KR101796230B1 - 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정들을 위한 황산 알킬화 장치들의 전환 - Google Patents
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Abstract
H2SO4 알킬화 장치를, 이온성 액체 촉매화된 알킬화를 수행하기 위해 구성된 이온성 알킬화 시스템으로 전환하는 방법은, 이온성 액체 촉매화된 알킬화를 위해 구성된 적어도 하나의 구성을 H2SO4 알킬화 장치의 적어도 하나의 구성에 연결시키는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 H2SO4 알킬화 장치의 적어도 하나의 구성은 이온성 액체 알킬화 시스템에서 사용하기 위해 유지되거나, 개조되거나, 조정된다. 기존의 통상적인 알킬화 장치들로부터 유래된 이온성 액체 촉매화된 알킬화 시스템들, 및 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정들이 또한 기재되어 있다.
Description
본 발명은 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정들을 위한 황산 알킬화 장치들의 전환에 관한 것이다.
진한 황산 (concentrated sulfuric acid: H2SO4) 은 올레핀 및 이소파라핀 알킬화와 같은 산업 공정에서 촉매로서 널리 사용되고 있다. 그러나, 산업 공정 공장들에서 H2SO4의 사용과 관련하여 심각한 단점들이 존재한다. 진한 H2SO4는 흡입시 극도로 위험하며, 피부 또는 눈 접촉의 경우 매우 위험하여, IARC 및 OSHA에 의해 입증된 사람 발암 물질로 고려되고 있다.
알킬화 공정들에서, H2SO4 는 다량의 소비된 산을 제거 및 재가공 (reprocessing) 하여 촉매 활성을 회복하는데 필요한, 산 가용성 오일 (acid soluble oil) 들의 생산으로 연속해서 희석된다. 이러한 재가공은, 전형적으로 별도의 공정 공장에서 산을 연소시키고 재-농축시킴으로써 수행된다. 많은 경우에 있어서, 소비된 산은 유조 트럭 (tank truck) 들 또는 레일카 (rail car) 들에 의해 가공처리 공장 (processing plant) 으로 수송되어야 하므로, 도로 또는 철로 사고에 의한 잠재적인 노출 위험을 발생시킨다.
그러나, H2SO4 대신에 더 안전하고, 대안적인 촉매들을 개발하기 위한 노력들은 심각한 도전들에 직면해 왔다. 불산(HF)은 H2SO4보다 사람들에게 훨씬 더 위험하지만, 불산(HF)이 대안으로 사용될 수 있다. 또한, 고체 알킬화 촉매들은 급속한 파울링 (fouling) 및 탈활성화 (deactivation) 로 인하여 상업화하기 어렵다는 것이 입증되어 왔다.
도 1a는 선행 기술에 따른, 통상의 H2SO4 알킬화 장치 (10) 를 개략적으로 나타내는 구성도 (block diagram) 이다. H2SO4 알킬화 장치 (10) 는 탄화수소 공급 라인 (feed line) (13), H2SO4 알킬화 반응기 (14), 및 산/탄화수소 혼합물을 탄화수소 상 (hydrocarbon phase) 과 산 상 (acid phase) 으로 분리하기 위해 H2SO4 반응기(14)와 커플링된 산 침전기 (acid settler) (16) 를 포함할 수 있다. 산 상은 H2SO4 반응기(14)로 재순환될 수 있다. 알킬화 장치 (10) 는 산 세척 용기 (acid wash vessel) (18), 알칼리성 수 세척 용기 (alkaline water wash vessel) (20), 분류 장치 (fractionation unit) (22), 생성물 처리 장치(24), 및 외부 냉동 장치 (external refrigeration unit) (26) 를 추가로 포함할 수 있다. 외부 냉동 장치 (26) 는 냉각 반응기 (14) 용의, 프레온 또는 프로판과 같은 통상의 냉매 (refrigerant) 를 사용한다. 다수의 증류 (distillation) 또는 분류 컬럼들 (fractionation columns) 을 함유하는 분류 장치 (22) 는, 탄화수소 상을 분류하여 생성물 처리 장치 (24) 에 의해 처리되는 하나 이상의 생성물을 제공한다. 일부 예들에서, 통상의 알킬화 장치는 탄화수소 공급물(들)을 반응기 (14) 에 대해 처리하기 위한 공급물 처리 장치 (12) 를 포함할 수 있다.
도 1b는 또한 선행 기술에 따르는, 통상의 H2SO4 알킬화 단위 (10') 를 개략적으로 나타내는 구성도이다. 알킬화 단위 (10') 는 실질적으로 도 1a 를 참조하여 기술된 바와 같은, 탄화수소 공급 라인 (13), H2SO4 알킬화 반응기 (14), 산 침전기 (16), 산 세척 용기 (18), 알칼리성 수 세척 용기 (20), 분류 장치 (22), 및 생성물 처리 장치 (24) 를 포함할 수 있다. 도 1a의 장치 (10) 와는 대조적으로, 알킬화 장치 (10') 는 냉매로서 알킬화 반응기로부터의 유출물 (effluent) 을 사용하는 유출물 냉동 장치 (26') 를 포함한다.
Peterson et al. 의 미국 특허 제 5,284,990호는 HF 알킬화 장치를 H2SO4 알킬화 장치로 전환하는 방법을 기재하고 있다. 상기 '990 특허의 기재내용은, 모든 목적을 위해 이의 전문이 본원에 참조로 포함되어 있다.
알킬화 공정들에서 통상의 H2SO4 및 HF 촉매들을 대체하기 위한 대안적 촉매 시스템에 대한 요구가 학술 및 산업 기관들 둘 다에서의 각종 그룹들에 의해 연구되어 왔다. 지금까지는, 이러한 공정들을 수행하기 위한 실행가능한 대체 촉매가 상업화되어 있지 않다.
최근에, H2SO4 및 HF 촉매에 대한 대안으로서 금속 할라이드 이온성 액체 촉매 (metal halide ionic liquid catalysts) 에 상당한 관심이 있어 왔다. 한가지 예로서, 올레핀 (olefins) 을 이용한 이소파라핀 (isoparaffins)의 이온성 액체 촉매화된 알킬화 (ionic liquid catalyzed alkylation) 는 Timken et al. 의 미국 특허 제7,432,408호에 기재되어 있다. 또한, Elomari et al. 의 미국 특허 제7,572,943호는 올레핀들의 이온성 액체 촉매화된 올리고머화 (oligomerization) 및, 수득되는 올리고머(들)을 이소파라핀을 사용하여 알킬화시켜 알킬화된 올레핀 올리고머를 생산하는 것을 기재하고 있다.
PCT 공보 제 WO 2011/015664호는 H2SO4 또는 HF 알킬화 장치를 이온성 액체 알킬화 장치로 개조하기 위한 방법을 개시하고 있으며, 여기서 하나 이상의 사이클론 장치 (cyclone units) 를 제공하여 탄화수소로부터의 이온성 액체의 분리를 촉진시킨다.
Liu et al. (Oil & Gas Journal (2006) Vol. 104, Issue 40) 은, 침전기 내부를 개조하여 알킬레이트 가솔린으로부터 복합체 이온성 액체의 분리를 향상시키고, 서지 탱크 (surge tank) 를 제공함으로써, 복합체 이온성 액체 촉매화된 알킬화에서 사용하기 위해 H2SO4 알킬화 장치를 보강 (retrofitting) 하는 것을 기술하고 있으며, 상기 복합체 이온성 액체는 서지 탱크로부터 STRATCO® (continuous stirred tank) (연속 교반 탱크) 반응기로 재순환된다.
기존의 통상적인 H2SO4 알킬화 장치를 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정에 적합한 이온성 액체 알킬화 시스템으로 효율적이고 비용-효과적으로 전환시키기 위한 요구가 존재한다.
하나의 양태로서, 황산 알킬화 장치를 이온성 액체 알킬화 시스템으로 전환하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 이온성 액체 알킬화 반응기를 포함하는 이온성 액체 특이적인 서브-시스템 (ionic liquid specific sub-system) 을 제공하는 단계; 및 이온성 액체 특이적인 서브-시스템의 적어도 하나의 구성 (component) 을 황산 알킬화 장치의 적어도 하나의 구성에 연결시키는 단계를 포함한다.
또다른 양태로서, 분류 장치를 포함하는 통상의 알킬화 장치를 이온성 액체 알킬화 시스템으로 전환하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 이온성 액체 촉매화된 알킬화 반응을 위해 구성된 이온성 액체 알킬화 반응기를 제공하는 단계, 및 이온성 액체 알킬화 반응기를 통상의 알킬화 장치의 적어도 하나의 구성에 연결시키는 단계를 포함한다.
추가의 양태에 따라서, 통상의 분류 장치를 포함하는 황산 알킬화 장치를 이온성 액체 알킬화 시스템으로 전환하는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 이온성 액체 촉매화된 알킬화 반응을 위해 구성된 이온성 액체 알킬화 반응기를 제공하는 단계, 이온성 액체 알킬화 반응기의 알킬화 반응기 유출물 (alkylation reactor effluent) 을 이온성 액체 상 (phase) 과 탄화수소 상 (phase) 으로 분리하기 위해 구성된 이온성 액체/탄화수소 분리 장치 (ionic liquid/hydrocarbon separation unit) 를 제공하는 단계, 알킬화 반응기 유출물을 이온성 액체/탄화수소 분리 장치로 공급하기 위한 이온성 액체/탄화수소 분리 장치에 이온성 액체 알킬화 반응기를 연결시키는 단계, 및 통상의 분류 장치를 개조하여 개조된 분류 장치를 제공함으로써, 개조된 분류 장치가 탄화수소 상의 적어도 한 부위로부터 HCl이 풍부한 C3- 분획 (fraction) 을 분리하기 위해 구성되는 단계를 포함한다.
다른 추가적 양태로서, 통상의 분류 장치를 갖는 기존의 통상의 알킬화 장치로부터 유래된 이온성 액체 알킬화 시스템이 제공되며, 상기 이온성 액체 알킬화 시스템은 이온성 액체 촉매화된 알킬화 반응들을 위해 구성된 이온성 액체 알킬화 반응기; 이온성 액체 알킬화 반응기와 유체 연통 (fluid communication) 상태에 있고, 이온성 액체 알킬화 반응기의 알킬화 반응기 유출물을 이온성 액체 상 및 탄화수소 상으로 분리시키기 위한 이온성 액체/탄화수소 분리 장치; 및 이온성 액체/탄화수소 분리 장치와 유체 연통 상태인 개조된 분류 장치를 포함한다. 개조된 분류 장치는 통상의 분류 장치로부터 유래되며, 상기 통상의 분류 장치는 개조됨으로써 개조된 분류 장치는 탄화수소 상으로부터 HCl이 풍부한 C3- 분획을 분리하기 위해 구성된다. 이온성 액체 알킬화 시스템은, HCl이 풍부한 C3- 분획을 이온성 액체 알킬화 반응기로 재순환시키기 위해 구성된다.
