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CN103781746B - 改造hf烷基化单元用于离子液体催化烷基化方法 - Google Patents

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CN103781746B CN201280044211.4A CN201280044211A CN103781746B CN 103781746 B CN103781746 B CN 103781746B CN 201280044211 A CN201280044211 A CN 201280044211A CN 103781746 B CN103781746 B CN 103781746B
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Abstract

将HF烷基化单元转变成配置用于实施离子液体催化烷基化方法的离子液体烷基化系统的方法，该方法可包括将配置用于离子液体催化烷基化的至少一个组件连接到所述HF烷基化单元的至少一个组件上，其中所述HF烷基化单元的至少一个组件被保留、改进或改造以用于所述离子液体烷基化系统中。也公开了衍生自现有的或之前的HF烷基化单元的离子液体烷基化系统。

Description

改造HF烷基化单元用于离子液体催化烷基化方法
技术领域
本发明涉及改造HF烷基化单元用于离子液体催化烷基化方法。
背景
氢氟酸（HF）在传统的工业方法中用作催化剂，来实现例如芳烃和烯烃的烷基化反应的反应，包括用于生产高辛烷值汽油、馏分油和润滑基础油的炼油工艺。例如与HF的挥发性相关的HF的危害，是有据可查的。使用添加剂来降低HF的挥发性是昂贵的且不消除在装置中对大量HF的需求。同时，开发更安全、替代性的催化剂的努力已经遇到了严峻的挑战。将HF烷基化单元转变成使用硫酸（H2SO4）作为催化剂需要显著增加的资本和操作费用，且同时引入了与高腐蚀性浓H2SO4相关的危害。此外，固体烷基化催化剂已被证明由于快速结垢和失活难以商业化。
图1是示意性地表示出根据现有技术的HF烷基化单元10的框图。HF烷基化单元10可包括烃进料线13、包含烃注入喷嘴的HF烷基化反应器16、连接到HF反应器16的用于将HF/烃混合物分离成烃相和HF相的酸沉降器18。所述HF相以经由HF换热器20再循环到HF反应器16中。在更加紧凑的设计中，所述换热器可以位于所述HF反应器的内部。
将所述HF的一部分送入到HF再生单元22中，然后所述再生的HF与所述HF再循环料流混合。单元10还可包括用于分馏所述烃相的分馏单元24，和用于处理来自分馏单元24的馏分以提供一种或多种产物的产物处理单元26。在一些案例中，现有技术的HF烷基化单元可包括用于处理到HF反应器16中的烃进料的进料处理单元12。
授予Peterson等人的美国专利号5284990中公开了将HF烷基化单元转变为HF烷基化单元的方法。出于所有目的，将所述‘990专利的公开内容通过引用作为整体并入到本文中。
在烷基化方法中对于替代性的催化体系来代替传统的HF和H2SO4催化剂的探索已被学术和工业机构的不同的团队研究。到目前为止，还没有实施该方法的可行的替代性催化剂被商业化。
最近在用金属卤化物离子液体催化剂作为HF和H2SO4催化剂的替代物方面有相当大的兴趣。作为例子，在授予Timken等人的美国专利号7432408中公开了离子液体催化的异链烷烃与烯烃的烷基化。此外，授予Elomari等人的美国专利号7572943公开了离子液体催化的烯烃的低聚反应和所得到的低聚物与异链烷烃的烷基化来生成烷基化的烯烃低聚物。
PCT公布号WO2011/015664中公开了将HF和H2SO4烷基化单元改进为离子液体烷基化单元的方法，其中提供一个或多个旋流分离器单元来促进离子液体与烃的分离。
刘等人（石油天然气杂志（2006）104卷，40期）描述了翻新HF烷基化单元用于混合离子液体催化烷基化，这通过改造所述沉降器的内部构件以强化所述混合离子液体与烷基化物汽油的分离且通过提供缓冲罐来实现，其中所述混合离子液体从缓冲罐中再循环到（连续搅拌釜式）反应器中。
需要将现有的HF烷基化单元有效地且成本有效地转变成适合离子液体催化烷基化方法的离子液体烷基化系统。
发明概述
在本发明的实施方案中，提供了将HF烷基化单元转变成离子液体烷基化系统的方法，所述方法包括提供包含离子液体烷基化反应器的离子液体专用子系统；和将所述离子液体专用子系统的至少一个组件连接到所述HF烷基化单元的至少一个组件。
在另一实施方案中，提供了将HF烷基化单元转变为离子液体烷基化系统的方法，所述HF烷基化单元包含分馏单元，且所述方法包括提供离子液体烷基化反应器和离子液体聚结器，将所述离子液体烷基化反应器连接到用于进料至少一种烃进料到所述离子液体烷基化反应器中的至少一条烃进料线上，且将所述离子液体聚结器连接到所述分馏单元。
根据进一步的实施方案，提供了将HF烷基化单元转变成离子液体烷基化系统的方法，所述HF烷基化单元包含分馏单元，且所述方法包括提供为离子液体催化烷基化反应而配置的离子液体烷基化反应器；所述离子液体烷基化反应器具有与其以流体连通的离子液体/烃注入单元；将至少一种烃进料线连接到所述离子液体/烃注入单元用于将至少一种烃进料进料到所述离子液体烷基化反应器中；提供离子液体/烃分离单元；将所述离子液体/烃分离单元连接到所述离子液体烷基化反应器，其中配置所述离子液体/烃分离单元用于将所述离子液体烷基化反应器的烷基化反应器流出物分离成包含离子液体催化剂的离子液体相和包含烷基化物的烃相；且将所述离子液体/烃分离单元连接到所述分馏单元用于将所述烃相的至少一部分进料到所述分馏单元。
