本發(fā)明涉及用于離子液體催化烷基化的裝置、系統(tǒng)和方法。

背景

對有效混合兩種或多種不混溶液體的供裝置和系統(tǒng)有需求，所述不混溶液體比如用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化方法的離子液體催化劑和烴進料，離子液體催化烴轉(zhuǎn)化方法包括離子液體催化烷基化方法。

概述

在一個實施方案中，提供了用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括具有頂部的反應(yīng)容器和設(shè)置在反應(yīng)容器頂部的混合裝置。所述混合裝置包括上部文丘里管(upper venturi)，在所述上部文丘里管的遠(yuǎn)端(the upper venturi distal end)具有軸向出口，所述上部文丘里管遠(yuǎn)端設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)?；旌涎b置還包括設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)的至少一個進料注入陣列(feed injection array)，其中每個進料注入陣列包括多個進料注入噴嘴(feed injection nozzles)。每個進料注入陣列與所述上部文丘里管同軸?；旌涎b置還進一步包括下部文丘里管(the lower venturi)，在所述下部文丘里管的近端(the lower venturi proximal end)具有軸向入口，其中所述下部文丘里管近端設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)，并且所述下部文丘里管與所述上部文丘里管同軸?；旌涎b置配置成用于將第一液體的中心射流從所述上部文丘里管出口向下噴射到所述下部文丘里管中，并且每個進料注入陣列配置成用于將第二液體的多個側(cè)向射流向所述上部文丘里管的軸線噴射。

在另一個實施方案中，提供了用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括具有頂部的反應(yīng)容器、設(shè)置在所述反應(yīng)容器頂部的混合裝置和與所述反應(yīng)容器流體連通的循環(huán)回路?；旌涎b置包括上部文丘里管，在所述上部文丘里管的遠(yuǎn)端具有軸向出口。所述上部文丘里管的遠(yuǎn)端設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)?；旌涎b置配置成用于將第一液體的中心射流從所述上部文丘里管出口向下噴射?；旌涎b置還包括設(shè)置在所述反應(yīng)容器內(nèi)的至少一個進料注入陣列。每個進料注入陣列包括多個進料注入噴嘴。每個進料注入陣列配置成用于將第二液體的多個側(cè)向射流向所述上部文丘里管的軸線噴射。混合裝置還進一步包括下部文丘里管，在所述下部文丘里管的近端具有軸向入口，所述下部文丘里管與所述上部文丘里管同軸。所述下部文丘里管入口與所述上部文丘里管出口徑向向外隔開，以在所述下部文丘里管和所述上部文丘里管之間提供文丘里管間通道。所述循環(huán)回路包括與所述反應(yīng)容器流體連通的換熱器，其中所述換熱器配置成用于冷卻所述反應(yīng)容器的反應(yīng)流出物。所述循環(huán)回路與所述混合裝置流體連通，用于將冷卻的反應(yīng)器流出物輸送到所述混合裝置，其中第一液體包括所述冷卻的反應(yīng)器流出物。

在另一個實施方案中，提供了用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括具有頂部和容器出口的反應(yīng)容器；與所述所述反應(yīng)容器流體連通的混合裝置，其中所述混合裝置設(shè)置在所述反應(yīng)容器的頂部；和與所述容器出口流體連通的循環(huán)回路。該系統(tǒng)配置成通過所述容器出口從所述反應(yīng)容器中抽出反應(yīng)器流出物進入到循環(huán)回路中。所述循環(huán)回路包括配置成用于冷卻所抽出的反應(yīng)器流出物的換熱器。所述循環(huán)回路被配置用于將至少一部分抽出的反應(yīng)器流出物再循環(huán)到混合裝置以向所述反應(yīng)容器提供外部再循環(huán)流，其中外部再循環(huán)流包括抽出的反應(yīng)器流出物?；旌涎b置包括上部文丘里管，在所述上部文丘里管的近端處具有軸向上部文丘里管入口和在上部文丘里管的遠(yuǎn)端處具有軸向上部文丘里管出口。所述上部文丘里管與所述循環(huán)回路流體連通，用于在所述上部文丘里管入口處接收所述外部再循環(huán)流。所述上部文丘里管配置成用于從上部文丘里管出口軸向向下地噴射所述外部再循環(huán)流的中心射流，其中所述上部文丘里管出口設(shè)置在所述反應(yīng)容器內(nèi)。所述混合裝置還包括至少一個進料注入陣列。每個進料注入陣列包括多個進料注入噴嘴，其中每個進料注入噴嘴的軸線與所述上部文丘里管的軸線相交。每個進料注入陣列配置成用于同時向外部再循環(huán)流的中心射流噴射多個烴進料的側(cè)向射流。所述混合裝置還進一步包括與所述進料注入陣列和所述上部文丘里管同軸設(shè)置的下部文丘里管，所述下部文丘里管在其近端具有軸向下部文丘里管入口。所述下部文丘里管入口與上部文丘里管出口徑向向外隔開，以在所述上部文丘里管遠(yuǎn)端和所述下部文丘里管近端之間提供文丘里管間通道。

在又一個進一步實施方案中，提供了用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)，其包括具有頂部的反應(yīng)器容器和設(shè)置在所述反應(yīng)器容器頂部的混合裝置?；旌涎b置包括上部文丘里管，在所述上部文丘里管的遠(yuǎn)端具有軸向出口，所述上部文丘里管的遠(yuǎn)端設(shè)置在反應(yīng)器容器內(nèi)；設(shè)置在所述反應(yīng)器容器內(nèi)的進料注入環(huán)，所述進料注入環(huán)具有至少一個進料注入端口；和下部文丘里管，在所述下部文丘里管的近端具有軸向入口，所述下部文丘里管近端設(shè)置在所述反應(yīng)器容器內(nèi)。所述下部文丘里管與所述上部文丘里管同軸?；旌涎b置配置成用于將第一液體的中心射流從所述上部文丘里管出口向下噴射到所述下部文丘里管中。進料注入環(huán)配置成用于將第二液體從每個進料注入端口向所述上部文丘里管的軸線噴射。