또다른 추가적 양태로서, 이온성 액체 알킬화 구역에서 이온성 액체 촉매화된 알킬화 조건 하에 적어도 하나의 이소파라핀과 적어도 하나의 올레핀을 이온성 액체 촉매와 접촉시키는 단계; 이온성 액체 알킬화 구역의 반응기 유출물로부터 탄화수소 상을 분리하는 단계; 탄화수소 상의 적어도 하나의 부위를 플래싱 (flashing) 하는 단계; 플래싱된 탄화수소 상과 이온성 액체 알킬화 구역 간에 열을 교환시킴으로써, 플래싱된 탄화수소 상에 의해 이온성 액체 알킬화 구역으로부터 열을 제거하는 단계; 유출물 냉동 장치를 통해, 플래싱된 탄화수소 상을 다수의 탄화수소 스트림들로 분리하는 단계; 탄화수소 스트림들 중의 적어도 하나를 분류하여 HCl이 풍부한 C3- 분획을 제공하는 단계; 및 HCl이 풍부한 C3- 분획을 이온성 액체 알킬화 구역으로 재순환시키는 단계를 포함하는, 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정이 제공된다.
본 명세서에 사용된, 용어 "포함하는 (comprising)" 및 "포함하다 (comprises)" 는 상기 용어들에 의해 정의된 명명된 요소들 또는 단계들을 포함하는 것을 의미하나, 다른 명명되지 않은 요소들 또는 단계들을 필수적으로 배제하는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 1a는 선행 기술에 따른, 통상의 냉동을 사용하는 황산 알킬화 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 1b는 또한 선행 기술에 따른, 유출물 냉동을 사용하는 황산 알킬화 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 양태에 따른, 전환된 이온성 액체 촉매화된 알킬화 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 또다른 양태에 따른, 이온성 액체 알킬화 시스템을 위한 서브-시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 또다른 양태에 따른, 이온성 액체 촉매화된 알킬화 시스템을 위한 이온성 액체 촉매/탄화수소 분리 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 5는 본 발명의 또다른 양태에 따른, 이온성 액체 알킬화 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 1b는 또한 선행 기술에 따른, 유출물 냉동을 사용하는 황산 알킬화 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 양태에 따른, 전환된 이온성 액체 촉매화된 알킬화 시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 또다른 양태에 따른, 이온성 액체 알킬화 시스템을 위한 서브-시스템을 개략적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 또다른 양태에 따른, 이온성 액체 촉매화된 알킬화 시스템을 위한 이온성 액체 촉매/탄화수소 분리 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 5는 본 발명의 또다른 양태에 따른, 이온성 액체 알킬화 시스템을 개략적으로 나타낸다.
이온성 액체 촉매들은 알킬레이트 가솔린 배합 성분 (alkylate gasoline blending components), 증류액 (distillate), 윤활제 등을 생산하기 위한 알킬화 반응들을 포함하는, 광범위한 탄화수소 전환 반응들에 유용할 수 있다. 통상적인 H2SO4 및 HF 알킬화 장치는 그 자체로는 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정들을 수행하는데 적합하지 않다. 그러나, 본 발명의 양태들에 따라서, 통상적인 H2SO4 알킬화 장치의 하나 이상의 구성이 이온성 액체 알킬화 시스템 및 공정에서 사용될 수 있거나, 당해 시스템 및 공정에서 사용하기 위해 채택될 수 있다.
하나의 양태에서, 본 발명은 기존의 통상적인 알킬화 장치를, 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정을 효율적으로 수행하기 위해 구성된 이온성 액체 알킬화 시스템으로 전환하는 방법을 제공한다. 이러한 공장 전환은 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정의 상업화 동안 매우 비용-효과적일 수 있다. 또다른 양태에서, 통상의, 기존의 또는 선행 기술의 H2SO4 알킬화 장치로부터 유래된 이온성 액체 알킬화 시스템이 제공된다.
본원과 동일자로 출원된 "이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정들을 위한 HF 알킬화 장치들의 전환 (Conversion of HF alkylation units for ionic liquid catalyzed alkylation processes)" 이라는 명칭의 미국 특허출원의 기재 내용은, 이의 전문이 본원에 참조로 포함되어 있다.
이온성 액체 촉매화된 공정들을 위한 공급원료들 (feedstocks)
하나의 양태에서, 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환 공정을 위한 공급물들 (feed) 은, 석유 정제시설, 가스에서 액체로의 전환 공장 (gas-to-liquid conversion plant), 석탄에서 액체로의 전환 공장 (coal-to-liquid conversion plant), 또는 나프타 크래커 (naphtha cracker), 중간 증류액 크래커 (middle distillate cracker), 또는 왁스 크래커 (wax cracker) 에서, FCC 오프-가스 (off-gas), FCC 경질 나프타 (light naphtha), 코커 오프-가스 (coker off-gas), 코커 나프타 (coker naphtha), 하이드로크래커 나프타 등을 포함하는 각종 스트림들을 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 이러한 스트림들은 이소파라핀(들) 및/또는 올레핀(들)을 함유할 수 있다.
올레핀 함유 스트림들의 예는, FCC 오프-가스, 코커 가스, 올레핀 복분해 (metathesis) 장치 오프-가스, 폴리올레핀 가솔린 장치 오프-가스, 메탄올에서 올레핀으로의 장치 오프-가스, FCC 경질 나프타, 코커 경질 나프타 (coker light naphtha), 피셔-트로프쉬 (Fischer-Tropsch) 장치 응축물, 및 크랙킹된 나프타 (cracked naphtha) 를 포함한다. 일부 올레핀 함유 스트림들은, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 펜텐, 및 최대 C10 올레핀으로부터 선택된 2개 이상의 올레핀을 함유할 수 있다. 이러한 올레핀 함유 스트림들은, 예를 들면, 미국 특허 제7,572,943호에 추가로 기재되어 있으며, 이의 기재 내용은 이의 전문이 본원에 참조로 포함되어 있다.
이소파라핀 함유 스트림들의 예는, FCC 나프타, 하이드로크랙커 나프타(hydrocracker naphtha), 코커 나프타, 피셔-드로프쉬 장치 응축물, 및 크랙킹된 나프타를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 이러한 스트림들은 2개 이상의 이소파라핀들의 혼합물을 포함할 수 있다. 서브-양태 (sub-embodiment) 에서, 이온성 액체 촉매화된 공정을 위한 이소파라핀 공급물은 이소부탄을 포함할 수 있으며, 당해 이소부탄은 예를 들면, 하이드로크래킹 장치 (hydrocracking unit), 부탄 이성질체화 장치로부터 수득될 수 있거나 구입할 수 있다.
하나의 양태에서, 공급물(들) 중 올레핀 및 이소파라핀은 이온성 액체 촉매화된 이소파라핀-올레핀 알킬화 반응들에 관여할 수 있다. 다른 양태에서, 공급물(들) 중 올레핀은 탄화수소 전환 반응기 내에서 이온성 액체 촉매와 접촉 시 올리고머화를 겪을 수 있다. 이온성 액체 촉매화된 올레핀 올리고머화는 이온성 액체 촉매화된 올레핀-이소파라핀 알킬화와 동일하거나 유사한 조건 하에 일어날 수 있다. 이온성 액체 촉매화된 올레핀 올리고머화 및 올레핀-이소파라핀 알킬화는, 예를 들면, Elomari et al. 에게 부여된 미국 특허 제7,572,943호 및 제7,576,252호에 기재되어 있으며, 이들의 기재 내용은, 전문이 본원에 참조로 포함되어 있다.
통상의 알킬화 장치를 이온성 액체 알킬화 시스템으로 전환하는 방법들
통상적인 황산 알킬화 장치들은 상기 도 1a 및 도 1b에 개략적으로 나타내어져 있다. 이온성 액체 촉매의 물리적 및 화학적 특성의 차이와 같은 다양한 이유로 인하여, 알킬화 반응기내 최적의 공정 조건 및 이온성 액체 촉매화된 알킬화를 위한 공정 요건, 통상적인 황산 알킬화 장치는 그 자체로는 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정들에 적합하지 않다. 그러나, 기존의 황산 알킬화 장치는 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정을 효과적으로 수행하기 위해 구성된 이온성 액체 촉매 알킬화 시스템으로 전환될 수 있다. 이온성 액체 촉매 알킬화 시스템은 또한 본원에서 이온성 액체 알킬화 시스템으로 언급될 수 있다.
기존의 또는 선행기술의 황산 (H2SO4) 알킬화 장치의 이온성 액체 (IL) 알킬화 시스템으로의 전환은 본원에서 "H2SO4/IL 전환" 으로 언급될 수 있다. 이러한 전환은, 예를 들면, H2SO4 알킬화 장치의 하나 이상의 구성들을 교체 및/또는 차단하는 것, 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정들을 위한 H2SO4 알킬화 장치의 하나 이상의 구성을 조정하는 것 (adapting), 및/또는 이온성 액체 알킬화 시스템의 하나 이상의 구성을 H2SO4 알킬화 장치의 하나 이상의 구성에 연결시키는 것에 의해 실현될 수 있다. H2SO4/IL 전환 동안, H2SO4 알킬화 장치의 하나 이상의 구성은, 예를 들면, 하나 이상의 밸브들을 막는 것, 및/또는 2개 이상의 H2SO4 알킬화 장치 구성들 사이의 라인들 또는 상호 연결장치들을 제거하거나, 캡핑 (capping) 하거나, 또는 교체하는 것에 의해 차단될 수 있다.
하나의 양태에서, 황산 알킬화 장치를 이온성 액체 알킬화 시스템으로 전환하는 방법은 이온성 액체 촉매 특이적인 서브-시스템 (ionic liquid catalyst specific sub-system) 을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 이온성 액체 촉매 특이적인 서브-시스템은 또한 본원에서 이온성 액체 특이적인 서브-시스템으로 언급될 수 있다. 이러한 이온성 액체 특이적인 서브-시스템은 H2SO4 알킬화 장치의 하나 이상의 구성에 연결하기 위해 구성된 하나 이상의 구성을 포함할 수 있으며; H2SO4/IL 전환 방법은 이온성 액체 특이적인 서브-시스템의 적어도 하나 이상의 구성을 황산 알킬화 장치의 적어도 하나의 구성에 연결시킴을 추가로 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체 특이적인 서브-시스템의 하나 이상의 구성은 H2SO4/IL 전환을 위해 새로이 제공될 수 있다.
