen (sauren) ionischen Flüssigkeit (zumindest teilweise) übereinstimmt. Vorzugsweise ist das Wasserstoffhalogenid (HX) Chlorwasserstoff (HCl) oder Bromwasserstoff (HBr). Besonders bevorzugt ist das Wasserstoffhalogenid (HX) Chlorwasserstoff (HCl). Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Wasserstoffhalogenid (HX) trocken ist, insbesondere handelt es sich dabei um trockenen Chlorwasserstoff. In der Vorrichtung (V1 ) befindet sich ein flüssiges Reaktionsgemisch, das (als Komponenten) mindestens einen Kohlenwasserstoff, das Wasserstoffhalogenid (HX) und die ionische Flüssigkeit enthält. Die einzelnen Komponenten des flüssigen Reaktionsgemischs entsprechend den vorstehenden Definitionen, gegebenenfalls können auch 2 oder mehr Wasserstoffhalogenide und/oder ionische Flüssigkeiten darin enthalten sein. In anderen Worten ausgedrückt handelt es sich bei dem flüssigen Reaktionsgemisch um die Komponenten, die an der vorstehend beschriebenen chemischen Umsetzung, vorzugsweise an der Isomerisierung, (aktiv) teilnehmen. It is preferable to use the hydrogen halide (HX) whose halogen component (X) coincides (at least partially) with the halogen component in the anion of the above-described (acidic) ionic liquid. Preferably, the hydrogen halide (HX) is hydrogen chloride (HCl) or hydrogen bromide (HBr). Most preferably, the hydrogen halide (HX) is hydrogen chloride (HCl). Furthermore, it is preferred that the hydrogen halide (HX) is dry, in particular it is dry hydrogen chloride. In the device (V1) is a liquid reaction mixture containing (as components) at least one hydrocarbon containing hydrogen halide (HX) and the ionic liquid. The individual components of the liquid reaction mixture according to the above definitions, if appropriate, may also contain 2 or more hydrogen halides and / or ionic liquids. In other words, the liquid reaction mixture is the components which participate in the above-described chemical reaction, preferably in the isomerization, (active).
In der Vorrichtung (V1 ), und insbesondere im flüssigen Reaktionsgemisch, werden die ionische Flüssigkeit als Katalysator und das Wasserstoffhalogenid als Cokatalysator in einer chemischen Umsetzung eingesetzt, vorzugsweise bei einer Alkylierung oder Isomerisierung, insbesondere bei einer Isomerisierung. In the apparatus (V1), and in particular in the liquid reaction mixture, the ionic liquid is used as catalyst and the hydrogen halide as cocatalyst in a chemical reaction, preferably in an alkylation or isomerization, in particular in an isomerization.
Weiterhin befindet sich in der Vorrichtung (V1 ) eine Gasphase, enthaltend das Wasserstoffhalogenid (HX). Das Wasserstoffhalogenid in der Gasphase und das Wasserstoffhalogenid in dem flüssigen Reaktionsgemisch stimmen hinsichtlich der chemischen Definition überein. Furthermore, in the device (V1) is a gas phase containing the hydrogen halide (HX). The hydrogen halide in the gas phase and the hydrogen halide in the liquid reaction mixture are the same in chemical definition.
In der Vorrichtung (V1 ) stehen das flüssige Reaktionsgemisch und die Gasphase in direktem Kontakt miteinander. Dabei bildet in aller Regel das flüssige Reaktionsgemisch eine, zwei oder noch mehr separate, also von der Gasphase verschiedene, Phasen aus. Das flüssige Reaktionsgemisch und die Gasphase können beispielsweise als räumlich voneinander getrennte Phasen vorliegen, das heißt in der Vorrichtung (V1 ) befindet sich beispielsweise im unteren Teil das aus einer oder zwei separaten Phasen bestehende flüssige Reaktionsgemisch, wobei sich die Gasphase wiederum im oberen Teil der entsprechenden Vorrichtung (V1 ) befindet. An der Grenzfläche zwischen flüssigen Reaktionsgemisch und der Gasphase liegt also ein direkter Kontakt zwischen den beiden zu betrachten „Hauptphasen" (also flüssiges Reaktionsgemisch sowie Gasphase) vor. Weiterhin ist es möglich, dass das flüssige Reaktionsgemisch und die Gasphase, beispielsweise durch intensives Rühren, durchmischt werden, wobei aber die Trennung in Reaktionsgemisch einerseits sowie Gasphase andererseits aufrechterhalten bleibt. In the device (V1), the liquid reaction mixture and the gas phase are in direct contact with each other. As a rule, the liquid reaction mixture forms one, two or more separate phases, that is, different from the gas phase. The liquid reaction mixture and the gas phase can For example, in the device (V1) is located for example in the lower part of the one or two separate phases existing liquid reaction mixture, wherein the gas phase is again in the upper part of the corresponding device (V1). At the interface between the liquid reaction mixture and the gas phase there is therefore a direct contact between the two "main phases" (ie liquid reaction mixture and gas phase.) It is also possible for the liquid reaction mixture and the gas phase to be mixed, for example by intensive stirring but the separation in the reaction mixture on the one hand and gas phase on the other hand is maintained.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird in die Vorrichtung (V1 ) mindestens ein Wasserstoffhalogenid (HX), vorzugsweise Chlorwasserstoff (HCl), gasförmig eingeleitet. Aufgrund der gasförmigen Einleitung des Wasserstoffhalogenids bildet sich in der Vorrichtung (V1 ) die vorstehend beschriebene Gasphase aus. Die gasförmige Einleitung des Wasserstoffhalogenids wird dabei so durchgeführt, dass während der chemischen Umsetzung, insbesondere während der Isomerisierung, der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck in der Gasphase konstant gehalten wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „konstanter Wasserstoffhalogenid-Partialdruck" (in der Gasphase) Folgendes verstanden. Der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck ist (in der Gasphase) dann konstant, wenn dieser im Verlauf der Betriebszeit der Vorrichtung (V1 ) höchstens 20 %, bevorzugt höchstens 10 %, mehr bevorzugt höchstens 5 %, insbesondere höchstens 1 % vom über die Betriebszeit der Vorrichtung (V1 ) ermittelten Mittelwert abweicht. Dabei wird unter der Betriebszeit der normale bestimmungsgemäße Betrieb der Vorrichtung (V1 ) verstanden, ohne Berücksichtigung von Anfahr- oder Abfahrvorgängen der Vorrichtung (V1 ) sowie von Betriebsstörungen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck (PHX) wie folgt definiert: In the context of the present invention, at least one hydrogen halide (HX), preferably hydrogen chloride (HCl), is introduced into the device (V1) in gaseous form. Due to the gaseous introduction of the hydrogen halide, the gas phase described above forms in the device (V1). The gaseous introduction of the hydrogen halide is carried out so that during the chemical reaction, in particular during the isomerization, the hydrogen halide partial pressure in the gas phase is kept constant. In the context of the present invention, the term "constant hydrogen halide partial pressure" (in the gas phase) is understood as meaning that the hydrogen halide partial pressure is constant (in the gas phase) if it does not exceed 20% during the operating time of the device (V1). , preferably at most 10%, more preferably at most 5%, in particular at most 1%, deviates from the mean value determined over the operating time of the device (V1). In the present invention, the hydrogen halide partial pressure (PHX) is defined as follows:
PHX = XHX Ptotai (Gleichung 1 ) mit PHX = XHX Ptotai (equation 1) with
χΗχ = Molenbruch des Wasserstoffhalogenids in der Gasphase, und χ Η χ = molar fraction of the hydrogen halide in the gas phase, and
Ptotai = Gesamtdruck der Gasphase über dem Reaktionsgemisch. Ptotai = total pressure of the gas phase over the reaction mixture.
Der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck ρΗχ errechnet sich für den Fall, dass in der Gasphase über dem Reaktionsgemisch keine oder nur vernachlässigbar geringe Mengen an Stoffen außer Wasserstoffhalogenid und Kohlenwasserstoff vorliegen wie folgt: PHX = Ptotai - PKW (Gleichung 2) mit The hydrogen halide partial pressure ρ Η χ is calculated for the case that in the gas phase over the reaction mixture no or only negligible amounts of substances except hydrogen halide and hydrocarbon are present as follows: PHX = Ptotai - PKW (equation 2) with
Ptotai = Gesamtdruck der Gasphase über dem Reaktionsgemisch, Ptotai = total pressure of the gas phase over the reaction mixture,
PKW = Dampfdruck der Kohlenwasserstoffe des Reaktionsgemischs bei Reaktionstemperatur  PKW = vapor pressure of the hydrocarbons of the reaction mixture at reaction temperature
Der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck ρΗχ kann vorzugsweise bestimmt werden, indem aus der Gasphase der Vorrichtung (V1 ) eine Probe definierter Menge genommen und der HX-Molenbruch nach einer dem Fachmann bekannten Methode (z.B. Einleiten des Gases in eine definierte NaOH-Lösung und anschließende Rücktitration) bestimmt wird und der so bestimmte Molenbruch gemäß Gleichung 1 mit dem Gesamtdruck der Gasphase in (V1 ) multipliziert wird. The hydrogen halide partial pressure ρ Η χ can preferably be determined by taking from the gas phase of the device (V1) a sample of defined amount and the HX mole fraction according to a method known to the skilled person (eg introducing the gas into a defined NaOH solution and then Back titration) is determined and the determined mole fraction according to equation 1 with the total pressure of the gas phase in (V1) is multiplied.