在另一個進一步實施方案中，提供了用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的方法，所述方法包括從反應(yīng)器容器中抽出反應(yīng)器流出物，所述反應(yīng)器流出物包含來自烴進料的未反應(yīng)的烴；向所述反應(yīng)器流出物中加入離子液體催化劑以提供外部再循環(huán)流；將所述外部再循環(huán)流引入混合裝置，所述混合裝置與所述反應(yīng)器容器流體連通，其中所述混合裝置包括上部文丘里管和下部文丘里管，在所述上部文丘里管的遠(yuǎn)端具有軸向出口，在所述下部文丘里管的近端具有軸向入口；將所述外部再循環(huán)流的中心射流從所述所述上部文丘里管出口向下噴射到所述所述下部文丘里管中；并且在中心射流的噴射地同時，向中心射流噴射烴進料，使得烴進料與中心射流碰撞，其中所述上部文丘里管的遠(yuǎn)端和所述下部文丘里管的近端設(shè)置在所述反應(yīng)器容器內(nèi)，所述下部文丘里管與所述上部文丘里管同軸。

用于離子液體催化的烴轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)和方法的進一步實施方案在下文中描述并顯示在附圖中。如本文所使用的，術(shù)語“包括(comprising)”和“包括(comprises)”意指包括在這些術(shù)語之后定義的已命名的元件或步驟，但不一定排除其他未命名的元件或步驟。

附圖簡要說明

圖1A-1D各自示意性地表示根據(jù)本發(fā)明實施方案的用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)；

圖2示意性地表示根據(jù)本發(fā)明實施方案從側(cè)面看的用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的具有進料注入陣列的混合裝置；

圖3A用透視圖示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的實施方案的用于混合裝置的上部文丘里管；

圖3B用剖視圖示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的實施方案的混合裝置；

圖3C用剖視圖示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案的上部文丘里管；

圖4A用透視圖示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的實施方案用于混合裝置的下部文丘里管；

圖4B用剖視圖示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的實施方案用于混合裝置的下部文丘里管與上部文丘里管出口關(guān)系；

圖4C用剖視圖示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案的下部文丘里管；

圖5A表示根據(jù)本發(fā)明的實施方案，上部文丘里管的軸線與進料噴射陣列的多個進料注入噴嘴中每一個的軸線的交叉，圖5B表示沿著圖5A的線5B-5B所看到的，上部文丘里管的軸線與每個進料注入噴嘴的軸線的交叉；

圖6A表示根據(jù)本發(fā)明的實施方案，用剖視圖表示文丘里管間通道與混合裝置中上部文丘里管和下部文丘里管的關(guān)系，圖6B表示沿著圖6A的線6B-6B所看到的，文丘里管間通道與上部文丘里管出口和下部文丘里管入口的關(guān)系；

圖7A用剖視圖示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的實施方案的混合裝置，圖7B表示沿著圖7A的線7B-7B所看到的混合裝置的進料注入陣列；

圖8A用剖視圖示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的實施方案的混合裝置的一部分，圖8B表示沿著圖8A的線8B-8B所看到的混合裝置的進料注入陣列；

圖9A示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的實施方案的混合裝置的一部分，圖9B表示沿著圖9A的線9B-9B所看到的混合裝置的進料注入陣列；

圖10用剖視圖示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的實施方案的用于混合裝置的下部文丘里管具有進料注入陣列，所述進料注入陣列具有與下部文丘里管的收縮點相同高度或大致相同高度；

圖11A用透視圖表示進料注入噴嘴的終端部分，圖11B示出了沿著圖11A的線11B-11B所看到的進料注入噴嘴的噴嘴出口，根據(jù)本發(fā)明的實施方案；

圖12A示意性地表示從側(cè)面看根據(jù)本發(fā)明的實施方案的用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的具有進料注入環(huán)的混合裝置；

圖12B示意性地表示具有進料注入環(huán)的混合裝置的一部分，圖12C表示沿圖12B的線12C-12C所看到的進料注入環(huán)，圖12D-12G各自顯示沿著圖12C的線12D-G-12D-G的截面所看到的進料注入環(huán)，根據(jù)本發(fā)明的各個實施方案；以及

圖13示意性地表示根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案的用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明詳述

離子液體催化劑可用于一系列烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)，包括用于制備烷基化物的烷基化反應(yīng)，例如包含汽油調(diào)和組分等。根據(jù)本發(fā)明的用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)可包括反應(yīng)容器，每個反應(yīng)容器至少一個混合裝置和每個反應(yīng)容器至少一個循環(huán)回路。每個循環(huán)回路可以與所述反應(yīng)容器和所述至少一個混合裝置流體連通。每個混合裝置可包括上部文丘里管、至少一個進料注入部件和下部文丘里管。在一個實施方案中，至少一個進料注入部件可包括包含多個進料注入噴嘴的進料注入陣列。在另一個實施方案中，至少一個進料注入部件可包括進料注入環(huán)。

本文公開的混合裝置提供了離子液體催化劑和烴反應(yīng)物的快速和徹底混合，以便在離子液體/烴混合物中產(chǎn)生離子液體催化劑相的大的表面積，從而能夠在工業(yè)規(guī)模上進行高效的離子液體催化烴轉(zhuǎn)化過程。

用于離子液體催化烷基化的系統(tǒng)

盡管本文主要參照離子液體催化的烷基化反應(yīng)描述了系統(tǒng)，但是這樣的系統(tǒng)也可以適用于其它離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的其它更普通的反應(yīng)以及方法。

在一個實施方案中，用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)可包括反應(yīng)容器和設(shè)置在所述反應(yīng)容器的頂部的混合裝置。反應(yīng)容器的頂部(the top of the reactor vessel)在本文中也可以稱為反應(yīng)容器頂部(the reactor vessel top)。混合裝置可垂直地設(shè)置在反應(yīng)容器頂部，并且混合裝置可以從反應(yīng)容器頂部向遠(yuǎn)側(cè)延伸到反應(yīng)容器中。混合裝置還可以向近側(cè)延伸至反應(yīng)容器頂部上方。

在一個實施方案中，每個混合裝置可能包括上部文丘里管、多個進料注入噴嘴和下部文丘里管。在一個實施方案中，下部文丘里管可以設(shè)置在下方，即，通常比上部文丘里管更低的高度。在一個實施方案中，上部文丘里管的近端可以設(shè)置在反應(yīng)容器頂部上方，使得上部文丘里管的近端位于反應(yīng)容器外部，而上部文丘里管的遠(yuǎn)端和整個下部文丘里管可以設(shè)置在反應(yīng)容器頂部下方和反應(yīng)容器內(nèi)。