하나의 양태에서, 이온성 액체 특이적인 서브-시스템은 이온성 액체 촉매 알킬화 반응기를 포함할 수 있다. 이온성 액체 촉매 알킬화 반응기는, 이소파라핀-올레핀 알킬화와 같은 하나 이상의 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환 반응을 위해 구성될 수 있다. 이온성 액체 촉매 알킬화 반응기는 또한 본원에서 이온성 액체 알킬화 반응기로 언급될 수 있다.
하나의 양태에서, 이온성 액체 특이적인 서브-시스템은 이온성 액체 촉매/탄화수소 주입 장치 (ionic liquid catalyst/hydrocarbon injection unit) 를 추가로 포함할 수 있으며, H2SO4/IL 전환 방법은 이온성 액체 촉매/탄화수소 주입 장치를 적어도 하나의 탄화수소 공급 라인에 연결하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이온성 액체 촉매/탄화수소 주입 장치는 또한 본원에서 이온성 액체/탄화수소 주입 장치로 언급될 수 있다.
하나의 양태에서, 이온성 액체/탄화수소 주입 장치는 이온성 액체 알킬화 반응기와 함께 내장 (integral) 될 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체/탄화수소 주입 장치 중 적어도 하나의 부위, 예를 들면, 떨어진(원위) 부위 (distal portion) 는 이온성 액체 알킬화 반응기내 빈공간(void) 또는 공간 (space) 으로 연장될 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체/탄화수소 주입 장치는 이온성 액체 알킬화 반응기 내에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체/탄화수소 주입 장치는 이온성 액체 알킬화 반응기의 일부 또는 구성일 수 있다.
하나의 양태에서, 적어도 하나의 탄화수소 공급 라인은 이온성 액체 알킬화 시스템의 구성으로서 새로이 제공될 수 있다. 또다른 양태에서, 이온성 액체 알킬화 시스템의 적어도 하나의 탄화수소 공급 라인은, H2SO4 알킬화 장치로부터의 구성을 포함할 수 있으며, H2SO4/IL 전환 방법은 적어도 하나의 탄화수소 공급 라인으로부터 H2SO4 반응기를 차단하는 단계를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 탄화수소 공급 라인 또는 다른 구성(들)으로부터 H2SO4 반응기를 차단하는 것은 H2SO4 반응기를 해체하기 위해 제공될 수 있다. 이후에, H2SO4 반응기는 일시적으로 또는 영구적으로 반응계내에서 이동되거나, 제거되거나, 폐기되거나, 또는 잔존할 수 있다.
H2SO4/IL 전환 방법의 하나의 양태에서, 이온성 액체 알킬화 반응기는 이온성 액체/탄화수소 주입 장치를 통해 적어도 하나의 탄화수소 공급 라인에 연결될 수 있다. 일부 양태들에서, 이온성 액체 알킬화 반응기는 이온성 액체/탄화수소 주입 장치와 함께 공급될 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 탄화수소 공급물은, 적어도 하나의 탄화수소 공급 라인 및 이온성 액체/탄화수소 주입 장치를 통해 이온성 액체 알킬화 반응기에 공급될 수 있다. 적어도 하나의 탄화수소 공급물은, 예를 들면, 이온성 액체/탄화수소 주입 장치로부터 상부 (upstream) 에 위치한 공급물 처리 장치에 의해 처리될 수 있다(예를 들어, 도 2 참조).
H2SO4/IL 전환 방법은, 이온성 액체 촉매를 이온성 액체 알킬화 반응기에 공급하기 위한 이온성 액체 촉매 공급 라인에 이온성 액체/탄화수소 주입 장치를 연결시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이온성 액체 촉매 공급 라인은 또한 본원에서 이온성 액체 공급 라인으로 언급될 수 있다.
이온성 액체/탄화수소 주입 장치는, 이온성 액체 촉매 및 적어도 하나의 탄화수소 공급물을 이온성 액체 알킬화 반응기에 공동-주입 (co-injecting) 하기 위해 구성될 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체/탄화수소 주입 장치는 적어도 하나의 노즐 (nozzle) 을 포함할 수 있다. 이온성 액체 촉매화된 알킬화를 위한 하나 이상의 노즐의 용도는, 예를 들면, 미국 특허출원공개공보 제20090166257호, 제20090171133호 및 제20090171134호 및 2010년 5월 14일자로 출원된 미국 특허출원 제12/780452호에 기재되어 있으며, 이들 각각의 기재 내용은, 이의 전문이 본원에 참조로 포함되어 있다.
하나의 양태에서, 이온성 액체 알킬화 반응기 및 이온성 액체/탄화수소 주입 장치는 이온성 액체 상 (phase) 및 탄화수소 상 (phase) 을 포함하는 혼합물을 형성하기 위해 공동-구성 (co-configured) 될 수 있다. 이러한 혼합물은 이온성 액체 알킬화 반응기 내에 형성될 수 있다. 하나의 양태에서, 상기 혼합물은 분산된 이온성 액체 상 및 연속된 탄화수소 상을 포함할 수 있다. 한 가지 예로서, 이온성 액체 알킬화 반응기 내의 반응 혼합물은 액체 탄화수소 내에 현탁된 이온성 액체 촉매의 액적 (droplet) 을 포함하는 에멀젼 (emulsion) 을 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 이러한 액적은 탄화수소 상내에 균일하게 현탁되어 균질한 (homogeneous) 에멀젼을 제공할 수 있다. 이온성 액체 상은 또한 본원에서 이온성 액체 촉매 상으로 언급될 수 있으며, 이는 예를 들면, 이온성 액체 알킬화 반응기로부터의 하부 (downstream) 의, 사용된 이온성 액체 촉매가 적어도 부분적으로 소모되거나 또는 분해될 수 있는 것으로 이해된다.
하나의 양태에서, 이온성 액체 알킬화 반응기는 이온성 액체 촉매/탄화수소 에멀젼을 생성하기 위한 하나 이상의 노즐들을 포함하거나, 이와 함께 사용될 수 있다. 다른 양태들에서, 각종 이온성 액체 알킬화 반응기 구조들을 이용하여, 하나 이상의 인-라인 혼합기 (in-line mixer) (예를 들면, 정적 혼합기 (static mixer)), 또는 하나 이상의 임펠러 (impeller) 를 갖는 연속 교반 탱크 반응기를 함유하는 반응기 시스템과 같은, 이온성 액체 촉매 및 탄화수소의 균일한 또는 균질한 혼합물을 제공할 수 있다.
하나의 양태에서, 이온성 액체 특이적인 서브-시스템은 이온성 액체 촉매 코어레서 (coalescer) 를 추가로 포함할 수 있으며, H2SO4/IL 전환 방법은, 탄화수소 상을 분류 장치로 공급하기 위한 분류 장치에, 이온성 액체 촉매 코어레서를 연결시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이온성 액체 촉매 코어레서는 또한 본원에서 이온성 액체 코어레서로 언급될 수 있다.
하나의 양태에서, 이온성 액체 알킬화 시스템의 분류 장치는 H2SO4 알킬화 장치로부터의 통상의 분류 장치 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, H2SO4 알킬화 장치의 통상의 분류 장치는 예를 들면, H2SO4/IL 전환 동안에 개조되어 이온성 액체 알킬화 시스템을 위한 개조된 분류 장치를 제공할 수 있다. 하나의 양태에서, 개조된 분류 장치는, 이온성 액체 알킬화 시스템을 위해 새로이 제공된 하나 이상의 분류 장치 구성들과 함께, H2SO4 알킬화 장치로부터의 분류 장치의 일부를 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체 알킬화 시스템을 위해 새로이 제공된 하나 이상의 분류 장치 구성들은 니켈 합금을 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 통상의 분류 장치의 하나 이상의 구성 (예를 들면, 탄소강 (carbon steel) 포함) 은 예를 들면, Ni/Cu 합금 또는 Ni/Cr 합금과 같은 합금으로 대신 치환시켜 개선시킬 수 있다.
금속공학의 이러한 개선은 새로이 장착되거나 전환된 알킬화 시스템의 분류 구획 (section) 에 필수적으로 한정되지는 않는다. 일반적으로, 기존의 H2SO4 알킬화 장치의 탄소강 구성들을 보다 높은 금속공학으로 개선하는 것은, 이온성 액체 촉매 재생 구획 및 이온성 액체 촉매 재순환 라인과 같은 대부분의 이온성 액체 촉매를 함유하는 스트림들을 위해 수행될 수 있다.
하나의 양태에서, H2SO4/IL 전환 방법은 H2SO4 알킬화 장치로부터 통상의 분류 장치의 적어도 하나의 증류 컬럼을 개조시키거나 새로이 장착시켜 이온성 액체 알킬화 시스템을 위한 개조된 분류 장치를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 또다른 양태에서, 통상의 분류 장치를 개조시키는 것은 하나 이상의 증류 컬럼들을 통상의 분류 장치에 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 개조된 분류 장치는 탄화수소 상으로부터 또는 탄화수소 상의 일부로부터 HCl이 풍부한 C3- 분획을 분리하기 위해 구성될 수 있다.
분류 장치는, 분류 장치를 이온성 액체/탄화수소 분리 장치에 연결시키기 전 또는 그 후에 개조될 수 있다. 이온성 액체 알킬화 시스템은 HCl이 풍부한 C3- 분획을 이온성 액체 알킬화 반응기로 재순환시키기 위해 구성될 수 있다. HCl- 및 프로판이 풍부한 분획을 이온성 액체 알킬화 반응기로 재순환시키는 것은, 공동 양도된 미국특허출원공개공보 제20110155640호에 기재되어 있으며, 이의 기재 내용은, 이의 전문이 본원에 참조로 포함되어 있다.
하나의 양태에서, 이온성 액체 알킬화 시스템은 주요 분리기 용기 (primary separator vessel) 를 추가로 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 주요 분리기 용기는 이온성 액체 알킬화 시스템을 위해 새로이 제공됨으로써, 산 침전기, 산 세척 용기, 또는 알칼리성 수 세척 용기와 같은, 기존의 H2SO4 알킬화 장치로부터의 적어도 하나의 용기는 이온성 액체 촉매화된 알킬화를 위한 요건보다 과잉 공급될 수 있다. 이 경우, H2SO4/IL 전환 방법은 H2SO4/IL 전환 동안에 하나 이상의 이러한 구성들을 차단 및/또는 해체하는 단계를 포함할 수 있다. H2SO4 알킬화 장치 구성들의 이러한 해체 및/또는 차단은 일시적이거나 영구적일 수 있다. 비제한적인 예로서, 상기 H2SO4 알킬화 장치로부터 해체된 구성들은, 일시적으로 또는 영구적으로 이동되거나, 제거되거나, 폐기될 수 있고, 또는 반응계 내에서 잔존할 수 있다.