Der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck ρΗχ kann gegebenenfalls aber auch gemäß Gleichung 2 abgeschätzt werden, sofern PKW bekannt ist. pKw sowie ptotai können nach den dem Fachmann bekannten Methoden bestimmt werden, insbesondere Messung des Drucks ptotai mittels einer üblichen Druckmesseinrichtung und Ermittlung von PKW mittels einer Temperatur-Dampfdruck-Korrelation (Dampfdruckkurve), die für einen gegebenen Kohlenwasserstoff, bzw. ein Kohlenwasserstoff-Gemisch in der Regel bekannt ist oder durch dem Fachmann bekannte Messmethoden ermittelt werden kann. Der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck in der Gasphase kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens prinzipiell beliebige Werte annehmen. Vorzugsweise beträgt der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck in der Gasphase zwischen 1 , 1 und 5 bara, bevorzugt zwischen 2 und 4 bara. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck in der Gasphase konstant gehalten, indem der Druck in der Vorrichtung (V1 ) durch wiederkehrende oder kontinuierliche Einleitung von gasförmigem Wasserstoffhalogenid in die Vorrichtung (V1 ) geregelt wird. Unter einer„kontinuierlichen Einleitung von gasförmigem Wasserstoffhalogenid" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die entsprechende Zugabe über einen längeren Zeitraum, vorzugsweise über mindestens 50 %, mehr bevorzugt über mindestens 70 %, noch mehr bevorzugt über mindestens 90 %, insbesondere über die gesamte Reaktionsdauer erfolgt. Vorzugsweise wird die kontinuierliche Einleitung so durchgeführt, dass die entsprechende Vorrichtung zur gasförmigen Einleitung (Zugabe) des Wasserstoffhalogenids über die vorgenannten Zeiträume in Betrieb ist. Unter einer„wiederkehrenden Einleitung von gasförmigem Wasserstoffhalogenid" des Wasserstoffhalogenids wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die entsprechende gasförmige Einleitung (Zugabe) in regelmäßigen oder unregelmäßigen Zeitabständen erfolgt. Die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Zugaben betragen mindestens 1 h, vorzugsweise mindestens einen Tag. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter dem Begriff „wiederkehrend" weiterhin mindestens zwei, beispielsweise 3, 4, 5, 10 oder auch 100 einzelne Zugaben verstanden. Die konkrete Anzahl der Einzelzugaben hängt von der Betriebsdauer ab. Diese geht idealerweise gegen Unendlich. If appropriate, the hydrogen halide partial pressure ρ Η χ can also be estimated according to Equation 2, provided that passenger car is known. p K w and p to t a i can be determined by the methods known in the art, in particular measurement of the pressure p to t a i by means of a conventional pressure measuring device and determination of PKW by means of a temperature-vapor pressure correlation (vapor pressure curve), for a given hydrocarbon, or a hydrocarbon mixture is usually known or can be determined by the skilled person known measuring methods. The hydrogen halide partial pressure in the gas phase can in principle assume any desired values in the context of the process according to the invention. Preferably, the hydrogen halide partial pressure in the gas phase is between 1, 1 and 5 bara, preferably between 2 and 4 bara. In a preferred embodiment of the present invention, the hydrogen halide partial pressure in the gas phase is kept constant by controlling the pressure in the device (V1) by returning or continuously introducing gaseous hydrogen halide into the device (V1). In the context of the present invention, a "continuous introduction of gaseous hydrogen halide" is understood to mean that the corresponding addition is maintained over a relatively long period of time, preferably over at least 50%, more preferably over at least 70%, even more preferably over at least 90%, in particular over Preferably, the continuous introduction is carried out so that the corresponding device for gaseous introduction (addition) of the hydrogen halide over the aforementioned periods in operation. In the context of the present invention, a "recurring introduction of gaseous hydrogen halide" of the hydrogen halide is understood to mean that the appropriate gaseous introduction (addition) takes place at regular or irregular intervals .The time intervals between the individual additions are at least 1 h, preferably at least one day In the context of the present invention, the term "recurring" furthermore means at least two, for example 3, 4, 5, 10 or also 100 individual additions. The concrete number of individual additions depends on the duration of operation. This ideally goes against infinity.
In anderen Worten ausgedrückt wird unter einer wiederkehrenden Einleitung von gasförmigem Wasserstoffhalogenid im Rahmen der vorliegenden Erfindung die zeitlich voneinander abgegrenzte Zugabe mehrerer Teilmengen an Metallhalogenid verstanden. Die Zugabe einer einzelnen Teilmenge kann von mehreren Sekunden bis zu mehreren Minuten dauern, gegebenenfalls sind auch etwas längere Zeiträume denkbar. Erfindungsgemäß ist der zeitliche Abstand zwischen der jeweiligen Zugabe einer einzelnen Teilmenge mindestens zehnfach so groß wie die Dauer der Zugabe der entsprechenden Teilmenge. Gegebenenfalls kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Ausführungsform einer „wiederkehrenden Zugabe" mit der Ausführungsform einer„kontinuierlichen Zugabe" auch miteinander kombiniert werden. In other words, a recurring introduction of gaseous hydrogen halide in the context of the present invention is understood to mean the addition of a plurality of partial amounts of metal halide with a time delay. The addition of a single subset can take from several seconds to several minutes, possibly even slightly longer periods are conceivable. According to the invention, the time interval between the respective addition of a single subset is at least ten times as long as the duration of the addition of the corresponding subset. Optionally, in the context of the present invention, the embodiment of a "recurring addition" with the embodiment of a "continuous addition" may also be combined with one another.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Gasphase in der Vorrichtung (V1 ) über ein Absperrorgan mit einem Reservoir in Verbindung steht, wobei das Reservoir zu mindestens 90 Mol-%, besonders bevorzugt zu mehr als 98 Mol-%, das Wasserstoffhalogenid enthält und einen Druck aufweist, der größer ist als der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck der Gasphase in der Vorrichtung (V1 ). Furthermore, it is preferred that the gas phase in the device (V1) is connected via a shut-off device to a reservoir, the reservoir containing at least 90 mol%, particularly preferably more than 98 mol%, of the hydrogen halide and a pressure which is greater than the hydrogen halide partial pressure of the gas phase in the device (V1).
Vorzugsweise wird bei dieser Ausführungsform das gasförmige Wasserstoffhalogenid aus einem Reservoir in die Vorrichtung (V1 ) eingeleitet, wobei sich zwischen der Vorrichtung (V1 ) und dem Reservoir ein Absperrorgan, vorzugsweise ein Ventil oder ein Hahn, befindet. Mit apparatetechnisch relativ einfachem Aufwand kann somit der Druck in der Gasphase (über dem Reaktionsgemisch) in der Vorrichtung (V1 ) wiederkehrend, vorzugsweise aber kontinuierlich gemessen werden, wobei bei Unterschreitung eines (vorab festgelegten) Schwellenwertes für den Druck das Absperrorgan geöffnet, während bei Überschreitung des Schwellenwertes für den Druck das Absperrorgan wiederum geschlossen wird. Preferably, in this embodiment, the gaseous hydrogen halide is introduced from a reservoir into the device (V1), wherein a shut-off device, preferably a valve or a tap, is located between the device (V1) and the reservoir. With device technology relatively simple effort thus the pressure in the gas phase (over the reaction mixture) in the device (V1) recurrently, but preferably continuously measured, when falling below a (predetermined) threshold value for the pressure, the obturator open, while when exceeded the threshold value for the pressure the shut-off valve is closed again.