上部文丘里管在其近端可以具有軸向入口并在其遠(yuǎn)端可以具有軸向出口。上部文丘里管的出口(the outlet of the upper venturi)在本文中可以稱為上部文丘里管出口(the upper venturi outlet)。上部文丘里管遠(yuǎn)端可設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)。在一個實施方案中，上部文丘里管可以具有收縮點，所述收縮點在上部文丘里管出口上方和上部文丘里管入口下方的高度處?；旌涎b置可配置成用于將第一液體的中心射流從上部文丘里管出口向下噴射到下部文丘里管中。在一個實施方案中，中心射流可以從上部文丘里管出口以高速向下噴射到下部文丘里管中，以由于文丘里效應(yīng)在下部文丘里管中形成局部壓力較低區(qū)域。該壓力較低區(qū)域可以將來自進料注入噴嘴附近的液體吸入下部文丘里管中，使得下部文丘里管中的液體流之間的快速混合和傳質(zhì)。第一液體的中心射流可以與上部文丘里管同軸。

在一個實施方案中，混合裝置可能配置成用于在延長的時間段內(nèi)(例如，在用于維修或維護反應(yīng)器或系統(tǒng)的停車操作之間)連續(xù)或不間斷地噴射來自上部文丘里管的中心射流。在一個實施方案中，第一液體(例如中心射流)可包括反應(yīng)容器的外部再循環(huán)流。在一個實施方案中，外部再循環(huán)流可包含來自反應(yīng)容器的反應(yīng)器流出物與新鮮離子液體催化劑的組合，其中反應(yīng)器流出物可包含來自烴進料的未反應(yīng)的烴。在一個實施方案中，中心射流可能基本上或完全由液體組成，例如，第一液體可以至少基本上不含氣體和氣相材料。

混合裝置的多個進料注入噴嘴可被配置或組裝成至少一個進料注入陣列，使得每個進料注入陣列包括多個進料注入噴嘴。每個進料注入陣列可以設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)。每個進料注入陣列可配置成用于將第二液體的多個側(cè)向射流向上部文丘里管的軸線噴射。在一個實施方案中，每個進料噴射噴嘴可以被配置為朝中心射流噴射側(cè)向射流中的一個。在一個實施方案中，每個進料噴射噴嘴可以被配置為以高速度噴射側(cè)向射流中的一個，使得每個側(cè)向射流以足夠的動量沖擊中心射流，以在用于將第一和第二液流最優(yōu)混合的混合裝置內(nèi)產(chǎn)生高度湍流。在一個實施方案中，每個混合裝置可配置成用于在延長的時間段內(nèi)(例如，在用于維修或維護反應(yīng)器或系統(tǒng)的停車操作之間)連續(xù)或不間斷地噴射測向射流。在一個實施方案中，第二液體可能包含烴進料，并且該系統(tǒng)可被配置用于離子液體催化烷基化。

在一個實施方案中，混合裝置可以被配置使得多個進料注入噴嘴中每一個的軸線與上部文丘里管的軸線成0°至90°范圍內(nèi)的角度。在一個子實施方案中，多個進料注入噴嘴中每一個的軸線與上部文丘里管的軸線以角度θ(參見例如圖5A)相交，其中θ大于(>)0°且不大于(≤)90°。在另一個子實施方案中，多個進料注入噴嘴中每一個的軸線與上部文丘里管的軸線以20°至90°、或25°至90°、或30°至90°相交。

在進一步子實施方案中，多個進料注入噴嘴中每一個的軸線與上部文丘里管的軸線以80°至90°的范圍或85°至90°的范圍，或基本上直角相交。在一個實施方案中，多個進料注入噴嘴中每一個的軸線與上部文丘里管的軸線可以在上部文丘里管出口下方(遠(yuǎn)端)的高度處相交。在一個實施方案中，給定進料注入陣列的多個進料注入噴嘴中每一個的軸線與上部文丘里管的軸線在共同交叉點處相交。

下部文丘里管可以在下部文丘里管的近端具有軸向入口，其中下部文丘里管的近端設(shè)置在反應(yīng)器容器內(nèi)。下部文丘里管的入口(the inlet of the lower venturi)在本文中可以稱為下部文丘里管入口(the lower venturi inlet)。下部文丘里管可向多個進料注入噴嘴遠(yuǎn)側(cè)延伸。在一個實施方案中，每個進料注入陣列和下部文丘里管可以與上部丘里管同軸設(shè)置。

在一個實施方案中，給定進料注入陣列的多個進料注入噴嘴可以對稱地布置在其中。在一個實施方案中，進料注入噴嘴可以對稱地布置在每個進料注入陣列中，并且進料注入噴嘴可以在進料注入陣列中均勻間隔或不均勻間隔。在一個實施方案中，來自上部文丘里管出口的中心射流的第一液體線性速度與來自進料注入噴嘴的側(cè)向射流的第二液體線性速度的比率可以在0.1-10、0.2-5、或0.8-1.2的范圍內(nèi)。在一個子實施方案中，系統(tǒng)可以被配置成使得來自上部文丘里管出口的中心射流的第一液體線速度至少基本上等于來自進料注入噴嘴的每個側(cè)向射流的第二液體線速度。

在一個實施方案中，每個進料注入陣列可以包括六(6)至50個進料注入噴嘴、或者包括八(8)至40個進料注入噴嘴或10至30個進料注入噴嘴。在一個實施方案中，給定進料注入陣列的多個進料注入噴嘴可以環(huán)狀布置，例如，以每個進料注入陣列的進料注入噴嘴以環(huán)的形式布置。在一個實施方案中，每個側(cè)向射流可以與其相應(yīng)的進料注入噴嘴的軸線同軸。在一個實施方案中，每個側(cè)向射流的軸線與中心射流的軸線可以在上部文丘里管出口下方的高度處相交。在一個實施方案中，給定進料注入陣列的所有側(cè)向射流的軸線與中心射流的軸線可以在共同交叉點處相交。

在一個實施方案中，進料注入陣列可與下部文丘里管入口設(shè)置在相同的高度或大約相同的高度。在一個子實施方案中，上部文丘里管出口可與下部文丘里管入口處于相同的高度或大致相同的高度。設(shè)置在上部文丘里管出口或下部文丘里管入口處或附近的進料注入陣列可以允許下部文丘里管內(nèi)的第一液體和第二液體之間的快速或即時混合。術(shù)語“高度”是指元件、結(jié)構(gòu)、特征或部件被設(shè)置的高度，例如相對于另一元件、結(jié)構(gòu)、特征或部件的高度。