H2SO4 알킬화 장치의 H2SO4/IL 전환 방법은, 이온성 액체 알킬화 반응기로부터의 알킬화 반응기 유출물을 주요 분리기 용기로 공급하기 위한 주요 분리기 용기에, 이온성 액체 알킬화 반응기를 연결시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 주요 분리기 용기는 알킬화 반응기 유출물을 탄화수소 상 및 이온성 액체 상으로 분리하기 위해 구성될 수 있다. 하나의 양태에서, H2SO4/IL 전환 방법은, 주요 분리기 용기로부터의 탄화수소 상을 이온성 액체 코어레서로 공급하기 위한 이온성 액체 코어레서에, 주요 분리기 용기를 연결시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
대안적인 양태에서, 산 침전기, 산 세척 용기, 또는 알칼리성 수 세척 용기와 같은, 기존의 또는 선행 기술의 H2SO4 알킬화 장치로부터의 하나 이상의 구성은 이온성 액체 알킬화 시스템의 구성(들)로서 유지되고/되거나 조정될 수 있다. 예로서, 산 침전기, 산 세척 용기, 및 알칼리성 수 세척 용기 중 하나 이상은 알킬화 반응기 유출물을 탄화수소 상 및 이온성 액체 상으로 분리하기 위해 구성될 수 있다. 따라서, 하나의 양태에서, 이온성 액체/탄화수소 분리 장치는 산 침전기, 산 세척 용기, 및 알칼리성 수 세척 용기 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 또다른 양태에 따라서, H2SO4 알킬화 장치를 이온성 액체 알킬화 시스템으로 전환하는 방법은 이온성 액체 알킬화 반응기 및 열 교환기를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. H2SO4/IL 전환 공정은 이온성 액체 알킬화 반응기를 냉각시키기 위해, 열 교환기를 이온성 액체 알킬화 반응기에 열적으로 커플링 (coupling) 시키는 단계를 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 열 교환기는 이온성 액체 알킬화 반응기와 함께 공급되거나, 이에 내장될 수 있다.
전환을 수행하는 H2SO4 알킬화 장치가 유출물 냉동 장치를 포함하는 양태에서 (예를 들어, 도 1b 참조), H2SO4/IL 전환은 열 교환기를 H2SO4 알킬화 장치로부터 기존의 유출물 냉동 장치로 연결시키는 단계를 포함할 수 있다. 다른 양태들에서, 예를 들면, 전환을 수행하는 H2SO4 알킬화 장치가 외부 (비-유출물) 냉동 장치를 포함하는 경우 (예를 들어, 도 1a 참조), H2SO4/IL 전환은 외부 냉동 장치를 해체시키는 단계, 해체된 외부 냉동 장치 대신에 유출물 냉동 장치를 제공하는 단계, 및 유출물 냉동 장치를 열 교환기에 연결시키는 단계를 포함할 수 있다.
이온성 액체 코어레서는, 예를 들면, 이온성 액체 알킬화 반응기의 출구 (outlet port) 에 커플링된 주요 분리기 용기를 통해, 이온성 액체 알킬화 반응기와 유체 연통 상태일 수 있다. 이온성 액체 코어레서 및 주요 분리기 용기는 이온성 액체/탄화수소 분리 장치를 함께 형성할 수 있다. H2SO4/IL 전환 방법은, 주요 분리기 용기를 이온성 액체 알킬화 반응기에 연결함으로써, 이온성 액체 반응기로부터의 알킬화 반응기 유출물을 주요 분리기 용기로 공급하기 위한 이온성 액체 알킬화 반응기와 주요 분리기 용기가 유체 연통 상태일 수 있도록 하는 단계를 포함할 수 있다. 주요 분리기 용기는 알킬화 반응기 유출물을 탄화수소 상 및 이온성 액체 상으로 분리하기 위해 구성될 수 있다.
이온성 액체 코어레서는 주요 분리기 용기로부터의 탄화수소 상 중 적어도 일부를 수용할 수 있다. 하나의 양태에서, 주요 분리기 용기로부터의 탄화수소 상은 이온성 액체로부터 불완전하게 분리될 수 있는데; 예를 들어, 주요 분리기 용기로부터의 탄화수소 상은 동반된 (entrained) 이온성 액체를 포함할 수 있다. 이온성 액체 코어레서는 탄화수소 상으로부터의 동반된 이온성 액체를 분리하기 위해 구성될 수 있으며, 이온성 액체 알킬화 시스템은 이온성 액체 코어레서로부터의 동반된 이온성 액체를 이온성 액체 알킬화 반응기로 재순환시키기 위해 구성될 수 있다.
하나의 양태에서, H2SO4/IL 전환 방법은 이온성 액체 코어레서를 분류 장치에 연결시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 분류 장치는 전환을 수행하는 기존의 H2SO4 알킬화 장치로부터 보존되거나, 상기 H2SO4 알킬화 장치의 분류 장치의 하나 이상의 구성으로부터 유래거나 조정될 수 있다.
이온성 액체 알킬화 시스템으로의 전환을 위해 예정된 H2SO4 알킬화 장치는, 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정의 하나 이상의 구역과 비상용성인, 탄소강과 같은 물질을 포함하는 적어도 하나의 구성을 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, H2SO4/IL 전환 방법은 H2SO4 알킬화 장치의 하나 이상의 구성(들)을 니켈 합금과 같은 적합한 물질을 포함하는 하나 이상의 구성(들)로 대체하는 단계를 포함할 수 있다. 서브-양태에서, Ni 합금은 주로 Ni (>50 중량% Ni)와 함께 약 26 중량% 이하의 Cr 를 포함하는 Ni/Cr 합금을 포함할 수 있다. 또다른 서브-양태에서, Ni 합금은 주로 Ni (>50 중량% Ni)와 함께 약 32 중량% 이하의 Cu 를 포함하는 Ni/Cu 합금을 포함할 수 있다. Ni/Cr 합금 및 Ni/Cu 합금의 비-제한적 예들은 각각 합금 C-276 및 합금 400이다.
하나의 양태에 따라서, 통상의 알킬화 장치를 이온성 액체 알킬화 시스템으로 전환시키는 방법은 이온성 액체 촉매화된 알킬화 반응들을 위해 구성된 이온성 액체 알킬화 반응기를 제공하는 단계, 및 이온성 액체 알킬화 반응기를 통상의 알킬화 장치의 적어도 하나의 구성에 연결하는 단계를 포함할 수 있다. 이온성 액체 알킬화 반응기는, 이와 유체 연통 상태에 있는 이온성 액체/탄화수소 주입 장치를 가질 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체/탄화수소 주입 장치는, 이온성 액체 알킬화 반응기와 함께 내장되고/되거나, 당해 반응기 내에 배치되고/되거나, 당해 반응기의 구성일 수 있다.
또다른 양태에서, 통상의 알킬화 장치를 이온성 액체 알킬화 시스템으로 전환시키는 방법은, 이온성 액체 촉매 및 적어도 하나의 탄화수소 공급물을 이온성 액체 알킬화 반응기로 공동-주입하기 위한, 이온성 액체/탄화수소 주입 장치를 구성하는 단계를 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체 알킬화 반응기 및 이온성 액체/탄화수소 주입 장치는, 이온성 액체 알킬화 반응기 내에서, 분산된 이온성 액체 상 및 연속된 탄화수소 상을 포함하는 균질한 혼합물을 형성하기 위해 공동-구성될 수 있다.
이온성 액체/탄화수소 주입 장치는, 적어도 하나의 탄화수소 공급물을 이온성 액체 알킬화 반응기에 공급하기 위해, 적어도 하나의 탄화수소 공급 라인에 연결될 수 있다. 하나의 양태에서, 상기 적어도 하나의 탄화수소 공급물은 이온성 액체/탄화수소 주입 장치의 상부에 배치된 공급물 처리 장치를 통해 처리될 수 있다.
하나의 양태에서, 상기 적어도 하나의 탄화수소 공급물은 이소파라핀 함유 공급물 및 올레핀 함유 공급물을 포함할 수 있다. 공급물 처리 장치는 탄화수소 공급물(들)을 건조시키기 위한 적어도 하나의 공급물 건조기 장치 (dryer unit) 를 포함할 수 있다. 공급물 처리 장치는 올레핀 함유 공급물을 처리하기 위한, 예를 들면, 부타디엔을 제거하고 1-부텐을 2-부텐으로 이성질체화 (isomerizing) 시키기 위한 하이드로이성질체화 장치 (hydroisomerization unit) 를 추가로 포함할 수 있다.
하나의 양태에서, 공급물 처리 장치는 기존의 또는 선행 기술의 H2SO4 알킬화 장치의 구성을 포함할 수 있다. 또다른 양태에서, 이온성 액체 알킬화 시스템으로의 전환을 위한 기존의 H2SO4 알킬화 장치는 적합한 공급물 처리 장치를 결여할 수 있으며, 이온성 액체 알킬화 시스템을 위한 공급물 처리 장치는 H2SO4/IL 전환을 위해 새로이 제공된 하나 이상의 구성을 포함할 수 있다.
H2SO4/IL 전환 동안에 이온성 액체/탄화수소 분리 장치는 이온성 액체 알킬화 반응기에 연결될 수 있다. 이온성 액체/탄화수소 분리 장치는, 이온성 액체 알킬화 반응기의 알킬화 반응기 유출물을 이온성 액체 상 및 탄화수소 상으로 분리하기 위해 구성될 수 있다. 이온성 액체 상은 이온성 액체 촉매를 포함할 수 있는 반면, 탄화수소 상은 알킬레이트를 포함할 수 있다. 탄화수소 상은 전환되지 않은 경질 탄화수소 (light hydrocarbon) 를 추가로 포함할 수 있다.
이온성 액체/탄화수소 분리 장치는 주요 분리기 용기 및, 상기 주요 분리기 용기와 유체 연통 상태에 있는 이온성 액체 코어레서를 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체/탄화수소 분리 장치는 주요 분리기 용기를 통해 이온성 액체 알킬화 반응기에 연결될 수 있다.
하나의 양태에서, H2SO4/IL 전환은, 탄화수소 상 (phase) 의 적어도 일부를 분류 장치로 공급하기 위해, 이온성 액체/탄화수소 분리 장치를 분류 장치에 연결시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체/탄화수소 분리 장치는 이온성 액체 코어레서를 통해 분류 장치에 연결될 수 있다. 또다른 양태에서, 탄화수소 상 (phase) 의 적어도 일부는, 이온성 액체 알킬화 반응기와 열 연통 (thermal communication) 상태에 있는 열 교환기를 통해, 냉동 장치로 순환될 수 있다. 냉동 장치는, 냉동 장치로부터의 하나 이상의 탄화수소 스트림을 분류 장치로 공급하기 위해, 하나 이상의 라인을 통해 이온성 액체 알킬화 시스템의 분류 장치로 연결될 수 있다 (예를 들어, 도 5 참조).