Weiterhin ist es in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass der Druck in der Vorrichtung (V1 ) konstant gehalten wird, indem ein Zweipunktregelungssystem verwendet wird, das auf ein Absperrorgan zu einem Wasserstoffhalogenid-Reservoir wirkt. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind in der Vorrichtung (V1 ) -neben der gasförmigen Phase- zwei weitere Phasen (A und B) enthalten, die gemeinsam das flüssige Reaktionsgemisch ausbilden. Gegebenenfalls können im flüssigen Reaktionsgemisch auch noch weitere Phasen enthalten sein. Dabei enthält die Phase (A) mindestens eine ionische Flüssigkeit gemäß der oben gegebenen Beschreibung, wobei der Anteil an ionischer Flüssigkeit in der Phase (A) größer als 50 Gew.-% ist. Die Phase (A) ist vorzugsweise eine ionische Flüssigkeiten enthaltende Phase, die nicht oder nur sehr schwer mit Kohlenwasserstoffen mischbar ist und/oder die maximal 10 Gew.-% an Kohlenwasserstoffen enthält. In der Regel ist das Wasserstoffhalogenid (HX) sowohl in der Phase (A) als auch in der Phase (B) enthalten. Furthermore, in one embodiment of the present invention, it is preferable that the pressure in the device (V1) be kept constant by using a two-point control system acting on a shut-off device to a hydrogen halide reservoir. In a preferred embodiment of the present invention, in the device (V1) -in addition to the gaseous phase-two further phases (A and B) are contained, which together form the liquid reaction mixture. Optionally, further phases may also be present in the liquid reaction mixture. In this case, the phase (A) contains at least one ionic liquid according to the above description, wherein the proportion of ionic liquid in the phase (A) is greater than 50 wt .-%. The phase (A) is preferably a phase containing ionic liquids which is immiscible or only very difficult to mix with hydrocarbons and / or which contains at most 10% by weight of hydrocarbons. In general, the hydrogen halide (HX) is contained in both phase (A) and phase (B).
Beispielsweise können in der Phase (A) Gemische aus zwei oder mehr ionischen Flüssigkeiten enthalten sein, vorzugsweise enthält die Phase (A) eine ionische Flüssigkeit. Neben der ionischen Flüssigkeit können in der Phase (A) auch weitere Komponenten enthalten sein, die mit der ionischen Flüssigkeit mischbar sind. Dies können Kohlenwasserstoffe aus der weiter unten beschriebenen Phase (B) sein, die in der Regel eine begrenzte Löslichkeit in ionischen Flüssigkeiten aufweisen. Weiterhin kann Phase (A) auch Cokatalysatoren enthalten, die bei Isomensierungsreaktionen unter Verwendung von ionischen Flüssigkeiten eingesetzt werden. Ein bevorzugtes Beispiel für solche Cokatalysatoren sind die vorstehend bereits erwähnten Halogenwasserstoffe, insbesondere Chlorwasserstoff. Darüber hinaus können in der Phase (A) auch Bestandteile oder Zerfallsprodukte der ionischen Flüssigkeiten, die beispielsweise während des Isomerisierungsprozesses entstehen können, enthalten sein. Vorzugsweise ist in Phase (A) der Anteil an ionischer Flüssigkeit größer als 80 Gew.-%. For example, in phase (A) mixtures of two or more ionic liquids may be contained, preferably the phase (A) contains an ionic liquid. In addition to the ionic liquid, other components which are miscible with the ionic liquid can also be present in the phase (A). These may be hydrocarbons from phase (B) described below, which typically have limited solubility in ionic liquids. Furthermore, phase (A) may also contain cocatalysts used in isomerization reactions using ionic liquids. A preferred example of such cocatalysts are the hydrogen halides already mentioned above, in particular hydrogen chloride. In addition, in phase (A) may also contain constituents or decomposition products of the ionic liquids, which may arise, for example, during the isomerization process. Preferably, in phase (A), the proportion of ionic liquid is greater than 80 wt .-%.
Die Phase (B) ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung dadurch charakterisiert, dass sie mindestens einen Kohlenwasserstoff enthält, wobei der Gehalt an Kohlenwasserstoff in der Phase (B) größer als 50 Gew.-% ist. Die Phase (B) ist vorzugsweise eine kohlenwasserstoffhaltige Phase, die nicht oder nur sehr schwer mit ionischen Flüssigkeiten mischbar ist und/oder die maximal 1 Gew.-% an ionischen Flüssigkeiten (bezogen auf das Gesamtgewicht der Phase) enthält. The phase (B) is characterized in the context of the present invention in that it contains at least one hydrocarbon, wherein the content of hydrocarbon in the phase (B) is greater than 50 wt .-%. Phase (B) is preferably a hydrocarbon-containing phase which is immiscible or only very difficult to mix with ionic liquids and / or which contains at most 1% by weight of ionic liquids (based on the total weight of the phase).
Die konkrete Zusammensetzung der Phase (B) ist abhängig vom gewählten chemischen Umsetzungsverfahren. Die Phase (B) erfährt im Laufe eines chemischen Umsetzungsverfahrens eine Änderung ihrer Zusammensetzung. Die konkreten Kohlenwasserstoffe, die in der Phase (B) vor sowie nach der chemischen Umsetzung, insbesondere der Isomerisierung, enthalten sein können, sind vorstehend bereits beschrieben worden. Weiterhin ist es bevorzugt, dass in der Vorrichtung (V1 ) die ionische Flüssigkeit zu größer 50 Gew.-% in einer Phase (A) enthalten ist, die eine höhere Viskosität aufweist als eine Phase (B), in der zu größer 50 Gew.-% mindestens ein Kohlenwasserstoff enthalten ist, und die Phasen (A) und (B) sich in unmittelbarem Kontakt miteinander befinden, beispielsweise indem sie miteinander ein heterogenes Gemisch ausbilden. The concrete composition of phase (B) depends on the chosen chemical reaction method. Phase (B) undergoes a change in composition during a chemical reaction process. The specific hydrocarbons which may be present in phase (B) before and after the chemical reaction, in particular the isomerization, have already been described above. Furthermore, it is preferred that in the device (V1) the ionic liquid to greater than 50 wt .-% in a phase (A) is contained, which has a higher viscosity than a phase (B), in which greater than 50 wt. -% at least one hydrocarbon is contained, and the phases (A) and (B) are in direct contact with each other, for example by forming together a heterogeneous mixture.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die chemische Umsetzung, insbesondere die Isomerisierung, in einer Dispersion (D1 ), in der die Phase (B) in der Phase (A) dispergiert ist. Die Dispergierrichtung (das heißt die Information, welche Phase in disperser Form in der der jeweils anderen Phase vorliegt) kann bestimmt werden, indem eine Probe, gegebenenfalls nach Zusatz eines selektiv die eine Phase einfärbenden Farbstoffs, unter einem Lichtmikroskop mit Durchlicht untersucht wird. Die Phasen (A) und (B) weisen dabei die vorstehenden Definitionen auf. Die Dispersion (D1 ) kann nach dem Fachmann bekannten Methoden hergestellt werden, beispielsweise kann eine solche Dispersion durch intensives Verrühren der Phasen erzeugt werden. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt in der Dispersion (D1 ) das Volumenverhältnis der Phase (A) zu Phase (B) im Bereich von 2,5 bis 4 zu 1 [Vol/Vol], bevorzugt im Bereich von 2,5 bis 3 zu 1 [Vol/Vol]. In one embodiment of the present invention, the chemical reaction, in particular the isomerization, takes place in a dispersion (D1) in which the phase (B) is dispersed in the phase (A). The direction of dispersion (that is, the information as to which phase is in disperse form in the other phase) can be determined by examining a sample under transmitted light under a light microscope, optionally after adding a dye which selectively dyes the phase. The phases (A) and (B) have the above definitions. The dispersion (D1) can be prepared by methods known to those skilled in the art, for example, such a dispersion can be produced by intensive stirring of the phases. In a further embodiment of the present invention, in the dispersion (D1), the volume ratio of the phase (A) to phase (B) is in the range of 2.5 to 4 to 1 [vol / vol], preferably in the range of 2.5 to 3 to 1 [vol / vol].
Weiterhin wird in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in die Vorrichtung (V1 ) während der chemischen Umsetzung, vorzugsweise während der Isomerisierung, mindestens ein Metallhalogenid zugegeben. Die Zugabe des Metallhalogenids erfolgt also zusätzlich zum Einleiten (Zugabe) des gasförmigen Wasserstoffhalogenids (HX). Die Zugabe des Metallhalogenids in die Vorrichtung (V1 ) kann wiederkehrend oder kontinuierlich durchgeführt werden. Furthermore, in a preferred embodiment of the method according to the invention, at least one metal halide is added to the device (V1) during the chemical reaction, preferably during the isomerization. The addition of the metal halide is thus in addition to the introduction (addition) of the gaseous hydrogen halide (HX). The addition of the metal halide in the device (V1) can be carried out in a recurring or continuous manner.