在另一個實施方案中，下部文丘里管具有收縮點，并且進料注入陣列可與下部文丘里管收縮點設(shè)置在相同的高度或大約相同的高度。下部文丘里管收縮點可以在下部文丘里管入口下方和下部文丘里管出口上方的高度處。在一個子實施方案中，進料注入陣列的進料注入噴嘴可以設(shè)置在下部文丘里管內(nèi)。

在一個實施方案中，給定混合裝置的至少一個進料注入陣列可包括單個進料注入陣列，其中單個進料注入陣列可設(shè)置在混合裝置的第一高度或混合裝置的第二高度處。第一高度可與下部文丘里管入口處于相同的高度或大約相同的高度，第二高度可與下部文丘里管收縮點處于相同的高度或大約相同的高度。

在另一個實施方案中，給定混合裝置的至少一個進料注入陣列可包括設(shè)置在混合裝置的第一高度處的第一進料注入陣列和設(shè)置在混合裝置的第二高度處的第二進料注入陣列，其中第一高度可與下部文丘里管入口處于相同的高度或大約相同的高度，第二高度可與下部文丘里管收縮點處于相同的高度或大約相同的高度。在第一高度和第二高度兩處或兩處附近的液體物流可以是高度湍流。

在描述進料注入陣列相對于下部文丘里管的高度的上下文中，表述“相同高度或大約相同高度”是指進料注入陣列可設(shè)置的高度在如本文所定義的下部文丘里管給定參考點的上方或下方的最大距離的范圍內(nèi)。對于設(shè)置在與下部文丘里管入口處于相同高度或大致相同高度的第一高度處的進料注入陣列，下部文丘里管的近端可用作參考點，并且進料注入陣列可設(shè)置的高度在距下部文丘里管的近端的上方或下方的距離不大于(≤)0.5E_A1的范圍內(nèi)，其中距離E_A1等于上部文丘里管出口的直徑D_UO的20％(E_A1＝0.2D_UO)。(參見例如圖4B)。對于設(shè)置在與下部文丘里管收縮點處于相同高度或大約相同高度的第二高度處的進料注入陣列，下部文丘里管收縮點可以用作參考點，進料注入陣列可設(shè)置的高度在距下部文丘里管收縮點上方或下方的距離不大于(≤)0.5E_A2的范圍，其中距離E_A2等于下部文丘里管收縮點的內(nèi)徑D_LC的20％(E_A2＝0.2D_LC)。(參見例如圖4B)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，距離E_A1和E_A2在這里僅用于相對測量，因此具有任意單位。進料注入陣列相對于下部文丘里管的其它高度也是可能的。在一個實施方案中，進料注入陣列高度的選擇可使：1)增加或最大化抽入到混合裝置的內(nèi)部再循環(huán)流的體積，通過由于文丘里效應(yīng)在下部文丘里管中行成低壓區(qū)域，和/或2)增加或最大化下部文丘里管內(nèi)的液體流的湍流和混合強度。

在一個實施方案中，混合裝置的每個進料注入噴嘴可以向上部文丘里管軸線噴射側(cè)向射流中的一個。在一個實施方案中，每個進料注入噴嘴可終止于噴嘴出口(參見例如圖11A-11B)。在其中進料注入陣列可與下部文丘里管近端設(shè)置在相同的高度或大約相同的高度的實施方案中，每個進料注入噴嘴可與上部文丘里出口周邊終止于相同或大約相同的徑向位置。在描述每個噴嘴遠(yuǎn)端相對于上部文丘里管出口的周邊的徑向位置的上下文中，表述“相同的徑向位置或大約相同的徑向位置”是指從上部文丘里管出口的周邊徑向向內(nèi)或徑向向外，每個進料注入噴嘴的遠(yuǎn)端可以設(shè)置在徑向距離不大于(≤)0.2D_UO處，其中D_UO是上部文丘里管出口的直徑。進料注入噴嘴相對于上部文丘里管出口周邊的其它徑向位置也是可能的。在一個實施方案中，可以選擇進料注入噴嘴的徑向位置以減小或最小化來自進料注入噴嘴的液體流和來自上部文丘里管出口的物流之間的混合時間。

在其中進料注射陣列可與下部文丘里管收縮點設(shè)置在相同的高度或大約相同的高度的實施方案中，每個進料注射噴嘴的終端可以設(shè)置在距下部文丘里管軸線A_L徑向向外的從0.2D_LC到0.5D_LC的范圍內(nèi)、或在距下部文丘里管軸線A_L徑向向外的從0.4D_LC到0.5D_LC的范圍內(nèi)；其中D_LC是下部文丘里管收縮點的內(nèi)徑。

在一個實施方案中，下部文丘里管可以在下部文丘里管的近端處具有軸向入口，使得下部文丘里管入口與下部文丘里管近端處于相同的高度。在本文中，術(shù)語“軸向入口”是指下部文丘里管入口與下部文丘里管的軸線重合或占據(jù)相同的空間。類似地，在一個實施方案中，上部文丘里管可以在上部文丘里管的遠(yuǎn)端處具有軸向出口，使得上部文丘里管出口與上部文丘里管的遠(yuǎn)端處于相同的高度。在本文中，術(shù)語“軸向出口”意味著上部文丘里管出口與上部文丘里管的軸線重合或占據(jù)相同的空間。

在一個實施方案中，下部文丘里管的近端可與上部文丘里管的遠(yuǎn)端設(shè)置在相同的高度或大約相同的高度。在描述下部文丘里管的近端相對于上部文丘里管的遠(yuǎn)端的高度的上下文中，表述“相同高度或大約相同高度”是指下部文丘里管的近端可設(shè)置在距上部文丘里管的遠(yuǎn)端之上或之下不大于(≤)0.5E_L高度的范圍內(nèi)，其中距離E_L等于下部文丘里管入口的直徑D_LI的20％(E_L＝0.2D_LI)(參見例如圖3B)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到，距離E_L在這里僅用于相對測量，并且因此具有任意單位。下部文丘里管的近端相對于上部文丘里管的遠(yuǎn)端的其它高度也是可能的。