在仍然进一步的实施方案中，提供了衍生自具有分馏单元的现有HF单元的离子液体烷基化系统，所述离子液体烷基化系统包括为离子液体催化烷基化反应配置的离子液体烷基化反应器；离子液体/烃分离单元，其与所述离子液体烷基化反应器以流体连通，其中配置所述离子液体/烃分离单元用于将所述离子液体烷基化反应器的烷基化反应器流出物分离成烃相和离子液体相；且所述离子液体烷基化系统还包括所述分馏单元，其中所述分馏单元与所述离子液体/烃分离单元以流体连通。
本文中所用的术语“包含（comprising）”和“包括(comprises)”意味着包含遵循那些术语所确定的已提及的要素或步骤，但并不一定排除其他未提及的要素或步骤。
附图简述
图1是示意性地表示出根据现有技术的氢氟酸（HF）烷基化单元的框图。
图2示意性地表示出根据本发明的实施方案的转变后的离子液体催化烷基化系统；
图3示意性地表示出根据本发明的另一实施方案的离子液体烷基化系统的子系统；和
图4示意性地表示出根据本发明的另一实施方案的用于离子液体催化烷基化系统的离子液体催化剂/烃分离单元。
发明详述
离子液体催化剂可用于一系列烃类转变反应，包括用于生产烷基化物汽油调和组分、馏分油、润滑油等的烷基化反应。传统的HF烷基化单元本身不适合于进行离子液体催化烷基化方法。然而，根据本发明的实施方案，传统的HF烷基化单元的一种或多种组件可以用于，或经改造用于，离子液体烷基化系统和方法中。
在实施方案中，本发明提供了将现有的HF烷基化单元转变成配置用于有效地完成离子液体催化烷基化方法的离子液体烷基化系统的方法。这样的装置转变在离子液体催化烷基化方法的商业化过程中可以是非常成本有效的。在另一实施方案中，提供了衍生自传统的、现有的或者之前的HF烷基化单元的离子液体烷基化系统。
与本文同日申请的共同转让的题目为“改造硫酸烷基化单元用于离子液体催化烷基化方法”的美国专利申请的公开内容，通过引用作为整体并入本文中。
离子液体催化方法的原料
在实施方案中，离子液体催化的烃转化方法的原料可包括在炼油厂、气变液转化装置、煤液化转化装置或者在石脑油裂化装置、中间馏分裂化装置、或石蜡裂化装置中的各种烃料流，包括FCC尾气、FCC轻石脑油、焦化设备尾气、焦化设备石脑油、氢化裂解设备石脑油等。在实施方案中，这样的料流可包含异链烷烃和/或烯烃。
含烯烃料流的例子包括FCC尾气、焦化设备气、烯烃复分解单元尾气、聚烯烃汽油单元尾气、甲醇变烯烃单元尾气、FCC轻石脑油、焦化设备轻石脑油、费-托单元冷凝物和裂化的石脑油。一些含烯烃料流可包含选自乙烯、丙烯、丁烯、戊烯直至C10烯烃的两种或更多种烯烃。例如，在美国专利号7572943中进一步描述这些含烯烃料流，通过引用将其公开内容作为整体并入本文中。
含有异链烷烃的料流的例子包括但不限于FCC石脑油、氢化裂解设备石脑油、焦化设备石脑油、费-托单元冷凝物和裂化石脑油。这些料流可包含两种或更多种异链烷烃的混合物。在子实施方案中，用于离子液体催化方法的异链烷烃进料可包含异丁烷，其可从例如氢化裂解单元、丁烷异构化单元或可购买得到。
在实施方案中，进料中的烯烃和异链烷烃可参与离子液体催化的异链烷烃-烯烃的烷基化反应。在另一个实施方案中，进料中的烯烃当和离子液体催化剂在烃转化反应器中接触时可进行低聚反应，离子液体催化的烯烃低聚反应可在与离子液体催化的烯烃-异链烷烃的烷基化相同或相似的条件下发生。例如在共同转让的都授权给Elomari等的美国专利号7572943和7576252中公布了离子液体催化的烯烃低聚反应和烯烃-异链烷烃烷基化，通过引用将其公开内容作为整体并入本文中。
将HF烷基化单元转变为离子液体烷基化系统的方法
传统的HF烷基化单元在之前的图1中示意性地表示出来。这样的现有或之前的HF烷基化单元其中可包括：HF反应器、位于所述HF反应器下游的HF沉降器和位于所述HF沉降器下游的分馏单元。由于各种原因，例如由于所述离子液体催化剂在物理和化学性质上的不同、在烷基化反应器中的最佳的工艺条件和离子液体催化烷基化工艺要求的不同，传统的HF烷基化单元本身不适合于离子液体催化烷基化方法的商业化。然而，已有的HF烷基化单元可以转变成配置用于有效地实施离子液体催化烷基化工艺的离子液体催化烷基化系统。所述离子液体催化烷基化系统在本文中也可称为离子液体烷基化系统。
现有的或之前的HF烷基化单元转变为离子液体（IL）烷基化系统在本文中可称为“HF/IL转变”。这种转变可以实现，例如，通过更换和/或断开HF烷基化单元的一种或多种组件，通过使所述HF烷基化单元的一种或多种组件适用于离子液体催化烷基化工艺，和/或通过将离子液体催化烷基化系统的一种或多种组件连接到所述HF烷基化单元的一种或多种组件上来实现。在HF/IL转变过程中，HF烷基化单元的一种或多种组件可以被断开，例如，通过关闭一个或多个阀来断开，和/或通过移走、封住或替换在两种或更多种HF烷基化单元组件间的线路或内部连接来断开。
在实施方案中，将HF烷基化单元转变为离子液体烷基化系统的方法可包括提供离子液体催化剂专用子系统。所述离子液体催化剂专用子系统在本文中也可称为离子液体专用子系统。这样的离子液体专用子系统可包含一种或多种组件，配置用于连接到所述HF烷基化单元的一种或多种组件；且HF/IL转变的方法还可包括将所述离子液体专用子系统的至少一个组件连接到所述HF烷基化单元的至少一个组件。在实施方案中，可重新提供所述离子液体专用子系统的一种或多种组件用于所述HF/IL转变。