Vorzugsweise stimmen das Anion der ionischen Flüssigkeit und das Metallhalogenid hinsichtlich der jeweiligen Halogenkomponente und der Metallkomponente überein. Prinzipiell sind alle dem Fachmann bekannten Metallhalogenide, die dieses Kriterium erfüllen, geeignet. Vorzugsweise ist das Metallhalogenid ausgewählt aus AIX3, BX3, GaX3, lnX3, FeX3, ZnX2 und T1X4 mit X = Halogen, bevorzugt X = Cl oder Br, noch mehr bevorzugt X = Cl. Insbesondere ist das Metallhalogenid AICI3. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Halogenkomponenten von ionischer Flüssigkeit, dem Wasserstoffhalogenid (HX) und dem Metallhalogenid übereinstimmen. Preferably, the anion of the ionic liquid and the metal halide are identical with respect to the respective halogen component and the metal component. In principle, all metal halides known to those skilled in the art which fulfill this criterion are suitable. Preferably the metal halide is selected from AlX 3, BX 3, GaX 3, lnX 3, FeX 3, ZnX 2 and T1X4 with X = halogen, preferably X = Cl or Br, more preferably X = Cl. In particular, the metal halide is AICI 3 . Further, it is preferable that the halogen components of ionic liquid, the hydrogen halide (HX) and the metal halide match.
Enthält die in der Vorrichtung (V1 ) eingesetzte ionische Flüssigkeit als Anion beispielsweise AI2CI7-, kann als Metallhalogenid entsprechend AICI3 eingesetzt werden. Im Fall von gemischtkomponentigen Anionen wie beispielsweise AI2BrCI6 " kann beispielsweise ein entsprechendes Gemisch aus AICI3 und AIBr3 eingesetzt werden. Sinngemäßes gilt auch für den Fall, dass die Metallkomponente des Anions der entsprechenden ionischen Flüssigkeit zwei oder mehr Komponenten wie beispielsweise AI oder Cu enthält hinsichtlich der Auswahl der entsprechenden Metallkomponente des eingesetzten Metallhalogenids. Die Zugabe von mindestens einem Metallhalogenid in die Vorrichtung (V1 ) kann wiederkehrend oder kontinuierlich erfolgen. Dabei kann das Metallhalogenid in flüssiger oder fester Form zugegeben werden. Dabei ist auch festzuhalten, dass das Metallhalogenid nicht direkt in die Vorrichtung (V1 ) zugegeben werden muss, sondern das Metallhalogenid kann zunächst auch in einer anderen Vorrichtung, beispielsweise in einer Kontaktvorrichtung (V2), einer oder mehreren der am chemischen Umsetzungsverfahren beteiligten Komponenten zugegeben werden. Aus dieser anderen Vorrichtung wird das Metallhalogenid zusammen mit der bzw. den genannten Komponente(n) in die Vorrichtung (V1 ) geführt (mittelbare Zugabe des Metallhalogenids nach (V1 )). Das (Über-)Führen oder (Über-)Leiten des Metallhalogenids zusammen mit der bzw. den genannten Komponente(n) aus der anderen Vorrichtung in die Vorrichtung (V1 ) erfolgt nach den dem Fachmann bekannten Methoden, beispielsweise unter Verwendung von Pumpen. If the ionic liquid used in the device (V1) contains, for example, Al 2 Cl 7 as an anion, it is possible to use AICI 3 as the metal halide. In the case of mixed-component anions such as, for example, Al 2 BrCl 6 ", it is possible to use, for example, a corresponding mixture of AlCl 3 and AlBr 3. The same applies analogously to the case in which the metal component of the anion is corresponding ionic liquid contains two or more components such as Al or Cu with regard to the selection of the corresponding metal component of the metal halide used. The addition of at least one metal halide into the device (V1) can be repeated or continuous. In this case, the metal halide can be added in liquid or solid form. It should also be noted that the metal halide need not be added directly into the device (V1), but the metal halide can first be added in another device, for example in a contact device (V2), one or more of the components involved in the chemical reaction process , From this other device, the metal halide together with the or said component (s) in the device (V1) out (indirect addition of the metal halide according to (V1)). The (over) guiding or (over) guiding the metal halide together with the mentioned component (s) from the other device into the device (V1) takes place according to the methods known to the person skilled in the art, for example using pumps.
Bevorzugt für die Zugabe des Metallhalogenids sind die beiden Ausführungsformen die im nachfolgenden Text im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 näher definiert werden. Bei beiden Ausführungsformen handelt es sich um eine solche mittelbare Zugabe, wobei das Metallhalogenid zunächst über die Kontaktvorrichtung (V2) in das System zugegeben wird, von wo es in die Vorrichtung (V1 ) gelangt. Unter einer „kontinuierlichen Zugabe" des Metallhalogenids wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die entsprechende Zugabe über einen längeren Zeitraum, vorzugsweise über mindestens 50 %, mehr bevorzugt über mindestens 70 %, noch mehr bevorzugt über mindestens 90 %, insbesondere über die gesamte Reaktionsdauer erfolgt. Vorzugsweise wird die kontinuierliche Zugabe so durchgeführt, dass die entsprechende Vorrichtung zum Eintrag (Zugabe) des Metallhalogenids (z. B. eine Zellenradschleuse) über die vorgenannten Zeiträume in Betrieb ist. Preferred for the addition of the metal halide are the two embodiments which are defined in more detail in the following text in conjunction with Figures 1 and 2. Both embodiments are such an indirect addition, wherein the metal halide is first added to the system via the contact device (V2), from where it enters the device (V1). In the context of the present invention, a "continuous addition" of the metal halide is understood to mean that the corresponding addition over a relatively long period, preferably over at least 50%, more preferably over at least 70%, even more preferably over at least 90%, in particular over the entire Preferably, the continuous addition is carried out so that the corresponding device for introducing (adding) the metal halide (eg a rotary valve) is in operation for the aforementioned periods.
Unter einer „wiederkehrenden Zugabe" des Metallhalogenids wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die entsprechende Zugabe in regelmäßigen oder unregelmäßigen Zeitabständen erfolgt. Vorzugsweise wird die entsprechende Zugabe durch das Eintreten einer weiter unten beschriebenen Zugabebedingung veranlasst, insbesondere im Zusammenhang mit der Sättigungskonzentration in der Phase (B). Die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Zugaben betragen mindestens 1 h, vorzugsweise mindestens einen Tag. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter dem Begriff „wiederkehrend" weiterhin mindestens zwei, beispielsweise 3, 4, 5, 10 oder auch 100 einzelne Zugaben verstanden. Die konkrete Anzahl der Einzelzugaben hängt von der Betriebsdauer ab. Diese geht idealerweise gegen Unendlich. In the context of the present invention, a "recurring addition" of the metal halide is understood as meaning that the corresponding addition takes place at regular or irregular intervals Phase (B) The time intervals between the individual additions are at least 1 h, preferably at least one day Within the scope of the present invention, the term "recurring" furthermore includes at least two, for example 3, 4, 5, 10 or even 100 individual Additions understood. The concrete one Number of individual additions depends on the operating time. This ideally goes against infinity.
In anderen Worten ausgedrückt wird unter einer wiederkehrenden Zugabe des Metallhalogenids im Rahmen der vorliegenden Erfindung die zeitlich voneinander abgegrenzte Zugabe mehrerer Chargen an Metallhalogenid verstanden. Die Zugabe einer einzelnen Charge kann von mehreren Sekunden bis zu mehreren Minuten dauern, gegebenenfalls sind auch etwas längere Zeiträume denkbar. Erfindungsgemäß ist der zeitliche Abstand zwischen der jeweiligen Zugabe einer einzelnen Charge mindestens zehnfach so groß wie die Dauer der Zugabe einer einzelnen Charge. Gegebenenfalls kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Ausführungsform einer „wiederkehrenden Zugabe" mit der Ausführungsform einer „kontinuierlichen Zugabe" auch miteinander kombiniert werden. Besonders bevorzugt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Zugabe des Metallhalogenids so durchgeführt, dass in der Vorrichtung (V1 ) eine Konzentration vonIn other words, a recurring addition of the metal halide in the context of the present invention is understood to mean the time-limited addition of a plurality of charges of metal halide. The addition of a single batch can take from several seconds to several minutes, possibly even slightly longer periods are conceivable. According to the invention, the time interval between the respective addition of a single batch is at least ten times as long as the duration of the addition of a single batch. Optionally, in the context of the present invention, the embodiment of a "recurring addition" with the embodiment of a "continuous addition" may also be combined with one another. In the context of the present invention, the addition of the metal halide is particularly preferably carried out in such a way that in the device (V1) a concentration of
> 70 %, vorzugsweise von > 90 % der Sättigungskonzentration des Metallhalogenids eingestellt wird. Dabei ist es auch möglich, dass es zu einer Übersättigung an Metallhalogenid in der Vorrichtung (V1 ) kommt. Wenn dies der Fall ist, bildet sich in der Vorrichtung (V1 ) eine (zusätzliche) feste Phase an Metallhalogenid aus. Vorzugsweise wird in der (weiter unten beschriebenen) Phase (B) eine Konzentration von > 70 %, vorzugsweise von > 90 %, der Sättigungskonzentration des Metallhalogenids eingestellt. Dabei ist der Begriff„Sättigungskonzentration" zu verstehen gemäß I UPAC: Compendium of Chemical Terminology, 2. Ausgabe (the "Gold Book"), compiled by A. D. McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997). > 70%, preferably> 90% of the saturation concentration of the metal halide. It is also possible that there is a supersaturation of metal halide in the device (V1). If this is the case, an (additional) solid phase of metal halide is formed in the device (V1). Preferably, in the phase (B) (described below), a concentration of> 70%, preferably> 90%, of the saturation concentration of the metal halide is set. The term "saturation concentration" is to be understood in accordance with IUPAC: Compendium of Chemical Terminology, 2nd Edition (the "Gold Book"), compiled by A.D. McNaught and A. Wilkinson, Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997).