在一個實施方案中，下部文丘里管的近端可以與上部文丘里管的遠(yuǎn)端徑向向外間隔開，以提供文丘里管間通道；或者換句話說：下部文丘里管入口可以與上部文丘里管出口徑向向外間隔開以提供文丘里管間通道。在一個實施方案中，文丘里管間通道可被配置成允許液體被抽吸，例如通過文丘里效應(yīng)，通過其進入下部文丘里管。在一個實施方案中，上部文丘里管出口和下部文丘里管入口中的每一個可以是圓形的，并且文丘里管間通道可以包括環(huán)形或基本上環(huán)狀的通道。

在一個實施方案中，系統(tǒng)還可以包括與所述反應(yīng)容器和所述混合裝置流體連通的循環(huán)回路。所述循環(huán)回路可具有連接到反應(yīng)容器的容器出口的第一回路終端，用于將反應(yīng)器流出物從反應(yīng)容器中抽出到循環(huán)回路中。循環(huán)回路還可以具有連接到混合裝置的第二回路終端，用于將第一液體通過混合裝置引入反應(yīng)容器中。在一個實施方案中，循環(huán)回路可以包括回路出口、離子液體催化劑入口、循環(huán)泵、換熱器和至少一個循環(huán)回路管道(參見例如圖1D)。

在一個實施方案中，環(huán)路出口可以被配置用于從循環(huán)回路中移除一部分抽出的反應(yīng)器流出物。在一個實施方案中，離子液體催化劑入口可以配置用于在循環(huán)回路中將新鮮離子液體催化劑加入到抽出的反應(yīng)器流出物中，以提供第一液體，即第一液體可以包括抽出的反應(yīng)器流出物與新鮮離子液體催化劑的組合。在一個實施方案中，第一液體可以通過循環(huán)回路和混合裝置輸送到反應(yīng)容器的頂部，以提供外部再循環(huán)流。

在一個實施方案中，換熱器可以被配置用于在循環(huán)回路內(nèi)冷卻第一液體。在一個實施方案中，至少一個循環(huán)回路管道可以連接到容器出口、循環(huán)泵、換熱器和混合裝置中的每一個并與其流體連通。在一個實施方案中，循環(huán)泵可配置成用于將第一液體泵送通過循環(huán)回路，例如，到換熱器和混合裝置。

在一個實施方案中，系統(tǒng)中每個反應(yīng)容器可以包括多個循環(huán)回路，其中每個循環(huán)回路可以與反應(yīng)容器和至少一個混合裝置流體連通。在一個實施方案中，系統(tǒng)還可包括與換熱器和混合裝置流體連通的靜態(tài)混合器。在一個實施方案中，靜態(tài)混合器可以設(shè)置在換熱器的下游和混合裝置的上游。

在用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的另一個實施方案中，系統(tǒng)可以包括具有頂部的反應(yīng)容器、至少一個混合裝置和至少一個循環(huán)回路。每個混合裝置可以設(shè)置在反應(yīng)容器的頂部。每個循環(huán)回路可以與反應(yīng)容器流體連通。每個混合裝置可以包括上部文丘里管、至少一個進料注入陣列和下部文丘里管。上部文丘里管在上部文丘里管的遠(yuǎn)端具有軸向出口，上部文丘里管可垂直的設(shè)置在反應(yīng)容器的頂部，使得上部文丘里管的出口在反應(yīng)容器內(nèi)。

該系統(tǒng)可配置成用于將第一液體的中心射流從上部文丘里管出口向下投射。下部文丘里管可以在下部文丘里管的近端處具有軸向入口，并且第一液體的中心射流可以沿軸向從上部文丘里管出口向下投射到下部文丘里管入口中。每個進料注入陣列可以包括多個進料注入噴嘴。每個進料注入陣列可以設(shè)置在反應(yīng)器容器內(nèi)。每個進料注入陣列可以配置成用于將第二液體的多個側(cè)向射流向上部文丘里管軸線噴射，其中第一液體的中心射流可以與上部文丘里管同軸。

下部文丘里管可以與上部文丘里管同軸地設(shè)置。下部文丘里管入口可以與上部文丘里管出口徑向向外間隔開，以在下部文丘里管和上部文丘里管之間提供或限定文丘里管間通道。在一個實施方案中，下部文丘里管的近端可與上部文丘里管的遠(yuǎn)端設(shè)置在相同的高度或大約相同的高度。在另一實施方案中，下部文丘里管的近端可設(shè)置在上部文丘里管的遠(yuǎn)端下方的高度處。在進一步的實施方案中，下部文丘里管的近端可以設(shè)置在上部文丘里管的遠(yuǎn)端上方的高度處，并且在一個子實施方案中，下部文丘里管的近端可以設(shè)置在上部文丘里管收縮點和上部文丘里管的遠(yuǎn)端之間的高度處。

每個循環(huán)回路可包括與反應(yīng)器容器流體連通的換熱器，用于冷卻來自反應(yīng)器容器的反應(yīng)器流出物以提供冷卻的反應(yīng)器流出物。循環(huán)回路可以與混合裝置流體連通，用于將冷卻的反應(yīng)器流出物輸送到混合裝置。在一個實施方案中，從上部文丘里管出口噴射的第一液體(例如中心射流)可包括冷卻的反應(yīng)器流出物與新鮮離子液體催化劑的組合。第一液體的中心射流可以通過混合裝置噴射到反應(yīng)器容器中。

根據(jù)用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)的另一個實施方案，該系統(tǒng)可以包括具有頂部和容器出口的反應(yīng)容器、與反應(yīng)容器流體連通的至少一個混合裝置以及與反應(yīng)容器出口和混合裝置流體連通的循環(huán)回路。每個混合裝置可以設(shè)置在反應(yīng)容器的頂部。

循環(huán)回路可以與容器出口流體連通。該系統(tǒng)可以配置成用于將反應(yīng)器流出物通過容器出口從反應(yīng)容器抽出到循環(huán)回路中。循環(huán)回路可以包括配置成用于冷卻所抽出的反應(yīng)器流出物的換熱器。循環(huán)回路可配置成用于將至少一部分抽出的反應(yīng)器流出物再循環(huán)到混合裝置以向反應(yīng)容器提供外部再循環(huán)流，其中外部再循環(huán)流可包括抽出的反應(yīng)器流出物。反應(yīng)容器也可以具有內(nèi)部再循環(huán)流。