在实施方案中，所述离子液体催化剂专用子系统可包含离子液体催化剂烷基化反应器。所述离子液体催化剂烷基化反应器可配置用于一种或多种离子液体催化的烃转化反应，例如异链烷烃-烯烃烷基化。所述离子液体催化剂烷基化反应器在本文中也可称为离子液体烷基化反应器。
在实施方案中，离子液体专用子系统还可包括离子液体催化剂/烃注入单元，且HF/IL转变的方法还可包括将所述离子液体催化剂/烃注入单元连接到至少一条烃进料线。所述离子液体催化剂/烃注入单元在本文中也可称为离子液体/烃注入单元。
在实施方案中，所述离子液体/烃注入单元可以和所述离子液体烷基化反应器成为一体。在实施方案中，所述离子液体/烃注入单元的至少一部分，例如远端部分，可以延长到所述离子液体烷基化反应器内的空隙或空间中。在实施方案中，所述离子液体/烃注入单元可以至少部分地布置在离子液体烷基化反应器之内。在实施方案中，所述离子液体/烃注入单元可是所述离子液体烷基化反应器的一部分或组件。
在实施方案中，可以重新提供至少一条烃进料线作为所述离子液体烷基化系统的组件。在另一个实施方案中，所述离子液体烷基化系统的至少一条烃进料线可包含来自HF烷基化单元的组件，且HF/IL转变的方法可包括将所述HF反应器与所述至少一条烃进料线断开。将所述HF反应器与所述至少一条烃进料线或者其他组件断开，可用于使HF反应器退役。此后，所述HF反应器可以移动、去除、丢弃或者可以暂时地或永久地保留在原位置。
在用于HF/IL转变的方法的实施方案中，所述离子液体烷基化反应器可以经由所述离子液体/烃注入单元连接到所述至少一条烃进料线。在一些实施方案中，所述离子液体烷基化反应器可以装有或者可以包括所述离子液体/烃注入单元。至少一种烃进料可以经由所述至少一条烃进料线和所述离子液体/烃注入单元进料到所述离子液体烷基化反应器。所述至少一种烃进料可以被处理，例如通过位于离子液体/烃注入单元上游的进料处理单元处理（见，例如，图2）。
HF/IL转变方法还可包括将所述离子液体/烃注入单元连接到用于将离子液体催化剂进料到所述离子液体烷基化反应器的离子液体催化剂进料线。所述离子液体催化剂进料线在本文中也可以称为离子液体进料线。
可配置所述离子液体/烃注入单元以共同注入所述离子液体催化剂和至少一种烃进料到所述离子液体烷基化反应器中。在实施方案中，所述离子液体/烃注入单元可包含至少一个喷嘴。例如，在共同转让的美国专利申请公布号20090166257、20090171133和20090171134中，且在2010年5月14日申请的美国专利申请序列号12/780452中，公开了用于离子液体催化烷基化的一个或多个喷嘴的使用，通过引用将其中每一个的公开内容作为整体并入本文中。
在实施方案中，所述离子液体烷基化反应器和所述离子液体/烃注入单元可以共同配置以形成含有离子液体相和烃相的混合物。这样的混合物可以在所述离子液体烷基化反应器中形成。在实施方案中，所述混合物可包含分散的离子液体相和连续的烃相。作为例子，在所述离子液体烷基化反应器中的反应混合物可包含含有悬浮在液态烃中的离子液体催化剂液滴的乳液。在实施方案中，这种液滴可以均匀悬浮在所述烃相中以提供均匀的乳液。所述离子液体相在本文中还可以称为离子液体催化剂相，可以理解的是，例如所述离子液体烷基化反应器的下游的用过的离子液体催化剂，可以至少部分地报废或以其他方式降解。
在实施方案中，所述离子液体烷基化反应器可包含一个或多个喷嘴或者可以和一个或多个喷嘴共同使用，所述一个或多个喷嘴用于生成所述离子液体催化剂/烃乳液。在其他实施方案中，可以使用不同的离子液体烷基化反应器配置以提供离子液体催化剂和烃的均匀的或均相的混合物，例如含有一种或多种在线混合器（例如，静态混合器）的反应器系统，或者具有一个或多个叶轮的连续搅拌釜式反应器。
在实施方案中，所述离子液体专用子系统还可包含离子液体催化剂聚结器，且HF/IL转变的方法还可包含将所述离子液体催化剂聚结器连接到分馏单元以将所述烃相进料到所述分馏单元。所述离子液体催化剂聚结器在本文中也可称为离子液体聚结器。
在实施方案中，所述离子液体烷基化系统的所述分馏单元可包含来自HF烷基化单元的传统的分馏单元的至少一部分。在实施方案中，所述HF烷基化单元的所述传统的分馏单元可以被改进，例如在HF/IL转变过程中改进，为所述离子液体烷基化系统提供改进的分馏单元。在实施方案中，所述改进的分馏单元可包含来自HF烷基化单元的所述分馏单元的一部分，并与一种或多种重新为所述离子液体烷基化系统提供的分馏单元组件结合。在实施方案中，一种或多种重新为所述离子液体烷基化系统提供的分馏单元组件可包含镍合金。在实施方案中，传统的分馏单元的一种或多种组件（例如，包含碳钢）可以升级，例如，通过用合金例如Ni/Cu合金或Ni/Cr合代替来升级。
应该理解的是，这种冶金的升级不必限制于翻新后的或转变后的烷基化系统的所述分馏段。通常，对于主要含有离子液体催化剂的料流，现有HF烷基化单元的碳钢组件，例如所述离子液体催化剂再生段和所述离子液体催化剂再循环线，可以升级到更高冶金。
在实施方案中，HF/IL转变的方法可包括改进来自HF烷基化单元的所述分馏单元的至少一个蒸馏塔来为所述离子液体烷基化系统提供翻新的蒸馏塔。可配置所述翻新的蒸馏塔以从所述烃相中分离富含HCl的C3-馏分。可配置所述离子液体烷基化系统用于将富含HCl的C3-馏分再循环到所述离子液体烷基化反应器中。再循环富含HCl和丙烷的馏分到离子液体烷基化反应器中在共同转让的美国专利申请公布号20110155640中公开，通过引用将其公开内容作为整体并入本文中。