Vorzugsweise erfolgt bei einer wiederkehrenden Zugabe des Metallhalogenids die jeweils nächste Zugabe so, dass in der Vorrichtung (V1 ) sich eine Konzentration vonPreferably, in the case of a recurring addition of the metal halide, the respectively next addition is carried out in such a way that a concentration of
> 70 %, vorzugsweise von > 90 % der Sättigungskonzentration des Metallhalogenids, vorzugsweise in der Phase (B), wieder eingestellt. Die jeweils nächste Zugabe an> 70%, preferably> 90% of the saturation concentration of the metal halide, preferably in the phase (B), readjusted. The next addition to each
Metallhalogenid erfolgt also dann, wenn die Metallhalogenid-Konzentration die vorstehenden Grenzwerte unterschritten hat. Insbesondere erfolgt die wiederkehrende Zugabe des Metallhalogenids so, dass die vorgenannten auf die Sättigung bezogenen Konzentrationen an Metallhalogenid in der Phase (B) ständig aufrecht erhalten werden. Die jeweils nächste Zugabe an Metallhalogenid erfolgt also, bevor die Metallhalogenid- Konzentration die vorstehenden Grenzwerte unterschritten hat. Metal halide thus takes place when the metal halide concentration has fallen below the above limits. In particular, the periodic addition of the metal halide is such that the aforementioned saturation-related metal halide concentrations in phase (B) are constantly maintained. The next addition of metal halide thus takes place before the metal halide concentration has fallen below the above limits.
Vorzugsweise erfolgt die kontinuierliche Zugabe des Metallhalogenids so, dass in der Vorrichtung (V1 ) eine Konzentration von > 70 %, vorzugsweise von > 90 % der Sättigungskonzentration des Metallhalogenids kontinuierlich aufrechterhalten wird. Insbesondere wird dies in der Phase (B) aufrechterhalten. Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Metallhalogenid und das gasförmige Wasserstoffhalogenid (HX), vorzugsweise AICI3 und Chlorwasserstoff, gleichzeitig in die Vorrichtung (V1 ) zugegeben werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind in der Vorrichtung (V1 ) die folgenden Phasen enthalten: i) die Phase (A) enthaltend die ionische Flüssigkeit, Preferably, the continuous addition of the metal halide is such that in the device (V1) a concentration of> 70%, preferably> 90% of the saturation concentration of the metal halide is maintained continuously. In particular, this is maintained in phase (B). Furthermore, it is preferred that the metal halide and the gaseous hydrogen halide (HX), preferably AICI 3 and hydrogen chloride, are added simultaneously to the device (V1). In a further preferred embodiment of the present invention, the device (V1) contains the following phases: i) the phase (A) containing the ionic liquid,
ii) die Phase (B) enthaltend mindestens einen Kohlenwasserstoff, ii) the phase (B) containing at least one hydrocarbon,
iii) gegebenenfalls die Phase (C) enthaltend festes Metallhalogenid, vorzugsweise festes AIX3, und iii) optionally the phase (C) containing solid metal halide, preferably solid AIX 3 , and
iv) die Phase (D) enthaltend gasförmiges HX. iv) the phase (D) containing gaseous HX.
Das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere die Isomerisierung, wird vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt. Die bei der chemischen Umsetzung, insbesondere bei der Isomerisierung, entstandenen Verbindungen (Produkte) können nach den dem Fachmann bekannten Methoden aus der Vorrichtung (V1 ) ausgetragen werden. Beispielsweise kann aus der Vorrichtung (V1 ), in der die chemische Umsetzung durchgeführt wird, ein Strom ausgeleitet werden, in der die Phase (B) und die Phase (A) enthalten sind, wobei in der Phase (B) mindestens ein Kohlenwasserstoff enthalten ist, der bei der chemischen Umsetzung hergestellt wurde. Dieser Strom wiederum wird vorzugsweise in eine Phasentrennvorrichtung (Phasentrenneinheit) eingeleitet. Phasentrennvorrichtungen als solche sind dem Fachmann bekannt. Bei dieser Phasentrennvorrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen Phasenscheider. The process according to the invention, in particular the isomerization, is preferably carried out continuously. The compounds (products) formed during the chemical reaction, in particular during the isomerization, can be removed from the device (V1) by methods known to the person skilled in the art. For example, from the device (V1), in which the chemical reaction is carried out, a stream are discharged, in which the phase (B) and the phase (A) are contained, wherein in the phase (B) at least one hydrocarbon is contained which was produced during the chemical reaction. This current in turn is preferably introduced into a phase separation device (phase separation unit). Phase separation devices as such are known to the person skilled in the art. This phase separation device is preferably a phase separator.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung (V1 ) ein Reaktor oder eine Rührkesselkaskade, und stromabwärts zur Vorrichtung (V1 ) befindet sich eine Phasentrennvorrichtung, vorzugsweise ein Phasenscheider. Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Reaktor oder die Rührkesselkaskade und gegebenenfalls die Phasentrennvorrichtung gasseitig gekoppelt sind. Preferably, the device (V1) is a reactor or a stirred tank cascade, and downstream of the device (V1) is a phase separator, preferably a phase separator. Furthermore, it is preferred that the reactor or the stirred tank cascade and optionally the phase separation device are coupled on the gas side.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass in der Phasentrennvorrichtung die Phase (A), enthaltend die ionische Flüssigkeit, von der Phase (B), enthaltend mindestens einen Kohlenwasserstoff, abgetrennt wird, wobei vorzugsweise die Phase (A) in die Vorrichtung (V1 ) rückgeleitet wird, insbesondere in den Reaktor oder zum Startpunkt der Rührkesselkaskade rückgeleitet wird. In der Phasentrennvorrichtung werden vorzugsweise ein erster Strom, enthaltend mindestens 70 Gew.-%, bevorzugt mindestens 90 %, der Phase (A), und ein zweiter Strom, enthaltend mindestens 70 %, bevorzugt mindestens 90 %, der Phase (B), voneinander abgetrennt. Die vorstehenden Angaben in % beziehen sich auf die entsprechenden Mengen, die im Strom enthalten sind, der in die Phasentrennvorrichtung eingeleitet wird. Weiterhin ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass der Vorrichtung (V1 ) eine Kontaktvorrichtung (V2), die vorzugsweise ein Fließbett, ein Wirbelbett oder ein Rührbehälter ist, vorgeschaltet ist, wobei das Metallhalogenid zunächst in die Kontaktvorrichtung (V2) zugegeben und von dort in die Vorrichtung (V1 ) geführt wird. Das Metallhalogenid kann in fester oder flüssiger, besonders bevorzugt in fester Form zugegeben werden. Further, it is preferable that in the phase separation device, the phase (A) containing the ionic liquid is separated from the phase (B) containing at least one hydrocarbon, preferably the phase (A) is returned to the device (V1) , is returned in particular to the reactor or to the starting point of the stirred tank cascade. A first stream comprising at least 70% by weight, preferably at least 90%, of the phase (A) and a second stream containing at least 70%, preferably at least 90%, of the phase (B) are preferably present in the phase separation apparatus. separated from each other. The above figures in% refer to the corresponding amounts contained in the stream, which is introduced into the phase separator. Furthermore, it is preferred in the context of the present invention for the device (V1) to be preceded by a contact device (V2), which is preferably a fluidized bed, a fluidized bed or a stirred vessel, the metal halide initially being added to the contact device (V2) and being supplied by there in the device (V1) is performed. The metal halide may be added in solid or liquid, more preferably in solid form.