表述“內(nèi)部再循環(huán)流”在本文中可以用于指在反應(yīng)容器內(nèi)的流過混合裝置并圍繞混合裝置的液體流。在一個實施方案中，內(nèi)部再循環(huán)流可以向下流過文丘里管間通道進入下部文丘里管，向下流過下部文丘里管的內(nèi)部，并從下部文丘里管出口流出。內(nèi)部再循環(huán)流的流量可以定量表示為每單位時間流過文丘里管間通道的液體的體積。外部再循環(huán)流的流量可以定量表示為每單位時間從上部文丘里管出口流出的液體的體積。內(nèi)部再循環(huán)流的流量與外部再循環(huán)流的流量的比通?？稍?.1至10、或0.2至5、或0.25至4的范圍內(nèi)。

在一個實施方案中，除了混合裝置和任何反應(yīng)器監(jiān)測儀器等之外，反應(yīng)容器可以完全充滿液體(例如，包含離子液體催化劑、反應(yīng)物和烷基化物產(chǎn)物)。反應(yīng)容器的內(nèi)部再循環(huán)流可以用于，尤其是，稀釋混合裝置中的烴進料和降低局部烯烴濃度，以便提供優(yōu)良的產(chǎn)物，例如烷基化物。在一個實施方案中，反應(yīng)容器內(nèi)的內(nèi)部再循環(huán)流的流動可以僅由包括外部再循環(huán)流的液體流驅(qū)動通過混合裝置。

每個混合裝置可以包括具有軸向上部文丘里管入口和軸向上部文丘里管出口的上部文丘里管、至少一個進料注入陣列以及與每個進料注入陣列和上部文丘里管同軸設(shè)置的下部文丘里管。上部文丘里管可以與循環(huán)回路流體連通，用于接收外部再循環(huán)流，例如在上部文丘里管入口處。上部文丘里管可配置成用于從上部文丘里管出口軸向向下噴射外部再循環(huán)流(第一液體)的中心射流，其中上部文丘里管出口設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)。

每個進料注入陣列可以包括多個進料注入噴嘴。在一個實施方案中，每個進料注入噴嘴的軸線與上部文丘里管的軸線相交(參見例如圖5A)。每個進料注入陣列可以被配置為用于向外部再循環(huán)流的中心射流同時噴射多個側(cè)向的烴進料(第二液體)射流。也就是說，系統(tǒng)可以被配置為從進料注入陣列噴射多個側(cè)向射流的同時，噴射來自上部文丘里管出口的中心射流。在一個實施方案中，系統(tǒng)可以被配置成使得烴進料的側(cè)向射流與外部再循環(huán)流的中心射流碰撞。換句話說，該系統(tǒng)可以被配置成使得中心射流與每個側(cè)向射流碰撞。該系統(tǒng)可以進一步配置為用于噴射中心射流和多個側(cè)向射流兩者，以延長時間，例如，在系統(tǒng)運行的整個時間期間連續(xù)地噴射。

下部文丘里管可以包括具有軸向下部文丘里管入口的下部文丘里管近端。在一個實施方案中，下部文丘里管入口可與上部文丘里管出口設(shè)置在相同的高度或大約相同的高度。在一個實施方案中，下部文丘里管入口可與上部文丘里管出口徑向向外間隔開，以在上部文丘里管的遠(yuǎn)端和下部文丘里管的近端之間提供或限定文丘里管間通道。在一個實施方案中，下部文丘里管入口和上部文丘里管出口中的每一個可以是至少基本圓形的，并且文丘里管間通道可以是至少基本上環(huán)狀的。在一個實施方案中，文丘里管間通道可配置成用于循環(huán)通過反應(yīng)容器的內(nèi)部再循環(huán)流(參見例如圖6A-6B)。

根據(jù)用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)的另一個實施方案，該系統(tǒng)可以包括反應(yīng)容器和混合裝置。混合裝置可以例如垂直地設(shè)置在反應(yīng)容器頂部，混合裝置可以從反應(yīng)容器頂部向遠(yuǎn)側(cè)延伸到反應(yīng)容器中，并且混合裝置也可以向近側(cè)延伸至高于反應(yīng)容器頂部。

在一個實施方案中，每個混合裝置可以包括上部文丘里管、進料注入環(huán)和下部文丘里管。在一個實施方案中，下部文丘里管可以設(shè)置在下方，即，通常在比上部文丘里管低的高度處。在一個實施方案中，上部文丘里管的遠(yuǎn)端、進料注入環(huán)和整個下部文丘里管可設(shè)置在反應(yīng)容器頂部下方和反應(yīng)容器內(nèi)。

上部文丘里管可以具有在上部文丘里管的近端處的軸向入口和在上部文丘里管遠(yuǎn)的端處的軸向出口。上部文丘里管的遠(yuǎn)端可設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)。上部文丘里管、下部文丘里管和反應(yīng)容器可一般地并列和配置，如上文參照用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)的其它實施方案和/或如下文參照圖12A所述的那樣?；旌涎b置可配置成用于將來自上部文丘里管出口的第一液體的中心射流向下噴射到下部文丘里管中。第一液體的中心射流可以與上部文丘里管同軸。

在一個實施方案中，基本上如上文參考其他實施方案所描述的，混合裝置可以被配置成用于在連續(xù)或不間斷的基礎(chǔ)上噴射來自上部文丘里管的中心射流。第一液體(例如中心射流)可以包括反應(yīng)容器的外部再循環(huán)流。在一個實施方案中，外部再循環(huán)流可包括抽出的反應(yīng)器流出物與新鮮離子液體催化劑的組合。

下部文丘里管可以在下部文丘里管的近端處具有軸向入口，其中下部文丘里管的近端設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)。下部文丘里管的入口在本文中可以稱為下部文丘里管入口。下部文丘里管可以與上部文丘里管同軸地設(shè)置。在一個實施方案中，進料注入環(huán)可以與上部文丘里管同軸地設(shè)置，并且與下部文丘里管入口處于相同的高度或大致相同的高度，例如在上部文丘里管出口處或附近。在描述進料注入環(huán)相對于下部文丘里管高度的上下文中，表述“相同高度或大約相同高度”具有如本文關(guān)于進料注入陣列相對于下部文丘里管高度的相同定義(參見例如圖12A和圖4B)。