在实施方案中，所述离子液体烷基化系统可包含初级分离器。在实施方案中，所述初级分离器可为离子液体烷基化系统重新提供，以使得来自现有HF烷基化单元的所述HF沉降器，对于离子液体催化烷基化的需求来说是过剩的。在这种情况下，HF/IL转变的方法可包含将所述HF沉降器与所述分馏单元断开。将所述HF沉降器与所述分馏单元断开可有助于退役所述HF沉降器。所述HF沉降器可在暂时的或永久的基础上断开或退役。作为非限制性的例子，在将所述HF沉降器与所述分馏单元断开以后，所述HF沉降器可以移动、去除、丢弃或者可以暂时地或永久地保留在原位置。
用于HF烷基化单元的HF/IL转变的方法还可包括将所述离子液体烷基化反应器连接到所述初级分离器用于将烷基化反应器流出物从所述离子液体烷基化反应器进料到所述初级分离器。所述初级分离器可配置用于将所述烷基化反应器流出物分离成烃相和离子液体相。在实施方案中，HF/IL转变的方法还可包括将所述初级分离器连接到所述离子液体聚结器用于将来自所述初级分离器的所述烃相进料到所述离子液体聚结器。
在替代性的实施方案中，来自现有或先前的HF烷基化单元HF沉降器，可以被保留和/或改造为所述离子液体烷基化系统的组件。作为例子，所述HF沉降器可以经配置以将烷基化反应器流出物分离成所述烃相和所述离子液体相，且所述HF沉降器可用作，或包含，所述初级分离器。在这种情况下，用于HF/IL转变的方法可包括将所述离子液体烷基化反应器连接到HF沉降器以将来自离子液体烷基化反应器的烷基化反应器流出物进料到HF沉降器并将该HF沉降器连接到离子液体聚结器以将来自HF沉降器的烃相进料到离子液体聚结器。
根据本发明的另一实施方案，将HF烷基化单元转变为离子液体烷基化系统的方法可包括提供离子液体烷基化反应器和离子液体聚结器，并将所述离子液体烷基化反应器连接到至少一条烃进料线并经由离子液体/烃注入单元连接到离子液体进料线。所述离子液体/烃注入单元可配置用于将离子液体催化剂和至少一种烃进料注入到所述离子液体烷基化反应器中并用于在该离子液体烷基化反应器中形成包含分散的离子液体相和连续烃相的均匀的反应混合物。
所述离子液体聚结器可例如经由连接到所述离子液体烷基化反应器的排出口的初级分离器与所述离子液体烷基化反应器以流体连通。在实施方案中，所述初级分离器可包含HF沉降器，且用于HF/IL转变的方法可还涉及将HF沉降器与HF反应器断开，其中所述HF反应器可以退役。在另一实施方案中，所述初级分离器可包含重新为该HF/IL转变提供的组件，例如，专用于所述离子液体烷基化系统的组件，且所述HF/IL转变方法可还涉及将所述HF沉降器与所述分馏单元断开，其中HF反应器和HF沉降器二者都可退役。
所述离子液体聚结器和所述初级分离器可共同地形成离子液体/烃分离单元。HF/IL转变的方法可包括将所述初级分离器连接到所述离子液体烷基化反应器，以使得所述初级分离器可以与所述离子液体烷基化反应器以流体连通以将烷基化反应器流出物从所述离子液体反应器进料到所述初级分离器。可配置所述初级分离器以将所述烷基化反应器流出物分离成烃相和离子液体相。
所述离子液体聚结器可以接收来自所述初级分离器的所述烃相的至少一部分。在实施方案中，来自所述初级分离器的所述烃相可与所述离子液体不完全分离；例如，来自所述初级分离器的所述烃相可包含夹带的离子液体。可配置所述离子液体聚结器以将该夹带的离子液体与所述烃相分离，且可配置所述离子液体烷基化系统以将来自所述离子液体聚结器的所述夹带的离子液体再循环到所述离子液体烷基化反应器。
在实施方案中，HF/IL转变的方法还可包括将所述离子液体聚结器连接到所述分馏单元。所述分馏单元可在进行转变的现有的HF烷基化单元中保留，或者可以衍生自或改造自所述HF烷基化单元的所述分馏单元的一种或多种组件。
要转变为离子液体烷基化系统的HF烷基化单元可能包括含有与离子液体催化烷基化方法的一种或多种区域不相容的材料例如碳钢的至少一个组件。在实施方案中，HF/IL转变的方法可包括用包含合适材料的例如镍合金的一种或多种组件来代替所述HF烷基化单元中的一种或多种组件。在子实施方案中，所述Ni合金可包含Ni/Cr合金，所述Ni/Cr合金包含占主导地位的Ni（>50wt%Ni)以及至多约26wt%的Cr。在另一个子实施方案中，所述Ni合金可包含Ni/Cu合金，所述Ni/Cu合金包含占主导地位的Ni（>50wt%Ni)）以及至多约32wt%的Cu。非限制性的Ni/Cr合金和Ni/Cu合金的例子分别是合金C-276和合金400。
根据另一实施方案，用于转变为离子液体烷基化系统的HF烷基化单元可包括HF反应器、位于所述HF反应器下游的HF沉降器和位于所述HF沉降器下游的分馏单元。将所述HF烷基化单元转变为所述离子液体烷基化系统的方法可包含提供配置用于离子液体催化烷基化反应的离子液体烷基化反应器。所述离子液体烷基化反应器可具有与其以流体连通的离子液体/烃注入单元。在实施方案中，所述离子液体/烃注入单元可以与所述离子液体烷基化反应器是一体的、设置在所述离子液体烷基化反应器中、和/或是所述离子液体烷基化反应器的组件。
在另一个实施方案中，HF/IL转变方法可包括配置所述离子液体/烃注入单元以将所述离子液体催化剂和至少一种烃进料共同注入到所述离子液体烷基化反应器中。在实施方案中，所述离子液体烷基化反应器和所述离子液体/烃注入单元可以共同配置用于在所述离子液体烷基化反应器中形成含有分散的离子液体相和连续的烃相的均匀的混合物。
所述离子液体/烃注入单元可以连接到至少一条烃进料线，用于将至少一种烃进料进料到所述离子液体烷基化反应器。在实施方案中，所述至少一种烃进料可经由放置在所述离子液体/烃注入单元上游的进料处理单元处理。