Der Kontaktvorrichtung (V2) kann wiederum eine Vorrichtung (V3) zur FesWFlüssig- oder Flüssig/Flüssig-T rennung nachgeschaltet sein, die bevorzugt ein Phasenscheider, ein Schwerkraftabscheider, ein Hydrozyklon, ein Apparat mit Dead-End-Filter oder ein Querstromfilter ist. Gegebenenfalls ist die Vorrichtung (V3) zur FesWFlüssig- oder Flüssig/Flüssig-Trennung apparativ in die Kontaktvorrichtung (V2) integriert, beispielsweise derart, dass (V2) ein Rührbehälter ist, der eine Rührzone und eine oberhalb dieser angeordnete Ruhezone, in welcher eine durch Schwerkraft bewirkte Trennung von Feststoff und Flüssigkeit stattfindet, umfasst. Vorzugsweise wird ein in der Vorrichtung (V3) zur FesWFlüssig- oder Flüssig/Flüssig-Trennung abgetrennter, an Feststoff angereicherter Strom in die Kontaktvorrichtung (V2) zurückgeführt. The contact device (V2) can in turn be followed by a device (V3) for liquid or liquid / liquid separation, which is preferably a phase separator, a gravity separator, a hydrocyclone, a dead end filter or a crossflow filter. Optionally, the device (V3) for FesW-liquid or liquid / liquid separation apparatus in the contact device (V2) integrated, for example such that (V2) is a stirred tank having a stirring zone and a rest zone arranged above this, in which a through Gravity caused separation of solid and liquid takes place. Preferably, a solids-enriched stream separated in the device (V3) for FesW liquid or liquid / liquid separation is returned to the contact device (V2).
Unabhängig von der Anwesenheit einer nachgeschalteten Vorrichtung (V3) zur FesWFlüssig- oder Flüssig/Flüssig-Trennung ist es im Zusammenhang mit der Kontaktvorrichtung (V2) bevorzugt, dass das Metallhalogenid in die Kontaktvorrichtung (V2) wiederkehrend oder kontinuierlich mittels einer Vorrichtung zur Dosierung oder Förderung von Feststoff bzw. Flüssigkeit zugegeben wird; im Falle vom Feststoff bevorzugt mit einer Zellradschleuse oder einer pneumatischen Förderung, im Falle von Flüssigkeit bevorzugt mittels einer Pumpe. Regardless of the presence of a downstream device (V3) for FesWlüssig- or liquid / liquid separation, it is preferred in connection with the contact device (V2) that the metal halide in the contact device (V2) recurring or continuously by means of a device for metering or delivery of solid or liquid is added; in the case of the solid preferably with a rotary valve or a pneumatic conveying, in the case of liquid preferably by means of a pump.
Ebenso ist es bevorzugt, dass die Kontaktvorrichtung (V2) von einer Flüssigkeit durchströmt wird, die die in der Vorrichtung (V1 ) umzusetzenden Stoffe enthält und/oder die in die Vorrichtung (V1 ) zugeführt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Vorliegen einer zweiten, insbesondere festen, Phase in der Kontaktvorrichtung (V2) optisch oder mittels einer sonstigen geeigneten Vorrichtung bzw. Verfahren, bevorzugt mittels einer Trübungsmessung, ständig überwacht, und bei Verschwinden der zweiten Phase wird mittels einer Vorrichtung zur Dosierung oder Förderung von Feststoff Metallhalogenid in die Kontaktvorrichtung (V2) eingetragen. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Kontaktvorrichtung (V2) von der rückgeleiteten Phase (A), die aus der vorstehend beschriebenen Phasentrennvorrichtung, insbesondere den Phasenscheider, stammt, durchströmt und (V2) befindet sich zwischen Phasentrennvorrichtung und Vorrichtung (V1 ), wobei (V2) gegebenenfalls eine Vorrichtung (V3) zur Fest-/Flüssig-T rennung oder Flüssig-/Flüssig-T rennung nachgeschaltet ist. Likewise, it is preferred that the liquid flows through the contact device (V2), which contains the substances to be converted in the device (V1) and / or which is supplied to the device (V1). In a preferred embodiment, the presence of a second, in particular solid, phase in the contact device (V2) is constantly monitored optically or by means of another suitable device or method, preferably by means of a turbidity measurement, and when the second phase disappears by means of a device for Dosing or promotion of solid metal halide registered in the contact device (V2). In a preferred embodiment of the present invention, the contact device (V2) flows through the recirculated phase (A), which originates from the above-described phase separation device, in particular the phase separator, and (V2) is located between the phase separation device and the device (V1) (V2), if appropriate downstream of a device (V3) for solid / liquid separation or liquid / liquid separation.
Aus dem Austrag der Vorrichtung (V1 ), insbesondere aus dem kohlenwasserstoffhaltigen Austrag einer der Vorrichtung (V1 ) nachgeschalteten Phasentrenneinheit, vorzugsweise eines Phasenscheiders, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Cyclohexan isoliert. Verfahren und Vorrichtungen zur Abtrennung von Cyclohexan aus einem solchen Austrag bzw. Strom, insbesondere wenn es sich um ein Kohlenwasserstoffgemisch handelt, sind dem Fachmann bekannt. Gegebenenfalls können vor der Abtrennung des Cyclohexans noch weitere Aufreinigungsschritte (beispielsweise eine Wäsche mit einer wässrigen und/oder alkalischen Phase) durchgeführt werden, die dem Fachmann ebenfalls bekannt sind. From the discharge of the device (V1), in particular from the hydrocarbon-containing discharge of a device downstream of the device (V1) phase separation unit, preferably a phase separator, is preferably isolated in the present invention, cyclohexane. Methods and apparatus for the separation of cyclohexane from such a discharge or stream, in particular when it is a hydrocarbon mixture, are known in the art. If appropriate, further purification steps (for example washing with an aqueous and / or alkaline phase), which are likewise known to the person skilled in the art, can be carried out before the separation of the cyclohexane.
In Figur 1 wird das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nochmals verdeutlicht, die vorzugsweise als Isomerisierung durchgeführt wird. „MX" bedeutet Metallhalogenid, „f bedeutet fest und „I" bedeutet flüssig bzw. gelöst.„I L" bedeutet ionische Flüssigkeit.„AO" bedeutet Absperrorgan, das mit dem Reservoir (R) verbunden ist. „PC" bedeutet eine Druckmesseinrichtung, die mit einer Regeleinrichtung in der Weise verbunden ist, dass sie auf mindestens eine den Druck beeinflussende Einrichtung („Aktor") wirkt. „A" bedeutet Phase (A), wobei die entsprechende Hauptkomponente dieser Phase in Klammern gesetzt ist (im vorliegenden Fall ionische Flüssigkeit, die in der Vorrichtung (V1 ) vorgelegt ist). „B" bedeutet Phase (B), wobei „KW1 " für ein erstes Kohlenwasserstoffgemisch steht und „KW2" für ein zweites Kohlenwasserstoffgemisch, das in der Vorrichtung (V1 ) im Rahmen einer chemischen Umsetzung, vorzugsweise einer Isomerisierung, aus KW1 gebildet wird. In FIG. 1, the process according to the invention is again clarified in accordance with a preferred embodiment, which is preferably carried out as isomerization. "MX" means metal halide, "f" means solid and "I" means liquid or dissolved "I L" means ionic liquid "AO" means shut-off valve connected to the reservoir (R). "PC" means a pressure measuring device which is connected to a control device in such a way that it acts on at least one pressure-influencing device ("actuator"). "A" means phase (A), with the corresponding major component of that phase in parentheses (in the present case, ionic liquid presented in device (V1)) "B" means phase (B), where "KW1" represents a first hydrocarbon mixture and "KW2" for a second hydrocarbon mixture which is formed in the device (V1) in the context of a chemical reaction, preferably an isomerization, from KW1.