進料注入環(huán)可以具有至少一個進料注入端口。進料注入環(huán)可配置成用于將第二液體從每個進料注入端口向上部文丘里管的軸線噴射。在一個實施方案中，第二液體可以從每個進料注入端口作為第二液體的射流噴射。在一個實施方案中，系統(tǒng)可以被配置為使第二液體的至少一個射流與來自上部文丘里管出口的第一液體的中心射流碰撞。每個混合裝置可以被配置用于在連續(xù)或不間斷的基礎(chǔ)上噴射第二液體，基本上如上文關(guān)于用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)的其它實施方案所述。在一個實施方案中，第二液體可包含烴進料，并且該系統(tǒng)可以配置用于離子液體催化的烷基化。

在一個實施方案中，進料注入環(huán)可具有單個進料注入端口。在一個子實施方案中，進料注入環(huán)的單個進料注入端口可以是在進料注入環(huán)的內(nèi)側(cè)部分中成環(huán)形狹縫的形式(參見例如圖12C-12D)。在另一個實施方案中，進料注入環(huán)可以具有兩(2)至50個進料注入端口，或者四(4)至40個進料注入端口，或者六(6)至30個進料注入端口。

在一個實施方案中，多個進料注入端口可以對稱地布置在進料注入環(huán)的內(nèi)側(cè)部分。在一個實施方式中，進料注入端口可以在進料注入環(huán)上均勻間隔或不均勻間隔。進料注入端口可以具有各種形狀或配置，包括基本上圓形、橢圓形和正方形。在另一個實施方式中，進料注入端口可以是細(xì)長的弓形狹縫的形式。在進一步實施方式中，一個或多個進料注入端口可以各自為環(huán)形狹縫的形式。在另一個實施方式中，給定的進料注入環(huán)可以具有不同形狀的進料注入端口的組合。一般來說，給定進料注入環(huán)的進料注入端口的尺寸(面積)、布置和/或數(shù)量可以根據(jù)各種工藝參數(shù)適當(dāng)?shù)剡x擇，包括通過混合裝置的外部和內(nèi)部再循環(huán)流的流量。在一個實施方式中，系統(tǒng)可以被配置為使得來自上部文丘里管出口的中心射流的第一液體線速度至少基本上等于從進料注入環(huán)噴射的第二液體的每個射流的第二液體線速度。

在一個實施方式中，進料注入環(huán)的每個進料注入端口可以與上部文丘里管出口的周邊設(shè)置在相同的徑向位置或大約相同的徑向位置。在描述每個進料注入端口相對于上部文丘里管出口的周邊的徑向位置的上下文中，表述“相同的徑向位置或大約相同的徑向位置”是指每個進料注入端口可設(shè)置在從上部文丘里管出口的周邊徑向向內(nèi)或徑向向外的距離不大于(≤)0.2D_UO，其中D_UO是上部文丘里管出口的直徑。進料注入端口相對于上部文丘里管出口的周邊的其它徑向位置也是可能的。

在一個實施方案中，下部文丘里管入口可以與上部文丘里管出口設(shè)置在相同的高度或大約相同的高度。在描述下部文丘里管的近端相對于上部文丘里管的遠(yuǎn)端的高度的上下文中，表述“相同高度或大約相同高度”具有與本文關(guān)于混合裝置的其它實施方案所限定的相同含義(參見例如圖3B)。下部文丘里管入口相對于上部文丘里管出口的其它高度也是可能的。

在一個實施方案中，下部文丘里管入口可以與上部文丘里管出口徑向向外間隔開，以提供文丘里管間通道。在一個實施方案中，文丘里管間通道可以如本文上述所描述地配置。在一個實施方案中，上部文丘里管出口和下部文丘里管入口中的每一個可以是圓形的，并且文丘里管間通道可以包括環(huán)狀或基本上環(huán)狀的通道。

在一個實施方案中，系統(tǒng)還可進一步包括與反應(yīng)容器和混合裝置流體連通的循環(huán)回路。循環(huán)回路可具有連接到反應(yīng)容器的容器出口的第一回路，用于將反應(yīng)器流出物從反應(yīng)容器中抽出到循環(huán)回路中，以及連接到混合裝置的第二回路。循環(huán)回路可以包括被配置為用于向抽出的反應(yīng)器流出物中加入新鮮離子液體催化劑的離子液體催化劑入口，和被配置為用于冷卻第一液體的換熱器(參見例如圖1D)。

根據(jù)又一個實施方案，可以使用本文公開的系統(tǒng)實施離子液體催化的烴轉(zhuǎn)化(例如異構(gòu)鏈烷烴/烯烴烷基化)的方法。所述的系統(tǒng)可以包括具有容器出口的反應(yīng)容器、與反應(yīng)容器流體連通的至少一個混合裝置，以及與容器出口和混合裝置流體連通的循環(huán)回路。混合裝置可以包括在上部文丘里管的遠(yuǎn)端具有軸向出口的上部文丘里管和在下部文丘里管的近端具有軸向入口的下部文丘里管。上部文丘里管的遠(yuǎn)端和下部文丘里管的近端可設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)，下部文丘里管可與上部文丘里管同軸設(shè)置。混合裝置可進一步包括設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)的至少一種進料注入部件。在一個實施方案中，每個混合裝置可垂直設(shè)置在反應(yīng)容器的頂部。所述系統(tǒng)還可以包括如本文所描述和附圖中所示的附加元件、部件和特征。

用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的方法可以包括：通過循環(huán)回路從反應(yīng)容器中抽出反應(yīng)器流出物，將新鮮離子液體催化劑加入到抽出的反應(yīng)器流出物中以提供外部再循環(huán)流，并將外部再循環(huán)流引入混合裝置中?？蓮难h(huán)回路中移除一部分抽出的反應(yīng)器流出物用于分餾以提供烷基化產(chǎn)物。在一個實施方案中，反應(yīng)器流出物或外部再循環(huán)流可以在將外部再循環(huán)流引入混合裝置之前先在循環(huán)回路中冷卻。

在一個實施方案中，用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的方法還可以包括：將外部再循環(huán)流的中心射流從上部文丘里管出口向下噴射到下部文丘里管入口中；并且與中心射流的噴射同時，向中心射流額外地噴射烴進料，使得烴進料與中心射流碰撞。在一個實施方案中，中心射流可以與上部文丘里管的軸線同軸。