在实施方案中，所述至少一种烃进料可包含含有异链烷烃的进料和含有烯烃的进料。所述进料处理单元可包括至少一个用于干燥所述烃进料的进料干燥器单元。所述进料处理单元还可包括用于处理含有烯烃的进料的加氢异构化单元，例如，用于脱除丁二烯和用于将1-丁烯异构化为2-丁烯。
在实施方案中，所述进料处理单元可包含现有或先前的HF烷基化单元的组件。在另一个实施方案中，用于转变为离子液体烷基化系统的现有HF烷基化单元可能缺少合适的进料处理单元，且用于所述离子液体烷基化系统的所述进料处理单元可包含重新为所述HF/IL转变提供的一种或多种组件。
在HF/IL转变过程中，所述离子液体/烃分离单元可以连接到所述离子液体烷基化反应器。可配置所述离子液体/烃分离单元用于将所述离子液体烷基化反应器的烷基化反应器流出物分离成所述离子液体相和所述烃相。所述离子液体相可包含离子液体催化剂，而所述烃相可包含烷基化物。所述烃相还可包含未转化的轻烃。
所述离子液体/烃分离单元可包含初级分离器和与所述初级分离器以流体连通的离子液体聚结器。在实施方案中，所述离子液体/烃分离单元可以经由所述初级分离器连接到所述离子液体烷基化反应器。在实施方案中，所述初级分离器可包括所述HF沉降器。
HF/IL转变方法还可包括将所述离子液体/烃分离单元连接到所述分馏单元以将至少一部分所述烃相进料到所述分馏单元。在实施方案中，所述离子液体/烃分离单元可以经由所述离子液体聚结器连接到所述分馏单元。
HF/IL转变方法还可包括提供用于再生所述离子液体催化剂的离子液体催化剂再生单元，且将所述离子液体催化剂再生单元连接到所述离子液体/烃分离单元用于将来自所述离子液体/烃分离单元的所述离子液体相的一部分进料到所述离子液体催化剂再生单元。来自所述离子液体/烃分离单元的所述离子液体相可包含至少部分报废的离子液体催化剂，且可以配置所述离子液体/烃分离单元用于再生这样的离子液体催化剂以提供再生的离子液体催化剂。
HF/IL转变方法还可包括将所述离子液体催化剂再生单元连接到所述离子液体烷基化反应器以将所述再生的离子液体催化剂的至少一部分进料到所述离子液体烷基化反应器中。例如，在共同转让的美国专利号7674739和7691771中，公开了离子液体催化剂的再生，通过引用将其中每一个的公开内容作为整体并入本文中。
在HF/IL转变完成之后，得到的离子液体烷基化系统可以根据合适的启动程序开始运作。在共同转让、共同待决的2010年6月28日申请的美国专利申请序列号12/825121中公开了用于启动和操作离子液体催化的烃转化工艺和系统的方法，通过引用将其公开内容作为整体并入本文中。
离子液体催化烷基化方法
参考图2-4，在用系统100实施的离子液体催化烷基化方法过程中，处理过的烃进料可被引入到离子液体烷基化反应器220中。离子液体烷基化反应器220在本文中也可称为离子液体烷基化区。所述烃进料可用进料处理单元12’处理。所述烃进料可包含至少一种烃反应物。在子实施方案中，所述至少一种烃反应物可包括包含C4-C10异链烷烃的第一反应物和包含C2-C10烯烃的第二反应物。所述烃进料的处理可包括进料干燥以及二烯烃的去除和烯烃进料中的烯烃的加氢异构化。离子液体催化烷基化的原料的选择性加氢和加氢异构化在共同转让的美国专利申请公开号20110092753中公开了，通过引用将其公开内容作为整体并入本文中。
离子液体催化剂和所述至少一种烃进料可以经由离子液体/烃注入单元210引入到离子液体烷基化反应器220中。在实施方案中，所述离子液体催化剂可以包括氯铝酸盐离子液体，如下文所述。助催化剂例如无水HCl和/或催化剂促进剂也可进料到离子液体烷基化反应器220中。离子液体/烃注入单元210在本文中也可称为离子液体催化剂/烃注入单元210。
本领域技术人员可认识到图2-4是指示出在单元和组件之间流体连通的示意性表示。图2-4无意显示在不同的组件或单元之间的相对大小、形状或者空间关系。例如，在实施方案中，离子液体/烃注入单元210可与离子液体烷基化反应器220是一体的。在实施方案中，离子液体/烃注入单元210的至少一部分，例如远端部分，可以延伸到离子液体烷基化反应器220内的空隙或空间中。在实施方案中，离子液体/烃注入单元210可至少部分地布置在离子液体烷基化反应器220内部。在实施方案中，离子液体/烃注入单元210可以是离子液体烷基化反应器220的一部分或组件。
在根据本发明的实施方案的烷基化方法过程中，离子液体烷基化反应器220可含有包含离子液体相和烃相的双相混合物。所述烃相可包含所述离子液体催化反应的至少一种烃产物。所述离子液体相可经由离子液体/烃分离单元230与所述烃相分离。离子液体/烃分离单元230在本文中也可称为离子液体催化剂/烃分离单元230。离子液体/烃分离单元230可包括初级分离器232和离子液体聚结器234。离子液体聚结器234在本文中也可称为离子液体催化剂聚结器234。
在实施方案中，来自离子液体/烃分离单元230的所述离子液体相的至少一部分可以再循环到离子液体烷基化反应器220中。在系统100的连续操作下，所述离子液体催化剂可变得至少部分失活。为了保持所述离子液体催化剂的催化活性，所述离子液体催化剂相的一部分可以进料到离子液体催化剂再生单元230中用于所述离子液体催化剂的再生。此后，所述再生的离子液体催化剂的至少一部分可例如经由离子液体进料线252和离子液体/烃注入单元210再循环到离子液体烷基化反应器220中。
