[发明专利]改造HF或硫酸烷基化单元的方法

说明书

本发明提供改造HF或硫酸烷基化单元的方法。

对烷基化油燃料调和原料的需求不断增加。作为燃料调和成分的烷基化油在具有高辛烷值性质的同时还具有低蒸汽压且不含烯烃或芳香族物质。

几乎所有的烷基化油都是通过使异丁烷与丁烯在适合的酸性催化剂存在下反应而制得的。使用最多的催化剂是HF(氢氟酸)和硫酸。虽然非常成熟，但这些方法仍有许多缺点。对于HF而言，必须采取严格的健康措施和安全措施，这需要大量的投资。对于硫酸而言，从经济学角度讲，催化剂的大量消耗和需要提供冷却用设备是不利的。

最近，作为HF和硫酸所催化的烷基化工艺的替代，使用离子液体催化剂用烯烃来烷基化异链烷烃已引起关注。

在例如US7285698中，公开了一种制造烷基化油的方法，该方法使用复合离子液体催化剂来使异丁烷与丁烯反应。在US7285698的方法中，将异丁烷和丁烯供给至反应器单元中，并且通过使反应物与复合离子液体在烷基化条件下接触来形成烷基化油。将反应器流出物分离为烃相和离子液体相。将离子液体相再循环至反应器单元中，同时处理烃相来取得烷基化油。

目前的烷基化单元一直是为HF催化剂或硫酸(亦称作SA)催化剂专门设计的，并不十分适合使用另外的催化剂，例如离子液体(亦称作IL)催化剂。在例如Liu等(Z.Liu，R.Zhang，CXu，R.Xia，Ionic liquid alkylation process produces high-quality gasoline，Oil and Gas Journal，第104卷，第40期，2006)中提到，为了使用IL催化剂，可以将硫酸烷基化单元改型。在Liu等中提议增加用于再循环IL的调压罐并修改沉降器内部来加强IL的分离。然而，Liu发现，改型后的烷基化单元的性能并未达到最佳。

因此，本领域中需要将HF或SA烷基化单元改造为IL烷基化单元的改进方法。

现已发现，通过修改已有的烷基化单元，可以提高为用作IL烷基化单元而改造过的HF或SA烷基化单元的性能。

还已发现，Liu等所报道的未达到最佳的结果，至少部分是由分离器单元(即沉降器单元)中烃相和催化剂相的不完全分离引起的。

由于IL催化剂与SA或HF相比具有不同的性质，将IL催化剂与烃相分离和将SA或HF与烃相分离是不同的。所以，HF或SA烷基化单元的沉降器设计不能提供足够的分离能力来分离烃相和催化剂相。结果是，催化剂仍保留在烃相中，反之亦然。于是，催化剂消耗增加，此外烃相也被催化剂污染。此外，因IL烷基化过程中所采用的更高的异链烷烃与烯烃的摩尔比，烃再循环量会增加。在常见的HF和SA烷基化过程中，所采用的异链烷烃与烯烃的摩尔比为1～10。对于IL烷基化过程而言，所采用的异链烷烃与烯烃的摩尔比优选大于20或甚至大于100。

因此，本发明还提供将HF或硫酸烷基化单元改造成离子液体烷基化单元的方法，其中，所述HF或硫酸烷基化单元至少包含：

-反应器单元，所述反应器单元用于使催化剂和烃反应物接触；

-分离器单元，所述分离器单元用于将反应器流出物分离为催化剂相和包含烷基化油的烃相；

-分馏器单元，所述分馏器单元用于将所述包含烷基化油的烃相分馏为至少一种包含烷基化油的物流；

所述方法包括：

-在反应器单元的下游设置一个或多个旋流器单元来将至少一部分反应器流出物分离为催化剂相和包含烷基化油的烃相。

本发明涉及将HF或SA烷基化单元改造为IL烷基化单元的方法。本文所述的改造是指，对设计用来运行特定工艺的已有单元或工艺设备进行修改或改变，从而使其适合运行其他工艺。使用所获得的IL烷基化单元，通过使异链烷烃与烯烃在IL催化剂存在下在烷基化条件下反应，来生产烷基化油。常见的IL烷基化条件(或工艺条件)在本领域中是已知的，因此应认识到的是，实际的运行工艺条件尤其依赖于反应物和催化剂的确切组成。

反应器单元中的温度优选为-20℃～100℃、更优选为0～50℃，但温度必须高至足以保证离子液体为其液体形式。

为了抑制在反应器中形成蒸汽，在压力下进行上述过程，反应器中的压力优选为0.1MPa～1.6MPa。

烷基化过程可以是半连续过程或连续过程。通常，异链烷烃是异丁烷或异戊烷，烯烃是含有2～8个碳原子、更优选3～6个碳原子、进一步优选4或5个碳原子的烯烃。适合的烯烃的实例包括丙烯、1-丁烯、2-丁烯、异丁烯、1-戊烯、2-戊烯、2-甲基-1-丁烯、3-甲基-1-丁烯、2-甲基-2-丁烯。