Die umzusetzende mindestens einen Kohlenwasserstoff enthaltende Phase B (KW1 ) wird kontinuierlich in die Vorrichtung (V1 ) geführt, gegebenenfalls wird zusätzlich ein Metallhalogenid (MX) in (V1 ) eingeführt. (V1 ) enthält unter Betriebsbedingungen flüssiges Reaktionsgemisch und eine mit diesem in Kontakt stehende Gasphase. Diese ist über das Absperrorgan (AO) mit dem Reservoir (R) verbunden, das ein Gas enthält, welches zu mehr als 90 Mol-% besonders bevorzugt zu mehr als 98 Mol-%, aus dem Wasserstoffhalogenid besteht und einen Druck oberhalb des Druck der Gasphase über dem Reaktionsgemisch aufweist. In (V1 ) befindet sich in der Gasphase eine Druckmesseinrichtung, die mit einer Regeleinrichtung verbunden ist. Die Gesamtheit aus Druckmesseinrichtung und Regeleinrichtung ist in Fig. 1 als (PC) bezeichnet. (PC) steuert die Stellung des Absperrorgans (AO) in der Weise, dass bei Unterschreitung eines Schwellenwerts für den Druck das Absperrorgan geöffnet, bei Überschreitung eines Schwellenwerts für den Druck das Absperrorgan dagegen geschlossen wird. Die detaillierte Ausführung dieser Regelung kann nach verschiedenen dem Fachmann 5 bekannten Arten erfolgen. The reacted at least one hydrocarbon-containing phase B (KW1) is continuously fed into the device (V1), optionally in addition a metal halide (MX) in (V1) is introduced. (V1) contains, under operating conditions, liquid reaction mixture and a gas phase in contact with it. This is connected via the obturator (AO) with the reservoir (R), which contains a gas which consists of more than 90 mol%, more preferably more than 98 mol%, of the hydrogen halide and a pressure above the pressure of Has gas phase over the reaction mixture. In (V1) is located in the gas phase, a pressure measuring device which is connected to a control device. The entirety of pressure measuring device and control device is referred to in Fig. 1 as (PC). (PC) controls the position of the obturator (AO) in such a way that when falling below a threshold value for the pressure, the obturator is opened, on exceeding a threshold value for the pressure, the obturator is closed. The detailed design of this scheme can be done by various known to the expert 5 types.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Beispiele verdeutlicht. Allgemeine Versuchsbedingungen: Hereinafter, the present invention will become apparent from the examples. General experimental conditions:
10  10
Für die Versuche werden folgenden Substanzen bzw. Zusammensetzungen verwendet:  The following substances or compositions are used for the experiments:
Ionische Flüssigkeit (A) mit der Zusammensetzung (CH3)3NHAI2CI7, ein 15 Kohlenwasserstoff-Gemisch (B) mit den Komponenten Methylcyclopentan, Cyclohexan, n-Hexan und Isohexan und zusätzlich, für das erfindungsgemäße Beispiel, gasförmiges HCl. Die ionische Flüssigkeit wird nachfolgend auch als „IL" bezeichnet und die Kohlenwasserstoffgemische B und B1 als „Organik" oder „organische Phase". Ionic liquid (A) having the composition (CH 3 ) 3 NHAl 2 Cl 7 , a 15 hydrocarbon mixture (B) with the components methylcyclopentane, cyclohexane, n-hexane and isohexane and additionally, for the example according to the invention, gaseous HCl. The ionic liquid is hereinafter also referred to as "IL" and the hydrocarbon mixtures B and B1 as "organic" or "organic phase".
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Die Versuchsanordnung ist in der Figur 2 dargestellt.  The experimental arrangement is shown in FIG.
In einem 250-ml-Doppelmantelrührreaktor (V1 ) wird die ionische Flüssigkeit (CH3)3NHAl2CI7 bei 60 °C vorgelegt. Das Kohlenwasserstoff-Gemisch (MCP, CH, n-The ionic liquid (CH 3 ) 3 NHAl 2 Cl 7 is initially charged at 60 ° C. in a 250 ml double-walled stirred reactor (V1). The hydrocarbon mixture (MCP, CH, n-
25 Hexan, Isohexan) wird waagengesteuert zudosiert (30 g/h) und aus einem Phasenscheider (PT), der direkt an den Reaktor montiert ist, wieder entnommen. Im Reaktor (V1 ) findet die Umsetzung des Kohlenwasserstoff-Gemisches, eine Isomerisierung von Methylcyclopentan zu Cyclohexan, statt. Das isomerisierte Kohlenwasserstoff-Gemisch wird als B1 bezeichnet. Der Füllstand des Reaktors wird25 hexane, isohexane) is metered in (30 g / h) and withdrawn from a phase separator (PT), which is mounted directly on the reactor. In the reactor (V1), the reaction of the hydrocarbon mixture, an isomerization of methylcyclopentane to cyclohexane instead. The isomerized hydrocarbon mixture is referred to as B1. The level of the reactor is
30 hierbei durch Einstellen des variablen Überlaufs zwischen V1 und PT geregelt. Dabei wird eine Dispersion von B1 in A in den Phasenscheider geleitet, in welchem sich die beiden Phasen trennen. Die ionische Flüssigkeit als schwerere Phase (A) fällt dabei als untere Phase an und wird durch eine Pumpe wieder zurück in den Reaktor (V1 ) befördert. Die obere organische Phase (B1 ) wird abgezogen und per30 regulated by adjusting the variable overflow between V1 and PT. In this case, a dispersion of B1 in A is passed into the phase separator, in which separate the two phases. The ionic liquid as the heavier phase (A) falls as the lower phase and is conveyed by a pump back into the reactor (V1). The upper organic phase (B1) is withdrawn and by
35 Gaschromatographie auf ihre Zusammensetzung analysiert. 35 gas chromatography analyzed for their composition.
Beispiel 1 : Example 1 :
Zusammensetzung Organische Phase (B) Start: Composition Organic Phase (B) Start:
40 27 Gew.-% n-Hexan 40-27% by weight of n-hexane
52 Gew.-% MCP  52% by weight MCP
20 Gew.-% CH 1 Gew.-% i-Hexane 20% by weight CH 1% by weight of i-hexanes
Reaktionstemperatur: 60 °C  Reaction temperature: 60 ° C
Füllmenge: 185 ml (257 g) I L  Capacity: 185 ml (257 g) I L
Organikzulauf: 30 g/h  Organic feed: 30 g / h
5 HCI-Zufuhr: 20 Nml/h (0-1 18 h)  5 HCI feed: 20 Nml / h (0-1 18 h)
40 Nml/h (ab 1 18 h)  40 Nml / h (from 1 to 18 h)
Phasenverhältnis IL/Organik ~ 5 (V/V)  Phase ratio IL / organic ~ 5 (V / V)
Rührer: Blattrührer, Drehzahl = 900 U/min  Stirrer: blade stirrer, speed = 900 rpm
10 Durchführung 10 implementation
Bei diesem Versuch werden zusätzlich mit einer Gasbürette in den Gasraum des Reaktors 20 Nml/h HCI-Gas dosiert. Bezogen auf den Organikzulauf von 30 g/h entspricht das 0, 1 Gew.-%. Nach einer Versuchszeit von 1 18 h wird die HCI-Dosierung 15 auf 40 Nml/h HCl erhöht (entspricht 0,2 Gew.-%). Bilanzversuche haben gezeigt, dass sich das HCI-Gas, das in den Gasraum des Reaktors dosiert wird, sehr schnell in der Organik löst. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass mindestens 95 % des HCI-Gases in die Flüssigphase eingelöst werden. In this experiment, 20 Nml / h HCl gas are additionally metered with a gas burette in the gas space of the reactor. Based on the organic feed of 30 g / h corresponds to 0, 1 wt .-%. After a test time of 1 18 h, the HCI dosage 15 is increased to 40 Nml / h HCl (corresponds to 0.2 wt .-%). Balance tests have shown that the HCI gas, which is metered into the gas space of the reactor, dissolves very quickly in the organics. It can therefore be assumed that at least 95% of the HCI gas is dissolved in the liquid phase.
20 Ergebnisse 20 results
Figure imgf000022_0001
Figure imgf000022_0001
Durch die Kontaktierung mit gasförmigem HCl kann ein konstanter MCP-Umsatz über einen langen Zeitraum erreicht werden, und das schnelle Absinken der Aktivität wie imBy contacting with gaseous HCl, a constant MCP conversion can be achieved over a long period of time, and the rapid decrease in activity as in the
25 Vergleichsbeispiel kann somit unterbunden werden. 25 Comparative example can thus be prevented.
Vergleichsbeispiel 2: Comparative Example 2:
Zusammensetzung Organische Phase (B) Start: Composition Organic Phase (B) Start:
30 27 Gew.-% n-Hexan 30-27% by weight of n-hexane
52 Gew.-% MCP  52% by weight MCP
20 Gew.-% CH  20% by weight CH
1 Gew.-% i-Hexane  1% by weight of i-hexanes
Reaktionstemperatur: 60 °C Füllmenge: 185 ml (257 g) IL Reaction temperature: 60 ° C Capacity: 185 ml (257 g) IL
Organikzulauf: 30 g/h Organic feed: 30 g / h
Phasenverhältnis IL/Organik ~ 5 (V/V) Phase ratio IL / organic ~ 5 (V / V)
Rührer: Blattrührer, Drehzahl = 900 U/min Stirrer: blade stirrer, speed = 900 rpm
Ergebnisse Results
Figure imgf000023_0001
Figure imgf000023_0001
Nach anfänglicher hoher Aktivität sinkt der MCP Umsatz innerhalb von 180 Stunden auf unter 30 %. After initial high activity, MCP sales drop below 180% within 180 hours.