H2SO4/IL 전환 방법은 이온성 액체 촉매를 재생시키기 위한 이온성 액체 촉매 재생 장치를 제공하는 단계, 및 이온성 액체/탄화수소 분리 장치로부터의 이온성 액체 상 (phase) 의 일부를 이온성 액체 촉매 재생 장치에 공급하기 위해, 이온성 액체 촉매 재생 장치를 이온성 액체/탄화수소 분리 장치에 연결하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이온성 액체/탄화수소 분리 장치로부터의 이온성 액체 상은 적어도 부분적으로 소비된 이온성 액체 촉매를 포함할 수 있으며, 이온성 액체/탄화수소 재생 장치는 이러한 이온성 액체 촉매를 재생시키기 위해 구성되어 재생된 이온성 액체 촉매를 제공할 수 있다.
H2SO4/IL 전환 방법은, 재생된 이온성 액체 촉매의 적어도 일부를 이온성 액체 알킬화 반응기로 공급하기 위해, 이온성 액체 촉매 재생 장치를 이온성 액체 알킬화 반응기에 연결시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이온성 액체 촉매들의 재생은 예를 들면, 미국 특허 제7,674,739호 및 제7,691,771호에 기재되어 있으며, 이들 각각의 기재 내용은, 이의 전문이 본원에 참조로 포함되어 있다.
H2SO4/IL 전환이 완료된 후, 수득되는 이온성 액체 알킬화 시스템은 적합한 시동 과정에 따라 작동을 시작할 수 있다. 이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환 공정 및 시스템을 개시하고 작동시키는 방법은, 2010년 6월 28일자로 출원된, 동시-계류중 (co-pending) 인 미국 특허출원 제12/825121호에 기재되어 있으며, 이의 기재 내용은, 이의 전문이 본원에 참조로 포함되어 있다.
이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정들
도 2 내지 도 4를 참조하면, 시스템 (100) 을 사용하여 수행된 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정 동안에, 처리된 탄화수소 공급물(들)을 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 내로 도입될 수 있다. 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 는 또한 본원에서 이온성 액체 알킬화 구역으로 언급될 수 있다. 탄화수소 공급물(들)은 공급물 처리 장치 (12') 를 사용하여 처리될 수 있다. 탄화수소 공급물(들)은 적어도 하나의 탄화수소 반응물을 포함할 수 있다. 서브-양태에서, 적어도 하나의 탄화수소 반응물은 C4 - C10 이소파라핀을 포함하는 제 1 반응물 및 C2 - C10 올레핀을 포함하는 제 2 반응물을 포함할 수 있다. 탄화수소 공급물(들)의 처리는, 디엔들 (dienes) 의 제거 및 올레핀 공급물 중의 올레핀의 하이드로이성질체화뿐만 아니라, 공급물 건조를 포함할 수 있다. 이온성 액체 촉매화된 알킬화를 위한 공급원료의 선택적인 수소화반응 (hydrogenation) 및 하이드로이성질체화는, 미국특허출원공개공보 제20110092753호에 기재되어 있으며, 이의 기재 내용은, 이의 전문이 본원에 참조로 포함되어 있다.
이온성 액체 촉매 및 적어도 하나의 탄화수소 공급물은 이온성 액체/탄화수소 주입 장치 (210) 를 통해 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 내로 도입될 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체 촉매는 하기 기술된 바와 같은, 클로로알루미네이트 이온성 액체를 포함할 수 있다. 무수 HCl 및/또는 촉매 촉진제 (catalyst promoter) 와 같은 공-촉매 (co-catalyst) 가 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 로 또한 공급될 수 있다. 이온성 액체/탄화수소 주입 장치 (210) 는 또한 본원에서 이온성 액체 촉매/탄화수소 주입 장치 (210) 로 언급될 수 있다.
당해 분야의 숙련가는, 도 2 내지 도 5가 장치들 또는 구성들 사이의 유체 연통을 나타내는 개략적인 표시들임을 인지할 것이다. 도 2 내지 도 5는 각종 구성들 또는 장치들의 상대적인 크기 또는 형태를 나타내는 것을 의도하는 것은 아니다. 하나의 양태에서 이온성 액체/탄화수소 주입 장치 (210) 는 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 와 함께 내장될 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체/탄화수소 주입 장치 (210) 의 적어도 일부, 예를 들어, 떨어진 (원위) 일부는 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 내의 빈공간 또는 공간으로 연장될 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체/탄화수소 주입 장치 (210) 는 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 내에서 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체/탄화수소 주입 장치 (210) 는 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 의 부분 또는 구성일 수 있다.
본 발명의 양태들에 따른 알킬화 공정 동안, 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 는 이온성 액체 상 및 탄화수소 상을 포함하는 이상 혼합물 (biphasic mixture) 을 함유할 수 있다. 탄화수소 상은 이온성 액체 촉매화된 반응의 적어도 하나의 탄화수소 생성물 (예를 들면, 알킬레이트) 을 포함할 수 있다. 이온성 액체 상은 이온성 액체/탄화수소 분리 장치 (230) 를 통해 탄화수소 상으로부터 분리될 수 있다. 이온성 액체 상은 이온성 액체 촉매를 포함할 수 있다. 이온성 액체/탄화수소 분리 장치 (230) 는 또한 본원에서 이온성 액체 촉매/탄화수소 분리 장치 (230) 로 언급될 수 있다. 이온성 액체/탄화수소 분리 장치 (230) 는 주요 분리기 용기 (232) 및 이온성 액체 코어레서 (234) 를 포함할 수 있다. 이온성 액체 코어레서 (234) 는 또한 본원에서 이온성 액체 촉매 코어레서 (234) 로 언급될 수 있다.
하나의 양태에서, 이온성 액체/탄화수소 분리 장치 (230) 로부터의 이온성 액체 상의 적어도 일부는, 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 로 재순환될 수 있다. 시스템 (100) 의 연속된 작동의 사용으로, 이온성 액체 촉매는 적어도 부분적으로 불활성화 (deactivated) 될 수 있다. 이온성 액체 촉매의 촉매 활성을 유지시키기 위하여, 이온성 액체 촉매 상의 일부는, 이온성 액체 촉매의 재생을 위한 이온성 액체 촉매 재생 장치 (240) 로 공급될 수 있다. 이후에, 재생된 이온성 액체 촉매의 적어도 일부는, 예를 들면, 이온성 액체 공급 라인 (252) 및 이온성 액체/탄화수소 주입 장치 (210) 를 통해, 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 로 재순환될 수 있다.
하나의 양태에서, 이온성 액체 코어레서 (234) 로부터의 탄화수소 상의 적어도 일부는, 예를 들어 라인 (202) 을 통해, 탄화수소 상의 분류를 위해 분류 장치 (22') 로 공급되어, 하나 이상의 탄화수소 생성물을 제공할 수 있다. 하나 이상의 탄화수소 생성물은 탄화수소 생성물(들)을 처리하기 위한 생성물 처리 장치 (24') 로 공급될 수 있다. 하나의 양태에서, 다수의 증류 또는 분류 컬럼들을 포함할 수 있는 분류 장치 (22') 는, 통상의 알킬화 장치 (10) 또는 (10') 의 분류 장치 (22) 를 개조하여 수득된, 개조된 분류 장치를 포함할 수 있다(도 1a 및 1b). 분류 장치 (22') 는, HCl이 풍부한 C3- 분획의 분리를 위해 구성되는, 적어도 하나의 전환되거나, 개조되거나 보강된 증류 컬럼을 포함할 수 있다. HCl이 풍부한 C3- 분획의 적어도 일부는, 예를 들어 라인 (204) 을 통해, 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 로 재순환될 수 있다. 이소부탄을 포함하는 적어도 하나의 분획은 또한 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 로 재순환될 수 있다. 명확성을 위하여, 단지 1개의 라인만이, HC1- 및 이소부탄-함유 분획들을 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 로 재순환시키는 것을 개시하고 있다.
하나의 양태에서, 이온성 액체 알킬화 시스템 (100) 은 열 교환기 및 냉동 장치 (도 2에 도시되지 않음) 와 함께 사용될 수 있다. 냉동 장치는 예를 들면, 외부 (통상의) 냉동 장치 또는 유출물 냉동 장치를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 이온성 액체 알킬화 공정에서, 적어도 하나의 이소파라핀 및 적어도 하나의 올레핀은 이온성 액체 알킬화 반응기 (220') 내에서 이온성 액체 촉매화된 알킬화 조건 하에, 이온성 액체 촉매와 접촉된다. 이온성 액체 알킬화 반응기 (220') 로의 탄화수소 공급물(들)은, 실질적으로, 예를 들어 도 2 내지 4를 참조하여 기술된 바와 같다. 이온성 액체 촉매화된 알킬화 반응을 위한 전통적인 조건은 하기에 기술된 바와 같다.
시스템 (100') 을 사용하여 수행된 이온성 액체 알킬화 공정 동안에, 이온성 액체 알킬화 반응기 (220') 는 열 교환기 (250) 와 열 연통 상태일 수 있다. 이온성 액체 알킬화 반응기 (220') 및 열 교환기 (250) 는 이온성 액체 알킬화 반응기 (220') 로부터 열을 제거하기 위해 공동-구성될 수 있다. 열 교환기 (250) 는 이온성 액체 알킬화 반응기 (220') 로부터의 유출물 탄화수소와 유체 연통 상태일 수 있다. 예를 들어, 이온성 액체/탄화수소 분리 장치 (230) 로부터의 탄화수소 상 (phase) 의 적어도 일부는, 냉각된 유출물 탄화수소를 열 교환기 (250) 로 제공하기 위해, 예를 들면, 확장 밸브 (expansion valve) (도시되지 않음) 를 통해 플래싱 (flashing) 될 수 있다. 탄화수소 상 또는 이의 일부가 플래싱된 후, 상기 HC 상은 플래싱된 탄화수소 상으로 언급될 수 있다. 상기 플래싱된 탄화수소 상은 열 교환기 (250) 를 통과함으로써, 열이 이온성 액체 알킬화 반응기 (220') 로부터 제거되고, 그로부터 유출물 냉동 장치 (126) 로 제거될 수 있다.
유출물 냉동 장치 (126) 는 당해 분야에 공지된 바와 같이, 하나 이상의 증기-액체 분리기들 (도시되지 않음) 뿐만 아니라, 압축기(compressor) 및 콘덴서 (condenser) 를 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 유출물 냉동 장치 (126) 는 탄화수소 상을 다수의 탄화수소 스트림들로 분류하거나 분리하기에 충분한 탄화수소 분류 능력을 가질 수 있다. 이러한 탄화수소 스트림들은 예를 들면, 이온성 액체 알킬화 반응기 (220') 로 재순환시키기 위한 주로 이소부탄을 포함하는 제 1 탄화수소 스트림, 알킬레이트 및 경질 탄화수소들의 혼합물을 포함하는 제 2 탄화수소 스트림, 및 경질 탄화수소들과 HCl의 혼합물을 포함하는 제 3 탄화수소 스트림을 포함할 수 있다.