在实施方案中，来自离子液体聚结器234的所述烃相的至少一部分可以进料到分馏单元24’中，用于分馏所述烃相以提供一种或多种烃产物。所述一种或多种烃产物可进料到产物处理单元26’以处理所述烃产物。在实施方案中，可以包含多个蒸馏塔或分馏塔的分馏单元24’可包括通过改进传统的烷基化单元10的分馏单元24（图1）得到的改进的分馏单元。分馏单元24’可包含配置用于分离富含HCl的C3-馏分的改造的、改进的或翻新的分馏塔中的至少一种。所述富含HCl的C3-馏分的至少一部分可以再循环到离子液体烷基化反应器220中。至少一种含有异丁烷的馏分也可再循环到离子液体烷基化反应器220中。为了清楚起见，只示出了用于将含有HCl的馏分和含有异丁烷的馏分再循环到离子液体烷基化反应器220的单独的线。
离子液体催化剂
离子液体通常是熔点低于100℃(212°F)且常常低于室温的有机盐。它们在不同的化学反应、溶解过程和电化学中有应用。例如，在共同转让的美国专利号7531707、7569740和7732654中描述了氯铝酸盐离子液体作为烷基化催化剂在石油炼制中的应用，通过引用将其中每一个的公开内容作为整体并入本文中。
大多数的离子液体是由有机阳离子和无机或有机阴离子制备的。阳离子包括但不限于铵、磷鎓和锍。阴离子包括但不限于BF4-、PF6-、卤铝酸根如Al2Cl7 -和Al2Br7 -、[(CF3SO2)2N]-、烷基HF根(RSO3 -）和羧酸根（RCO2 -）。用于酸催化的离子液体可包含源自卤化铵和例如AlCl3、TiCl4、SnCl4、和FeCl3的路易斯酸的那些。氯铝酸盐离子液体可能是用于酸催化反应的最常用的离子液体催化剂体系。
在离子液体催化烷基化反应中用作催化剂的典型的离子液体可包含通式A和B的至少一种化合物：
其中R选自H、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或己基；R1和R2中的每一个选自H、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或己基，其中R1和R2可相同或不同；且X是氯铝酸根。
可用于根据本发明的实施方案的烷基化方法中的氯铝酸盐离子液体催化剂的非限制性例子，包括包含1-丁基-4-甲基吡啶鎓氯铝酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑鎓氯铝酸盐、1-H-吡啶鎓氯铝酸盐、N-丁基吡啶鎓氯铝酸盐和它们的混合物的那些。
离子液体催化的烃转化反应的反应条件
由于烃在离子液体中的低溶解性，在离子液体中的烃转化反应（包括异链烷烃-烯烃烷基化反应）通常是双相的且发生在液态的界面处。反应器中的离子液体催化剂的体积可通常在约1-70vol%的范围内,且经常约4-50vol%。在实施方案中，离子液体/烃注入单元可用于将反应物和离子液体催化剂共同注入到所述离子液体烷基化反应器中以确保在所述离子液体和反应物之间的良好的接触。
反应温度可一般在从约-40℃到+250℃范围内（-40°F到+482°F），通常从约-20℃到+100℃（-4°F到+212°F），且经常从约+4℃到+60℃（+40°F到+140°F）。反应器的压力可从常压到约8000kPa范围内。通常地，反应器的压力足以保持所述反应物处于液相。
反应物在所述反应器内的停留时间可通常在几秒钟到几小时的范围内，且经常从约0.5min至60min。在离子液体催化的异链烷烃-烯烃烷基化的情况下，所述反应物可以以一般在约1-100、更通常约2-50并经常约2–20范围内的异链烷烃：烯烃摩尔比引入。由反应产生的热可以使用许多技术人员熟知的方式消散。可以调整反应器条件来优化工艺性能用于特定的离子液体催化烷基化方法。
衍生自HF烷基化单元的离子液体烷基化系统
在实施方案中，本发明提供了配置用于实施离子液体烷基化方法的离子液体烷基化系统，其中所述系统可以衍生自现有或之前的HF烷基化单元。作为例子，根据本发明的实施方案的离子液体烷基化系统的一种或多种组件可以提供自、衍生自或改造自现有或之前的HF烷基化单元。
图2示意性地表示出根据本发明的实施方案的转变的离子液体催化烷基化系统。转变的离子液体催化烷基化系统110可包括离子液体烷基化系统100。在实施方案中，转变的离子液体催化烷基化系统110还可包含一种或多种退役的HF单元组件10’。“退役的HF单元组件”意味着暂时地或永久地退出服务的HF烷基化单元10的一种或多种组件。离子液体烷基化系统100在本文中也可称为离子液体催化剂烷基化系统100。
所述一种或多种退役的HF单元组件10’可与HF烷基化单元10的一种或多种保留的组件断开。HF烷基化单元10’的“保留的组件”意味着用于实施离子液体催化烷基化方法的按原状或改进的样式保留的来自HF烷基化单元10的一种或多种组件。
在实施方案中，一种或多种退役的HF单元组件10’可例如紧邻离子液体烷基化系统100的一种或多种离子液体专门的组件保留在原位。在另一个实施方案中，一种或多种退役的HF单元组件10’可以被移除和/或丢弃。作为例子，退役的HF单元组件10’可包括HF反应器16(图1)。作为另一个例子，退役的HF单元组件10’可包括HF反应器16和HF沉降器18。作为进一步的例子，退役的HF单元组件10’可包括HF反应器16、HF沉降器18和HF再生单元22。
参考图2和图3，离子液体烷基化系统100可包含进料处理单元12’、至少一条烃进料线13’、离子液体专用子系统200、分馏单元24’和产物处理单元26’。离子液体烷基化系统100可用于有效地完成离子液体催化烷基化方法。可配置进料处理单元12’用于处理用于离子液体催化烷基化反应的至少一种烃进料。可配置分馏单元24’用于分馏来自离子液体烷基化反应器220的所述烃相以提供一种或多种烃产物，且用于分离HCl和异丁烷以再循环到离子液体专用子系统200中。一种或多种所述烃产物可进料到产物处理单元26’以从所述烃产物中移除任何污染物。在实施方案中，所述HCl可以作为富含HCl的C3-馏分被分离且循环到离子液体专用子系统200中。