Claims

Patentansprüche Patent claims
1 . Chemisches Umsetzungsverfahren von mindestens einem Kohlenwasserstoff in einer Vorrichtung (V1 ) in Gegenwart einer ionischen Flüssigkeit und eines1 . Chemical reaction process of at least one hydrocarbon in a device (V1) in the presence of an ionic liquid and a
Wasserstoffhalogenids (HX), dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Vorrichtung (V1 ) ein flüssiges Reaktionsgemisch, enthaltend mindestens einen Kohlenwasserstoff, das Wasserstoffhalogenid und die ionische Flüssigkeit, und eine Gasphase, enthaltend das Wasserstoffhalogenid, befinden, wobei das flüssige Reaktionsgemisch und die Gasphase in direktem Kontakt miteinander stehen und wobei in die Vorrichtung (V1 ) gasförmiges Wasserstoffhalogenid eingeleitet wird, so dass während der chemischen Umsetzung der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck in der Gasphase konstant gehalten wird. Hydrogen halide (HX), characterized in that in the device (V1) there is a liquid reaction mixture containing at least one hydrocarbon, the hydrogen halide and the ionic liquid, and a gas phase containing the hydrogen halide, the liquid reaction mixture and the gas phase being in are in direct contact with one another and gaseous hydrogen halide is introduced into the device (V1), so that the hydrogen halide partial pressure in the gas phase is kept constant during the chemical reaction.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserstoffhalogenid (HX) Chlorwasserstoff, vorzugsweise trockener Chlorwasserstoff, ist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the hydrogen halide (HX) is hydrogen chloride, preferably dry hydrogen chloride.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck in der Gasphase zwischen 1 , 1 und 5 bara, bevorzugt zwischen 2 und 4 bara, beträgt. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the hydrogen halide partial pressure in the gas phase is between 1, 1 and 5 bara, preferably between 2 and 4 bara.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeit als Anion mindestens eine Metallkomponente und mindestens eine Halogenkomponente umfasst und/oder dass in die4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the ionic liquid comprises as anion at least one metal component and at least one halogen component and / or that in the
Vorrichtung (V1 ) während der chemischen Umsetzung mindestens ein Metallhalogenid zugegeben wird. Device (V1) at least one metal halide is added during the chemical reaction.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallhalogenid wiederkehrend oder kontinuierlich in die Vorrichtung (V1 ) zugegeben wird und/oder das Anion der ionischen Flüssigkeit und das Metallhalogenid hinsichtlich der jeweiligen Halogenkomponente und der Metallkomponente übereinstimmen. 6. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass 5. The method according to claim 4, characterized in that the metal halide is added repeatedly or continuously into the device (V1) and / or the anion of the ionic liquid and the metal halide match with regard to the respective halogen component and the metal component. 6. Method according to claim 4 or 5, characterized in that
i) im Anion der ionischen Flüssigkeit die Metallkomponente ausgewählt ist aus AI, B, Ga, In, Fe, Zn und Ti und/oder die Halogenkomponente ausgewählt ist aus F, Cl, Br oder I , und/oder i) in the anion of the ionic liquid the metal component is selected from Al, B, Ga, In, Fe, Zn and Ti and/or the halogen component is selected from F, Cl, Br or I, and/or
ii) das Metallhalogenid ausgewählt ist aus AIX3, BX3, GaX3, lnX3, FeX3, ZnX2 und TiX4 mit X = Halogen, bevorzugt X = Cl oder Br. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeit als Anion ein Halogenoalumination mit der Zusammensetzung AlnX(3n+1) mit 1 < n < 2,5 und X = Halogen aufweist, vorzugsweise weist die ionische Flüssigkeit als Kation ein Ammoniumion auf, mehr bevorzugt Trialkylammonium, und/oder als Anion ein Chloroalumination der Zusammensetzung AlnCI(3n+i ) mit 1 < n < 2,5. ii) the metal halide is selected from AIX 3 , BX 3 , GaX 3 , lnX 3 , FeX 3 , ZnX 2 and TiX 4 with X = halogen, preferably X = Cl or Br. Method according to one of claims 4 to 6, characterized in that the ionic liquid has as anion a halogenoalumination with the composition Al n as a cation an ammonium ion, more preferably trialkylammonium, and/or as an anion a chloroalumination of the composition Al n CI (3n+ i ) with 1 <n <2.5.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung (V1 ) im flüssigen Reaktionsgemisch die ionische Flüssigkeit zu größer als 50 Gew.-% in einer Phase (A) enthalten ist, die eine höhere Viskosität aufweist als eine Phase (B), in der zu größer als 50 Gew.-% mindestens ein Kohlenwasserstoff enthalten ist, und die Phasen (A) und (B) sich in unmittelbarem Kontakt miteinander befinden. Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the device (V1) in the liquid reaction mixture, the ionic liquid is contained to greater than 50% by weight in a phase (A) which has a higher viscosity than a phase (B), in which at least one hydrocarbon is contained to a proportion of greater than 50% by weight, and the phases (A) and (B) are in direct contact with one another.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung (V1 ) die ionische Flüssigkeit als Katalysator und das Wasserstoffhalogenid als Cokatalysator in einer chemischen Umsetzung eingesetzt wird, vorzugsweise bei einer Alkylierung oder Isomerisierung, insbesondere bei einer Isomerisierung. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the device (V1) the ionic liquid is used as a catalyst and the hydrogen halide as a co-catalyst in a chemical reaction, preferably in an alkylation or isomerization, in particular in an isomerization.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (V1 ) ein Reaktor oder eine Rührkesselkaskade ist, und/oder sich stromabwärts zur Vorrichtung (V1 ) eine Phasentrennvorrichtung, vorzugsweise ein Phasenscheider, befindet. Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the device (V1) is a reactor or a stirred tank cascade, and/or a phase separation device, preferably a phase separator, is located downstream of the device (V1).
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in der Phasentrennvorrichtung die Phase (A), enthaltend die ionische Flüssigkeit, von der Phase (B), enthaltend mindestens einen Kohlenwasserstoff, abgetrennt wird, wobei vorzugsweise die Phase (A) in die Vorrichtung (V1 ) rückgeleitet wird, insbesondere in den Reaktor oder zum Startpunkt der Rührkesselkaskade rückgeleitet wird. Method according to claim 10, characterized in that in the phase separation device the phase (A) containing the ionic liquid is separated from the phase (B) containing at least one hydrocarbon, the phase (A) preferably being fed into the device (V1 ) is returned, in particular into the reactor or to the starting point of the stirred tank cascade.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor oder die Rührkesselkaskade und gegebenenfalls die Phasentrennvorrichtung gasseitig gekoppelt sind. Method according to claim 10 or 1 1, characterized in that the reactor or the stirred tank cascade and optionally the phase separation device are coupled on the gas side.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallhalogenid und das gasförmige Wasserstoffhalogenid (HX), vorzugsweise AICI3 und Chlorwasserstoff, gleichzeitig in die Vorrichtung (V1 ) zugegeben werden. Method according to one of claims 4 to 12, characterized in that the metal halide and the gaseous hydrogen halide (HX), preferably AICI 3 and hydrogen chloride, are added simultaneously to the device (V1).
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Vorrichtung (V1 ) konstant gehalten wird, indem ein Zweipunktregelungssystem verwendet wird, das auf ein Absperrorgan zu einem Wasserstoffhalogenid-Reservoir wirkt. 14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the pressure in the device (V1) is kept constant by using a two-point control system which acts on a shut-off element to a hydrogen halide reservoir.
5 5
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorrichtung (V1 ) die folgenden Phasen enthalten sind: die Phase (A) enthaltend die ionische Flüssigkeit, 15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the following phases are contained in the device (V1): the phase (A) containing the ionic liquid,
die Phase (B) enthaltend mindestens einen Kohlenwasserstoff, gegebenenfalls die Phase (C) enthaltend festes Metallhalogenid, vorzugsweise ALX3, und the phase (B) containing at least one hydrocarbon, optionally the phase (C) containing solid metal halide, preferably ALX 3 , and
die Phase (D) enthaltend gasförmiges HX. the phase (D) containing gaseous HX.
15 16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck in der Gasphase konstant gehalten wird, indem der Druck in der Vorrichtung (V1 ) durch wiederkehrende oder kontinuierliche Einleitung von gasförmigem Wasserstoffhalogenid in die Vorrichtung (V1 ) geregelt wird.15 16. Method according to one of claims 1 to 15, characterized in that the hydrogen halide partial pressure in the gas phase is kept constant by increasing the pressure in the device (V1) by recurring or continuous introduction of gaseous hydrogen halide into the device (V1). is regulated.
0 0
17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasphase in der Vorrichtung (V1 ) über ein Absperrorgan mit einem Reservoir in Verbindung steht, wobei das Reservoir zu mindestens 90 Mol-% das Wasserstoffhalogenid enthält und einen Druck aufweist, der größer ist als 5 der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck der Gasphase in der Vorrichtung (V1 ). 17. The method according to one of claims 1 to 16, characterized in that the gas phase in the device (V1) is connected to a reservoir via a shut-off element, the reservoir containing at least 90 mol% of the hydrogen halide and having a pressure, which is greater than 5 the hydrogen halide partial pressure of the gas phase in the device (V1).
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