하나의 양태에서, 제 2 탄화수소 스트림은 분류 장치 (22') 의 제 1 증류 컬럼 도시되지 않음) 에 공급되어, n-부탄, 알킬레이트 생성물 및 이소부탄을 제공할 수 있으며, 상기 이소부탄은 이온성 액체 알킬화 반응기 (220') 로 재순환될 수 있다. 제 3 탄화수소 스트림은 분류 장치 (22') 의 제 2 증류 컬럼 (마찬가지로 도시되지 않음) 으로 공급되어, 프로판 생성물, HCl이 풍부한 C3- 분획 및 이소부탄과 프로판을 포함하는 분획을 제공할 수 있다. 이소부탄과 프로판을 포함하는 분획은 유출물 냉동 장치 (126) 로 재순환될 수 있다. 상기 HCl이 풍부한 C3- 분획은 이온성 액체 알킬화 반응기 (220') 로 재순환될 수 있다. 이온성 액체 알킬화 반응기 (220') 는 본원에서 또한 이온성 액체 알킬화 구역으로 언급될 수 있다.
이온성 액체 촉매들
이온성 액체는 일반적으로 융점들이 100℃ (212℉) 이하이고 종종 실온 이하인 유기 염이다. 이들은 각종 화학 반응, 용매 공정 및 전기화학에 적용될 수 있다. 석유 정제 시 알킬화 촉매로서의 클로로알루미네이트 이온성 액체들의 용도는, 예를 들어, 흔히 미국 특허 제7,531,707호, 제7,569,740호 및 제7,732,654호에 기재되어 있고, 이들 각각의 기재 내용은 이의 전문이 본원에 참조로 포함되어 있다.
대부분의 이온성 액체는 유기 양이온 및 무기 또는 유기 음이온으로부터 제조된다. 양이온은 암모늄, 포스포늄 및 설포늄을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 음이온은 BF4 -, PF6 -, Al2Cl7 - 및 Al2Br7 - 같은 할로알루미네이트, [(CF3SO2)2N]-,알킬 설페이트(RSO3 -) 및 카복실레이트(RCO2 -)를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 산촉매 작용을 위한 이온성 액체는, 암모늄 할라이드 및 AlCl3, TiCl4, SnCl4, 및 FeCl3 와 같은 루이스산 (Lewis acid) 들로부터 유도된 것들을 포함할 수 있다. 클로로알루미네이트 이온성 액체는, 아마도 산 촉매화된 반응들을 위해 가장 일반적으로 사용되는 이온성 액체 촉매 시스템들이다.
이온성 액체 촉매화된 알킬화 반응에서 촉매로서 사용하기 위한 예시적인 이온성 액체는, 다음 일반식 A 및 B 중의 적어도 하나의 화합물을 포함할 수 있다:
[상기 식 중, R 은 H, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 또는 헥실로 이루어진 군으로부터 선택되고, R1 및 R2 각각은 H, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 또는 헥실로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, R1 및 R2 는 동일하거나 상이할 수 있고, X 는 클로로알루미네이트이다.]
본 발명의 양태들에 따른 알킬화 공정에 사용될 수 있는 클로로알루미네이트 이온성 액체 촉매의 비-제한적 예는, 1-부틸-4-메틸-피리디늄 클로로알루메이트, 1-부틸-3-메틸-이미다졸륨 클로로알루메이트, 1-H-피리디늄 클로로알루메이트, N-부틸피리디늄 클로로알루메이트 및 이들의 혼합물을 포함하는 것들이다.
이온성 액체 촉매화된 탄화수소 전환 반응들을 위한 반응 조건들
이온성 액체 내 탄화수소의 낮은 용해도로 인하여, 이온성 액체 (이소파라핀-올레핀 알킬화 반응을 포함) 내 탄화수소 전환 반응은 일반적으로 이상 (biphasic) 이며, 액체 상태의 계면에서 일어난다. 반응기 내 이온성 액체 촉매의 부피는, 일반적으로 약 1 내지 70 부피% (vol%), 및 일반적으로 약 4 내지 50 부피% 의 범위일 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체/탄화수소 주입 장치는 반응물(들) 및 이온성 액체 촉매를 이온성 액체 알킬화 반응기에 공동-주입하여, 이온성 액체 촉매와 반응물들 사이의 우수한 접촉을 보장하는데 사용될 수 있다.
이온성 액체 촉매화된 알킬화를 위한 반응 온도는, 일반적으로 약 -40 내지 +250℃ (-40 내지 +482℉), 전형적으로 약 -20 내지 +100℃ (-4 내지 +212℉) 의 범위일 수 있으며, 흔히 약 +4 내지 +60℃ (+40 내지 +140℉) 의 범위일 수 있다. 이온성 액체 촉매화된 알킬화 반응기 압력은 대기압 내지 약 8000 kPa의 범위일 수 있다. 전형적으로, 반응기 압력은 반응물들을 액체 상 (liquid phase) 으로 유지시키기에 충분하다.
이온성 액체 알킬화 반응기 내 반응물들의 체류 시간은, 일반적으로 수초 내지 수시간들, 및 일반적으로 약 0.5분 내지 60분의 범위일 수 있다. 이온성 액체 촉매화된 이소파라핀-올레핀 알킬화의 경우, 반응물들은 약 1 내지 100, 보다 전형적으로 약 2 내지 50, 및 흔히 약 2 내지 20의 범위의 이소파라핀 : 올레핀 몰 비로 도입될 수 있다. 반응기 조건들을 조절하여, 특정 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정을 위한 공정 수행을 최적화할 수 있다. 이온성 액체 촉매화된 알킬화를 위해 본원에 기술된 조건들은, 총괄적으로 이온성 액체 촉매화된 알킬화 조건들로 언급될 수 있다.
통상의 알킬화 장치들로부터 유래된 이온성 액체 알킬화 시스템들
하나의 양태에서, 본 발명은 이온성 액체 알킬화 공정들을 수행하기 위해 구성된 이온성 액체 알킬화 시스템들을 제공하며, 여기서 당해 시스템들은 기존의 또는 선행 기술의 H2SO4 알킬화 장치로부터 유래될 수 있다. 한가지 예로서, 이온성 액체 알킬화 시스템의 하나 이상의 구성은 새로이 제공될 수 있는 반면, 이온성 액체 알킬화 시스템의 다른 구성들은 기존의 또는 선행 기술의 H2SO4 알킬화 장치의 구성들로부터 유래되거나 조정될 수 있다.
도 2는 본 발명의 양태에 따른, 전환된 이온성 액체 촉매화된 알킬화 시스템을 개략적으로 나타낸다. 전환된 이온성 액체 촉매화된 알킬화 시스템 (110) 은 이온성 액체 알킬화 시스템 (100) 을 포함할 수 있다. 하나의 양태에서, 전환된 이온성 액체 촉매화된 알킬화 시스템 (110) 은 하나 이상의 해체된 H2SO4 장치 부품 (10") 을 추가로 포함할 수 있다. "해체된 H2SO4장치 부품" 은, 일시적으로 또는 영구적으로 제거된, H2SO4 알킬화 장치 (10) 또는 (10') 의 하나 이상의 구성을 의미한다. 이온성 액체 알킬화 시스템 (100) 은 본원에서 또한 이온성 액체 촉매 알킬화 시스템 (100) 으로 언급될 수 있다.
하나 이상의 해체된 H2SO4 장치 부품 (10") 은, H2SO4 알킬화 장치 (10) 또는 (10') 의 하나 이상의 유지된 (retained) 구성으로부터 차단될 수 있다. H2SO4 알킬화 장치 (10) 또는 (10') 의 "유지된 구성" 은, 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정을 수행하기 위해 그 자체로서 또는 개조된 형태로서 유지되어야 하는 H2SO4 알킬화 장치 (10) 또는 (10') 로부터의 하나 이상의 구성을 의미한다.
하나의 양태에서, 하나 이상의 해체된 H2SO4 장치 부품 (10") 은 반응계 내에서 (in situ), 예를 들면, 이온성 액체 알킬화 시스템 (100) 의 하나 이상의 이온성 액체 특이적인 구성들에 인접하여 잔류할 수 있다. 또다른 양태에서, 하나 이상의 해체된 H2SO4 장치 부품 (10") 은 제거 및/또는 폐기될 수 있다. 하나의 예로서, 해체된 H2SO4 장치 부품(들) (10") 은 H2SO4 반응기 (14) 를 포함할 수 있다 (도 1a 및 1b). 또다른 예로서, 해체된 H2SO4 장치 부품(들) (10") 은 산 침전기 (16) 를 포함할 수 있다. 추가의 예로서, 해체된 H2SO4 장치 부품(들) (10") 은 외부 냉동 장치 (26) 를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 이온성 액체 알킬화 시스템 (100) 은 공급물 처리 장치 (12'), 적어도 하나의 탄화수소 공급 라인 (13'), 이온성 액체 특이적인 서브-시스템 (200), 분류 장치 (22') 및 생성물 처리 장치 (24') 를 포함할 수 있다. 이온성 액체 알킬화 시스템 (100) 은 이온성 액체 촉매화된 알킬화 공정을 효과적으로 수행하는데 사용될 수 있다. 공급물 처리 장치 (12') 는 이온성 액체 촉매화된 알킬화 반응을 위한 적어도 하나의 탄화수소 공급물을 처리하기 위해 구성될 수 있다. 분류 장치 (22') 는 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 로부터의 탄화수소 상을 분류하여 하나 이상의 탄화수소 생성물들을 제공하기 위해 구성될 수 있다. 탄화수소 생성물 중의 하나 이상은, 탄화수소 생성물(들)로부터 임의의 오염물을 제거하기 위해 생성물 처리 장치 (24') 로 공급될 수 있다.
하나의 양태에서, 기존의 H2SO4 알킬화 장치의 적어도 하나의 구성은 이온성 액체 알킬화 시스템 (100) 에서 사용하기 위해 적어도 일시적으로 유지될 수 있다. 이러한 유지된 구성(들)은 예를 들면, 공급물 처리 장치 (12'), 탄화수소 공급 라인 (13'), 분류 장치 (22'), 및 생성물 처리 장치 (24') 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 또다른 양태에서, 공급물 처리 장치 (12'), 탄화수소 공급 라인 (13'), 분류 장치 (22'), 및 생성물 처리 장치 (24')로부터 선택된 하나 이상의 구성들은 예를 들면, 구체적으로 이온성 액체 알킬화 시스템 (100) 을 조립하기 위해 새로이 제공될 수 있다.