在实施方案中，现有HF烷基化单元的至少一个组件可以保留，至少临时地保留，以用于离子液体烷基化系统100中。这样保留的组件可包括，例如，进料处理单元12’、烃进料线13’、分馏单元24’和产物处理单元26’中的一种或多种。在另一个实施方案中，选自进料处理单元12’、烃进料线13’、分馏单元24’和产物处理单元26’中的一种或多种组件可以重新提供，例如专门用于组装离子液体烷基化系统100。
在另一个实施方案中，选自进料处理单元12’、烃进料线13’、分馏单元24’和产物处理单元26’中的离子液体烷基化系统100的一种或多种组件可以包含改造的、翻新的或改进的来自现有的HF烷基化单元的单元或组件。作为非限制性的例子，可以改进传统的分馏单元24以提供配置用于从所述烃相中分离富含HCl的C3-馏分的改进的分馏单元24’。离子液体烷基化系统100可以被配置或改造，例如，在HF/IL转化过程中，用于将富含HCl的C3-馏分再循环到离子液体烷基化反应器220的过程中被配置或改造。
图3示意性地表示出根据本发明实施方案的用于离子液体烷基化系统的离子液体专用子系统。离子液体专用子系统200可包含离子液体/烃注入单元210、离子液体烷基化反应器220、离子液体/烃分离单元230、离子液体催化剂再生单元240和离子液体催化进料线252。
至少一种处理过的烃进料可以经由烃进料线13’和离子液体/烃注入单元210进料到离子液体烷基化反应器220中。同时，离子液体催化剂可以经由离子液体进料线252和离子液体/烃注入单元210进料到离子液体烷基化反应器220中。离子液体/烃注入单元210可以连接到离子液体烷基化反应器220且与离子液体烷基化反应器220以流体连通，用于将离子液体/烃混合物注入到离子液体烷基化反应器220中。在实施方案中，离子液体/烃注入单元210可以与离子液体烷基化反应器220是一体的、配置在离子液体烷基化反应器220中或是离子液体烷基化反应器220的组件。
离子液体/烃注入单元210可包括至少一个喷嘴（未示出）。用于将离子液体催化剂和烃进料引入到离子液体烷基化反应器中的喷嘴在共同转让的美国专利申请公布号20090166257、20090171133和20090171134中，和在2010年5月14日申请的美国专利申请序列号12/780452中公开了，通过引用将其中每一个的公开内容作为整体并入本文中。
离子液体烷基化反应器220可配置用于离子液体催化烷基化反应。离子液体烷基化反应器220中的所述混合物可包含离子液体相和烃相。在离子液体烷基化反应器220中的混合物可包含反应乳液。该乳液可包含在连续的烃相中均匀分散的离子液体相。
图4示意性地表示出根据本发明的实施方案的用于离子液体催化烷基化系统的离子液体/烃分离单元。离子液体/烃分离单元230可以包括初级分离器232和离子液聚结器234。
还参考图3和图4，离子液体/烃分离单元230可以经由初级分离器232连接到离子液体烷基化反应器220。可以配置初级分离器232用于从离子液体烷基化反应器220中接收烷基化反应器流出物，且用于将所述烷基化反应器流出物分离成烃相和离子液体相。在实施方案中，所述初级分离器232可包含来自正在进行或已进行过HF/IL转变的HF烷基化单元的所述HF沉降器。
来自初级分离器232的所述离子液体相的至少第一部分可以再循环到离子液体烷基化反应器220中。来自离子液体/烃分离单元230的所述离子液体相的第二部分可以进料到用于离子液体催化剂再生的离子液体催化剂再生单元240中，且再生的离子液体催化剂可以再循环到离子液体烷基化反应器220中。
离子液体聚结器234可以连接到初级分离器232，且与初级分离器232以流体连通，用于从初级分离器232中回收所述烃相的至少一部分。可配置离子液体聚结器234用于从所述烃相中分离出任何夹带的离子液体。所述夹带的离子液体可从所述离子液体聚结器234中再循环到离子液体烷基化反应器220中。
在实施方案中，离子液体聚结器234可包含聚结材料的多个阶段或模块，且所述阶段可按串联和/或并联布置。可以选择所述聚结材料使其对所述离子液体相与所述烃相相比有更高的亲和力，且所述聚结材料可以被所述离子液体相充分润湿。使用聚结器的离子液体/烃乳液的分离在共同转让的美国专利申请公布号20100130800中公开了，通过引用将其公开内容作为整体并入本文中。
按照本文所述的教导，本发明的许多变化是可能的。因此可以理解，在下面的权利要求的范围内，本发明可以以本文所具体描述或列举的方式以外的方式来实施。

Claims (16)

1.将HF烷基化单元转变成离子液体烷基化系统的方法，所述HF烷基化单元包括HF沉降器，所述方法包括：
a)提供包含离子液体烷基化反应器和离子液体聚结器的离子液体专用子系统；
b)将所述离子液体烷基化反应器连接到所述HF沉降器，用于将来自所述离子液体烷基化反应器的烷基化反应器流出物进料到所述HF沉降器，其中所述HF沉降器被配置用于将所述烷基化反应器流出物分离成烃相和离子液体相；和
c)将所述HF沉降器连接到所述离子液体聚结器，用于将来自所述HF沉降器的所述烃相进料到所述离子液体聚结器，其中所述烷基化反应器流出物是均匀的乳液。
2.根据权利要求1的方法，其中所述离子液体专用子系统还包含与所述离子液体烷基化反应器以流体连通的离子液体/烃注入单元，且所述方法还包括：
d)将所述离子液体/烃注入单元连接到至少一条烃进料线，其中所述离子液体烷基化反应器和所述离子液体/烃注入单元共同配置来形成含有离子液体相和烃相的混合物。
3.根据权利要求1的方法，其中所述HF烷基化单元包括HF沉降器和布置在该HF沉降器下游的分馏单元，所述离子液体专用子系统还包含初级分离器，且所述方法还包括：
e)将所述HF沉降器与所述分馏单元断开；
f)将所述离子液体烷基化反应器连接到所述初级分离器，用于将来自所述离子液体烷基化反应器的烷基化反应器流出物进料到所述初级分离器，其中所述初级分离器被配置用于将所述烷基化反应器流出物分离成烃相和离子液体相。
4.根据权利要求3的方法，其中所述离子液体专用子系统还包括离子液体聚结器，且所述方法还包括：
g)将所述初级分离器连接到所述离子液体聚结器以将来自所述初级分离器的烃相进料到所述离子液体聚结器；和
h)将所述离子液体聚结器连接到所述分馏单元以将来自所述离子液体聚结器的烃相进料到所述分馏单元。
5.根据权利要求1的方法，其中所述HF烷基化单元包含分馏单元，且所述方法还包括：
i)改进所述分馏单元以提供改进的分馏单元，以使得所述改进的分馏单元被配置用于从所述烃相中分离富含HCl的C3-馏分以再循环到所述离子液体烷基化反应器。
6.根据权利要求1的方法，还包括：
j)用包含Ni/Cr合金或Ni/Cu合金的组件来代替所述HF烷基化单元的至少一个组件。
7.将HF烷基化单元转变为离子液体烷基化系统的方法，所述HF烷基化单元包含分馏单元、HF反应器和布置在所述HF反应器下游和所述分馏单元上游的HF沉降器，且所述方法包括：
a)提供离子液体烷基化反应器和离子液体聚结器；
b)将所述离子液体烷基化反应器连接到至少一条烃进料线，用于将至少一种烃相进料到所述离子液体烷基化反应器；
c)将所述离子液体聚结器连接到所述分馏单元；
d)提供离子液体/烃注入单元，其中步骤b)包括将所述离子液体烷基化反应器经由所述离子液体/烃注入单元连接到至少一条烃进料线，并且其中所述离子液体烷基化反应器和所述离子液体/烃注入单元共同配置来形成含有分散的离子液体相和连续的烃相的混合物；
e)将所述HF沉降器与所述HF反应器断开；
f)将所述HF沉降器连接到所述离子液体烷基化反应器，其中所述HF沉降器与所述离子液体烷基化反应器流体连通，用于将来自所述离子液体烷基化反应器的烷基化反应器流出物进料到所述HF沉降器，并且所述HF沉降器被配置用于将所述烷基化反应器流出物分离成烃相和离子液体相；和
g)将所述HF沉降器连接到所述离子液体聚结器，其中所述烷基化反应器流出物是均匀的乳液。
8.根据权利要求7的方法，还包括：
e)将所述离子液体/烃注入单元连接到离子液体进料线，其中配置所述离子液体/烃注入单元以将离子液体催化剂和至少一种烃进料注入到所述离子液体烷基化反应器中。
9.根据权利要求7的方法，还包括：
i)提供初级分离器；和
j)将所述初级分离器连接到所述离子液体聚结器。
10.根据权利要求9的方法，还包括:
k)将所述初级分离器连接到所述离子液体烷基化反应器，其中所述初级分离器与所述离子液体烷基化反应器以流体连通，用于将来自所述离子液体烷基化反应器的烷基化反应器流出物进料到所述初级分离器，且配置所述初级分离器以将所述烷基化反应器流出物分离成烃相和离子液体相。
11.根据权利要求10的方法，其中：
所述HF烷基化单元还包括HF反应器和布置在该HF反应器下游且在所述分馏单元上游的HF沉降器，且所述方法还包括：
l)将所述HF反应器与至少一条烃进料线断开；和
m)将所述HF沉降器与所述分馏单元断开。
12.根据权利要求7的方法，其中来自所述离子液体烷基化反应器的烷基化反应器流出物包含烃相，且所述方法还包括：
n)改进所述分馏单元以提供改进的分馏单元，以使得所述改进的分馏单元被配置用于从所述烃相中分离富含HCl的C3-馏分，其中所述离子液体烷基化系统被配置用于将所述富含HCl的C3-馏分再循环到所述离子液体烷基化反应器。
13.将HF烷基化单元转变成离子液体烷基化系统的方法，所述HF烷基化单元包括分馏单元，且所述方法包括：
a)提供配置用于离子液体催化烷基化反应的离子液体烷基化反应器，所述离子液体烷基化反应器具有与其流体连通的离子液体/烃注入单元；
b)将至少一条烃进料线连接到所述离子液体/烃注入单元以将至少一种烃进料进料到所述离子液体烷基化反应器中；
c)提供离子液体/烃分离单元；
d)将所述离子液体/烃分离单元连接到所述离子液体烷基化反应器，其中所述离子液体/烃分离单元被配置用于将该离子液体烷基化反应器的烷基化反应器流出物分离成包含离子液体催化剂的离子液体相和包含烷基化物的烃相；
e)将所述离子液体/烃分离单元连接到所述分馏单元以将至少一部分所述烃相进料到所述分馏单元；和
f)改进所述分馏单元以提供改进的分馏单元，以使得所述改进的分馏单元被配置用于从所述烃相中分离富含HCl的C3-馏分，且所述离子液体烷基化系统被配置用于将所述富含HCl的C3-馏分再循环到所述离子液体烷基化反应器,其中所述烷基化反应器流出物是均匀的乳液。
14.根据权利要求13的方法，还包括：
g)提供离子液体催化剂再生单元，其中所述离子液体烷基化系统被配置用于将来自所述离子液体催化剂再生单元的再生的离子液体催化剂再循环到所述离子液体烷基化反应器中。
15.根据权利要求13的方法，其中：
所述离子液体/烃分离单元包含初级分离器和与所述初级分离器以流体连通的离子液体聚结器；且其中：
步骤d)包括将所述初级分离器连接到所述离子液体烷基化反应器，和
步骤e)包括将所述离子液体聚结器连接到所述分馏单元。
16.根据权利要求15的方法，其中：
所述HF烷基化单元还包括HF沉降器，和
所述初级分离器包含所述HF沉降器。
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