또다른 양태에서, 공급물 처리 장치 (12'), 탄화수소 공급 라인 (13'), 분류 장치 (22') 및 생성물 처리 장치 (24') 로부터 선택된 이온성 액체 알킬화 시스템 (100) 의 하나 이상의 구성은 선행 기술의 H2SO4 알킬화 장치로부터의 조정된, 보강된 또는 개조된 장치 또는 구성을 포함할 수 있다. 비-제한적인 예로서, 통상의 분류 장치 (22) 는 개조되어, 탄화수소 상으로부터 HCl이 풍부한 C3- 분획을 분리하기 위해 구성된 개조된 분류 장치 (22') 를 제공할 수 있다. 이온성 액체 알킬화 시스템 (100) 은, 예를 들어 H2SO4/IL 전환 동안, HCl이 풍부한 C3- 분획을 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 로 재순환시키기 위해 구성되거나 조정될 수 있다.
도 3은 본 발명의 하나의 양태에 따르는, 이온성 액체 알킬화 시스템을 위한 이온성 액체 특이적인 서브-시스템을 나타낸다. 이온성 액체 특이적인 서브-시스템 (200) 은 이온성 액체/탄화수소 주입 장치 (210), 이온성 액체 알킬화 반응기 (220), 이온성 액체/탄화수소 분리 장치 (230), 및 이온성 액체 촉매 재생 장치 (240) 를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 처리된 탄화수소 공급물은, 탄화수소 공급 라인 (13') 및 이온성 액체/탄화수소 주입 장치 (210) 를 통해, 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 에 공급될 수 있다. 동시에, 이온성 액체 촉매는, 이온성 액체 공급 라인 (252) 및 이온성 액체/탄화수소 주입 장치 (210) 를 통해, 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 에 공급될 수 있다. 이온성 액체/탄화수소 주입 장치 (210) 는, 이온성 액체/탄화수소 혼합물을 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 에 주입하기 위해, 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 에 연결될 수 있고, 이와 유체 연통 상태일 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체/탄화수소 주입 장치 (210) 는, 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 와 함께 내장되거나, 당해 반응기 내에 배치되거나, 당해 반응기의 구성일 수 있다.
이온성 액체/탄화수소 주입 장치 (210) 는 적어도 하나의 노즐 (도시되지 않음) 을 포함할 수 있다. 이온성 액체 촉매 및 탄화수소 공급물들을 이온성 액체 알킬화 반응기 내로 도입시키기 위한 노즐들은, 미국특허출원공개공보 제20090166257호, 제20090171133호, 및 제20090171134호, 그리고 2010년 5월 14일자로 출원된 미국 특허출원 제12/780452호에 기재되어 있으며, 이들 각각의 기재 내용은, 이의 전문이 본원에 참조로 포함되어 있다.
이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 는 이온성 액체 촉매화된 알킬화 반응을 위해 구성될 수 있다. 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 내 혼합물은 이온성 액체 상 및 탄화수소 상을 포함할 수 있다. 이온성 액체 알킬화 반응기(220) 내 혼합물은, 연속 탄화수소 상 내에 균질하게 분산된 이온성 액체 상을 포함하는 반응 에멀젼을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 하나의 양태에 따르는, 이온성 액체 촉매화된 알킬화 시스템을 위한 이온성 액체/탄화수소 분리 장치를 개략적으로 나타낸다. 이온성 액체/탄화수소 분리 장치 (230) 는 주요 분리기 용기 (232) 및 이온성 액체 코어레서 (234) 를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4를 추가로 참조하면, 이온성 액체/탄화수소 분리 장치 (230) 는 주요 분리기 용기 (232) 를 통해 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 에 연결될 수 있다. 주요 분리기 용기 (232) 는, 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 로부터의 알킬화 반응기 유출물을 라인 (222) 을 통해 수용하고, 알킬화 반응기 유출물을 탄화수소 상 및 이온성 액체 상으로 분리하기 위해 구성될 수 있다. 하나의 양태에서, 주요 분리기 용기 (232) 는, H2SO4/IL 전환 중이거나 전환된 H2SO4 알킬화 장치 (10) 또는 (10') 로부터의 산 침전기 (16), 산 세척 용기 (18) 및 알칼리성 수 세척 용기 (20) 중의 하나 이상을 포함할 수 있다.
주요 분리기 용기 (232) 로부터의 이온성 액체 상의 적어도 제 1 부분은 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 로 재순환될 수 있다. 이온성 액체/탄화수소 분리 장치 (230) 로부터의 이온성 액체 상의 제 2 부분은, 이온성 액체 촉매 재생을 위해 이온성 액체 촉매 재생 장치 (240) 에 공급될 수 있으며, 재생된 이온성 액체 촉매는 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 로 라인 (252) 을 통해 재순환될 수 있다.
이온성 액체 코어레서 (234) 는, 주요 분리기 용기 (232) 로부터의 탄화수소 상의 적어도 일부를 수용하기 위해, 주요 분리기 용기 (232) 에 연결될 수 있고, 이와 유체 연통 상태일 수 있다. 이온성 액체 코어레서 (234) 는, 탄화수소 상으로부터 임의의 동반된 이온성 액체를 분리하기 위해 구성될 수 있다. 동반된 이온성 액체는 이온성 액체 코어레서 (234) 로부터 이온성 액체 알킬화 반응기 (220) 로 재순환될 수 있다.
하나의 양태에서, 이온성 액체 코어레서 (234) 는 코어레서 물질의 다중 단계들 또는 모듈 (module) 들을 포함할 수 있으며, 상기 단계들은 일련으로 (in series) 및/또는 평행하게 배열될 수 있다. 코어레서 물질은 탄화수소 상과 비교하여 이온성 액체 상에 대해 고 친화성을 갖도록 선택될 수 있으며, 상기 코어레서 물질은 이온성 액 체 상에 의해 완전히 습윤될 수 있다. 코어레서를 사용한 이온성 액체/탄화수소 에멀젼의 분리는 미국 특허출원공개공보 제20100130800호에 기술되어 있으며, 이의 기재 내용의 전문이 본원에 참조로 포함되어 있다.
도 5는 본 발명의 또다른 양태에 따르는, 이온성 액체 알킬화 시스템을 개략적으로 나타낸다. 이온성 액체 알킬화 시스템 (100') 은 적어도 하나의 탄화수소 공급 라인 (13'), 분류 장치 (22'), 이온성 액체 알킬화 반응기 (220'), 이온성 액체/탄화수소 분리 장치 (230), 이온성 액체 촉매 재생 장치 (240), 열 교환기 (250), 및 유출물 재생 장치 (126) 를 포함할 수 있다. 이온성 액체 알킬화 시스템 (100') 은 공급물 처리 장치 (12') 및 생성물 처리 장치 (24') (예를 들어, 도 2 참조) 를 추가로 포함할 수 있으며, 이들 중 어느 것도 도 5에 나타나 있지 않다.
이온성 액체 알킬화 반응기 (220') 는 이온성 액체 촉매화된 알킬화 반응들을 위해 구성될 수 있다. 하나의 양태에서, 이온성 액체 알킬화 반응기 (220') 는 이온성 액체/탄화수소 주입 장치와 함께 제공되고 사용될 수 있다 (예를 들어, 도 3 참조). 이온성 액체 알킬화 반응기 (220') 는 어떠한 특정 반응기 구성에 제한되지 않는다. 각종 양태들에서, 반응기 (220') 는 예를 들면, 하나 이상의 임펠러들을 갖는 연속 교반 탱크 반응기, 루프-노즐 반응기 (loop-nozzle reactor), 또는 하나 이상의 정적 혼합기를 포함하는 반응기 시스템 등을 포함할 수 있다.
이온성 액체 알킬화 시스템 (100') 은, 도 1a 및 1b의 통상의 알킬화 장치들 (10) 또는 (10') 과 같은 기존의 알킬화 장치로부터 유래될 수 있다. 도 2 내지 도 4를 참조하여 본원의 위에서 실질적으로 기술된 바와 같이, 이온성 액체 알킬화 시스템 (100') 의 일부 구성들은 그 자체로서 또는 개조된 형태로, 통상의 알킬화 장치 (10) 또는 (10') 로부터 유지될 수 있는 반면, 액체 알킬화 시스템 (100') 의 다른 구성들은 기존의 통상적인 장치 (10) 또는 (10') 를 이온성 액체 알킬화 시스템 (100') 으로 전환시키기 위해 새로이 제공될 수 있다. 비-제한적 예로서, 이온성 액체 알킬화 반응기 (220') 는 이온성 액체 알킬화 시스템 (100') 의 새로운 구성으로서 제공될 수 있다.
다른 예로서, 이온성 액체 알킬화 시스템 (100') 의 분류 장치 (22') 는, 통상의 분류 장치 (22) 를 개조하여 수득된, 개조된 분류 장치를 포함할 수 있다 (예를 들어, 도 1a 및 도 1b 참조). 하나의 양태에서, 통상의 분류 장치 (22) 가 개조됨으로써, 개조된 분류 장치 (22') 가 알킬화 반응기 유출물로부터의 HCl이 풍부한 C3- 분획을 분리하기 위해 구성될 수 있다.
또 다른 예로서, 유출물 냉동 장치 (126) 는, 유출물 냉동 능력을 갖는 통상의 알킬화 장치 (10') 로부터 유지되거나 수득될 수 있다 (예를 들어, 도 1b 참조). 추가적인 예로서, 유출물 냉동 장치 (126) 는, 외부의 냉동 장치 (26) 를 갖는 통상의 알킬화 장치 (10) 의 전환을 위해 새로이 제공될 수 있다 (예를 들어, 도 1a 참조). 대안적인 양태들에서, 각각 외부- 및 유출물 냉동 장치들을 갖는 통상의 알킬화 장치들(10) 또는 (10') 중 하나는 외부 냉동을 갖는 이온성 액체 촉매화된 알킬화 시스템으로 전환될 수 있다. 유리하게는, 외부 냉동을 갖는 기존의 알킬화 장치를 유출물 냉동을 사용하는 이온성 액체 촉매화된 알킬화 시스템으로 전환시킨 결과로서, 시스템의 능력은 실질적으로 증가될 수 있다.
본원의 교시 내용들의 관점에서 가능한 본 발명의 다수의 변형들이 존재한다. 따라서, 다음의 특허청구범위의 영역내에서, 본 발명은 본원에 구체적으로 기술되거나 예시된 것과 달리 실시될 수 있음이 이해되어야 한다.
Claims (26)
- 하기 단계를 포함하는, 황산 알킬화 장치를 이온성 액체 알킬화 시스템 (ionic liquid alkylation system) 으로 전환하는 방법:
a) 이온성 액체 알킬화 반응기 (ionic liquid alkylation reactor) 및 상기 이온성 액체 알킬화 반응기의 알킬화 반응기 유출물 (effluent) 을 탄화수소 상 및 이온성 액체 상으로 분리하기 위해 구성된 이온성 액체/탄화수소 분리 장치 (ionic liquid/hydrocarbon separation unit) 를 포함하는 이온성 액체 특이적인 서브-시스템 (ionic liquid specific sub-system) 을 제공하는 단계로서, 상기 이온성 액체/탄화수소 분리 장치는 주요 분리기 용기 (primary separator vessel) 및 이온성 액체 코어레서 (coalescer) 를 포함하는 단계;
b) 상기 이온성 액체 특이적인 서브-시스템의 적어도 하나의 구성을 황산 알킬화 장치 (sulfuric acid alkylation unit) 의 적어도 하나의 구성에 연결시키는 단계;
c) 상기 주요 분리기 용기로부터의 상기 탄화수소 상을 이온성 액체 코어레서에 공급하기 위해, 상기 주요 분리기 용기를 상기 이온성 액체 코어레서에 연결시키는 단계; 및
d) 상기 이온성 액체 코어레서로부터의 상기 탄화수소 상을 분류 장치 (fractionation unit) 로 공급하기 위해, 상기 이온성 액체 코어레서를 상기 분류 장치에 연결시키는 단계. - 제 1 항에 있어서,
상기 황산 알킬화 장치는 적어도 하나의 탄화수소 공급 라인 (hycrocarbon feed line) 을 포함하고,
단계 b)는, 상기 이온성 액체 알킬화 반응기를, 상기 적어도 하나의 탄화수소 공급 라인에 연결시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 이온성 액체 특이적인 서브-시스템은 이온성 액체 공급 라인 (ionic liquid feed line) 을 추가로 포함하고,
또한, 상기 방법은 하기 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
e) 상기 이온성 액체 알킬화 반응기를 이온성 액체 공급 라인에 연결시키는 단계. - 제 1 항에 있어서,
상기 이온성 액체 특이적인 서브-시스템은, 상기 이온성 액체 알킬화 반응기와 유체 연통 (fluid communication) 상태에 있는 이온성 액체/탄화수소 주입 장치 (ionic liquid/hydrocarbon injection unit) 를 추가로 포함하고,
또한, 상기 방법은 하기 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
f) 상기 이온성 액체/탄화수소 주입 장치를 이온성 액체 공급 라인에 연결시키는 단계, 및
g) 상기 이온성 액체/탄화수소 주입 장치를 적어도 하나의 탄화수소 공급 라인에 연결시키는 단계로서, 상기 이온성 액체 알킬화 반응기 및 이온성 액체/탄화수소 주입 장치는, 이온성 액체 상 (phase) 과 탄화수소 상 (phase) 을 포함하는 혼합물을 형성하기 위해 공동-구성되는 (co-configured) 단계. - 제 1 항에 있어서,
상기 황산 알킬화 장치는 산 침전기 (acid settler), 산 세척 용기 (acid wash vessel) 및 알칼리성 수 세척 용기 (alkaline water wash vessel) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 이온성 액체/탄화수소 분리 장치는 산 침전기, 산 세척 용기 및 알칼리성 수 세척 용기 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 황산 알킬화 장치는 분류 장치를 포함하고,
또한, 상기 방법은 하기 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
h) 상기 분류 장치를 개조하여 개조된 분류 장치를 제공함으로써, 상기 개조된 분류 장치가, 상기 이온성 액체 알킬화 반응기로 재순환시키기 위해 상기 탄화수소 상으로부터 HCl이 풍부한 C3- 분획을 분리하기 위해 구성되도록 하는 단계. - 제 1 항에 있어서, 하기 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
i) 상기 황산 알킬화 장치의 적어도 하나의 구성을 Ni/Cr 합금 또는 Ni/Cu 합금을 포함하는 구성으로 대체시키는 단계. - 하기 단계를 포함하는, 통상의 알킬화 장치를 이온성 액체 알킬화 시스템으로 전환하는 방법으로서, 상기 통상의 알킬화 장치는 분류 장치를 포함하는 방법:
a) 이온성 액체 촉매화된 알킬화 (ionic liquid catalyzed alkylation) 반응을 위해 구성된 이온성 액체 알킬화 반응기를 제공하는 단계;
b) 주요 분리기 용기 및 상기 주요 분리기 용기와 유체 연통 상태에 있는 이온성 액체 코어레서를 포함하는 이온성 액체/탄화수소 분리 장치를 제공하는 단계;
c) 상기 이온성 액체 알킬화 반응기를 통상의 알킬화 장치의 적어도 하나의 구성에 연결시키는 단계; 및
d) 상기 이온성 액체 알킬화 반응기로부터의 알킬화 반응기 유출물을 상기 주요 분리기 용기로 공급하기 위해, 상기 주요 분리기 용기를 상기 이온성 액체 알킬화 반응기에 연결시키는 단계로서, 상기 주요 분리기 용기는 상기 알킬화 반응기 유출물을 탄화수소 상 및 이온성 액체 상으로 분리하기 위해 구성되는 단계. - 제 8 항에 있어서,
상기 통상의 알킬화 장치는 적어도 하나의 탄화수소 공급 라인을 포함하고,
또한, 상기 방법은 하기 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
e) 이온성 액체/탄화수소 주입 장치를 제공하는 단계로서, 단계 b)는 상기 이온성 액체 알킬화 반응기를 상기 이온성 액체/탄화수소 주입 장치를 통해 상기 적어도 하나의 탄화수소 공급 라인에 연결시키는 단계를 포함하는 단계. - 제 9 항에 있어서, 하기 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
f) 상기 이온성 액체/탄화수소 주입 장치를 이온성 액체 공급 라인에 연결시키는 단계로서, 상기 이온성 액체/탄화수소 주입 장치는, 이온성 액체 촉매 및 적어도 하나의 탄화수소 공급물 (feed) 을 상기 이온성 액체 알킬화 반응기로 주입하기 위해 구성되는 단계. - 제 9 항에 있어서,
상기 이온성 액체 알킬화 반응기 및 이온성 액체/탄화수소 주입 장치는, 분산된 이온성 액체 상 (dispersed ionic liquid phase) 및 연속된 탄화수소 상 (continuous hydrocarbon phase) 을 포함하는 혼합물을 형성하기 위해 공동-구성되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 통상의 알킬화 장치는, 황산 촉매화된 알킬화 (sulfuric acid catalyzed alkylation) 를 위해 구성되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 통상의 알킬화 장치는 외부 냉동 장치 (external refrigeration unit) 를 포함하고,
상기 이온성 액체 알킬화 시스템은 열 교환기를 추가로 포함하고,
또한, 상기 방법은 하기 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
g) 상기 외부 냉동 장치를 해체하는 (decommissioning) 단계;
h) 유출물 냉동 장치 (effluent refrigeration unit) 를 제공하는 단계; 및
i) 상기 열 교환기를 상기 유출물 냉동 장치에 연결시키는 단계로서, 상기 열 교환기는, 상기 이온성 액체 알킬화 반응기로부터 열을 제거하기 위해 상기 이온성 액체 알킬화 반응기와 열 연통 (thermal communication) 상태인 단계. - 제 13 항에 있어서, 하기 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
j) 상기 유출물 냉동 장치를 상기 분류 장치에 연결시키는 단계. - 제 8 항에 있어서, 하기 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
k) 상기 분류 장치를 개조하여 개조된 분류 장치를 제공함으로써, 상기 개조된 분류 장치가, 상기 탄화수소 상으로부터 HCl이 풍부한 C3- 분획을 분리하기 위해 구성되는 단계로서, 상기 이온성 액체 알킬화 시스템은 상기 HCl이 풍부한 C3- 분획을 상기 이온성 액체 알킬화 반응기로 재순환시키기 위해 구성되는 단계. - 하기 단계를 포함하는, 황산 알킬화 장치를 이온성 액체 알킬화 시스템으로 전환하는 방법으로서, 상기 황산 알킬화 장치는 통상의 분류 장치를 포함하는 방법:
a) 이온성 액체 촉매화된 알킬화 반응을 위해 구성된 이온성 액체 알킬화 반응기를 제공하는 단계;
b) 상기 이온성 액체 알킬화 반응기의 알킬화 반응기 유출물을 이온성 액체 상 및 탄화수소 상으로 분리하기 위해 구성된, 이온성 액체/탄화수소 분리 장치를 제공하는 단계;
c) 상기 알킬화 반응기 유출물을 상기 이온성 액체/탄화수소 분리 장치에 공급하기 위해, 상기 이온성 액체 알킬화 반응기를 상기 이온성 액체/탄화수소 분리 장치에 연결시키는 단계; 및
d) 상기 통상의 분류 장치를 개조하여 개조된 분류 장치를 제공함으로써, 상기 개조된 분류 장치가, 상기 이온성 액체 알킬화 반응기로 재순환시키기 위해 상기 탄화수소 상의 적어도 일부로부터 HCl이 풍부한 C3- 분획을 분리하기 위해 구성되도록 하는 단계. - 제 16 항에 있어서,
상기 황산 알킬화 장치는 황산 알킬화 반응기를 추가로 포함하고,
또한, 상기 방법은 하기 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
e) 상기 황산 알킬화 반응기를 해체시키는 단계;
f) 상기 이온성 액체 알킬화 반응기를 이온성 액체 촉매 공급 라인에 연결시키는 단계; 및
g) 상기 이온성 액체 알킬화 반응기를 적어도 하나의 탄화수소 공급 라인으로 연결시키는 단계. - 제 16 항에 있어서,
상기 이온성 액체/탄화수소 분리 장치는, 주요 분리기 용기 및 상기 주요 분리기 용기와 유체 연통 상태에 있는 이온성 액체 코어레서를 포함하고,
단계 c)는 이온성 액체 알킬화 반응기를 상기 주요 분리기 용기에 연결시키는 단계를 포함하고,
또한, 상기 방법은 하기 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
h) 단계 d) 전 또는 단계 d) 후에, 상기 이온성 액체 코어레서를 상기 통상의 분류 장치 또는 상기 개조된 분류 장치에 연결시키는 단계. - 제 16 항에 있어서, 하기 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
i) 이온성 액체 촉매 재생 장치 (ionic liquid catalyst regeneration unit) 를 제공하고, 상기 이온성 액체 촉매 재생 장치를 상기 이온성 액체/탄화수소 분리 장치에 연결하여 상기 이온성 액체/탄화수소 분리 장치로부터의 상기 이온성 액체 상을 수용하는 단계로서, 상기 이온성 액체 알킬화 시스템은, 상기 이온성 액체 촉매 재생 장치로부터의 재생된 이온성 액체 촉매를 상기 이온성 액체 알킬화 반응기로 재순환시키기 위해 구성되는 단계. - 삭제
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