中心射流可以包括離子液體/包含離子液體催化劑的小至微小液滴的烴乳液，例如離子液體催化劑液滴的直徑在1至1000微米、或5至250微米、或10至150微米。在一個實施方案中，烴進料可以與中心射流碰撞，使得烴進料與離子液體催化劑以大的表面積接觸。烴進料與離子液體催化劑可以在烷基化條件下進行按這種方式接觸，以提供烷基化產(chǎn)物。

用于離子液體催化的烴轉(zhuǎn)化的方法還可以進一步包括使反應(yīng)容器的內(nèi)部再循環(huán)流循環(huán)通過混合裝置的下部文丘里管。因此，外部和內(nèi)部再循環(huán)流兩者都可以流過下部文丘里管。在一個實施方案中，本發(fā)明的方法中內(nèi)部再循環(huán)流的流量(每單位時間的體積)與外部再循環(huán)流的流量的比通?？梢栽?.1至10、或0.2至5、或0.25至4的范圍內(nèi)。在一個實施方案中，下部文丘里管入口可以與上部文丘里管的出口徑向向外間隔開以提供文丘里管間通道，并且內(nèi)部再循環(huán)流可通過文丘里管間通道循環(huán)通過下部文丘里管。

在一個實施方案中，混合裝置的至少一個進料注入部件可包括具有至少一個進料注入端口的進料注入環(huán)。在用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的方法的一個實施方案中，烴進料可通過進料注入環(huán)的至少一個進料注入端口向中心射流噴射。

在另一個實施方案中，混合裝置的至少一個進料注入部件可以包括設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)的進料注入陣列，并且進料注入陣列可以包括多個進料注入噴嘴。在用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的方法的一個實施方案中，烴進料可通過進料注入噴嘴(例如作為多個側(cè)向射流)向中心射流噴射。

在一個實施方案中，混合裝置的進料注入陣列可與下部文丘里管入口設(shè)置在相同的高度或大約相同的高度，并且進料注入噴嘴可以終止于從上部文丘里管出口的周邊徑向向內(nèi)的位置，使得中心射流可以與每個進料注入噴嘴的至少一個終端部分碰撞(參見例如圖8A-8B)。在另一個實施方案中，進料注入陣列可以設(shè)置在下部文丘里管入口下方的高度處，并且進料注入噴嘴可以徑向向內(nèi)延伸到下部文丘里管中，使得外部再循環(huán)流和內(nèi)部再循環(huán)流中的至少一個可以與每個進料注入噴嘴終端的至少一個部分碰撞(參見例如圖10)。

在一個實施方案中，烴進料可以例如通過設(shè)置在下部文丘里管內(nèi)的多個進料注入噴嘴直接引入到下部文丘里管中。在一個子實施方案中，多個進料注入噴嘴可設(shè)置在下部文丘里管內(nèi)與下部文丘里管收縮點處在相同的高度或大致相同的高度。

在一個實施方案中，烴進料可以包含至少一種C₂-C₁₀烯烴和至少一種C₄-C₁₀異構(gòu)鏈烷烴。在一個實施方案中，離子液體催化劑可以包含氯鋁酸鹽離子液體。在一個實施方案中，烷基化條件可以包括在-40℃至150℃范圍內(nèi)的溫度和在大氣壓至8000kPa范圍內(nèi)的壓力。在一個實施方案中，反應(yīng)容器中的總離子液體催化劑體積可以維持在0.5至50vol％、或1至10vol％、或2至6vol％的范圍內(nèi)。烴進料、離子液體催化劑和用于離子液體催化的烷基化的條件在下文中描述。

在一個實施方案中，用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的方法還可以進一步包括將來自循環(huán)回路的反應(yīng)器流出物的一部分進料到離子液體/烴分離器；通過離子液體/烴分離器，將反應(yīng)器流出物的一部分分離成離子液體催化劑相和烴相；并通過分餾單元從烴相中分離烷基化產(chǎn)物。

參考附圖，圖1A-1D各自示意性地表示用于離子液體催化的烴轉(zhuǎn)化方法的系統(tǒng)。參考圖1A-1C，用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)100可以包括反應(yīng)容器200、至少一個混合裝置300/300'和至少一個循環(huán)回路400?；旌涎b置300/300'為離子液體催化劑和烴反應(yīng)物提供了快速和徹底的混合。作為示例，混合裝置300/300'可以在離子液體/烴混合物中產(chǎn)生離子液體催化劑相的大表面積，從而提供了離子液體催化烴轉(zhuǎn)化方法的高效性能。

反應(yīng)容器200具有反應(yīng)容器頂部(或上蓋)202，并且混合裝置300/300'可以設(shè)置在反應(yīng)容器頂部202處?；旌涎b置300/300'的上部(近端)部分可向近延伸至高于反應(yīng)容器頂部202?；旌涎b置300/300'的下部(遠(yuǎn)端)部分可以設(shè)置在反應(yīng)容器200內(nèi)。反應(yīng)容器200可至少基本上充滿液體，并且反應(yīng)容器200內(nèi)的混合裝置300/300'的部分可以浸沒在反應(yīng)容器200的液體內(nèi)容物中。

在一個實施方案中，反應(yīng)容器200可垂直對齊，其高度大于其寬度，混合裝置300/300'可以設(shè)置在反應(yīng)容器頂部202。在一個子實施方案中，混合裝置300/300'垂直地設(shè)置于反應(yīng)容器頂部202，使得每個混合裝置300/300'的軸線可以至少基本上平行于反應(yīng)容器200的軸線。在另一個子實施方案(未示出)中，混合裝置300/300'相對于反應(yīng)容器200的軸線可以各種角度設(shè)置。

在一個實施方案中，反應(yīng)容器200可以基本上是圓柱形的。在一個實施方案中，系統(tǒng)100可包括每個反應(yīng)容器200的多個混合裝置300/300'。僅作為示例，進一步參考圖1B，兩個混合裝置300a/300'a和300b/300'b顯示位于反應(yīng)容器頂部202，應(yīng)當(dāng)理解，可以類似地使用其它數(shù)量的混合裝置。在一個實施方案中，系統(tǒng)100可以包括多個混合裝置300/300'，其中每個混合裝置可以設(shè)置在相對于反應(yīng)容器頂部202基本上相同的高度。

循環(huán)回路400可以與反應(yīng)容器200流體連通，用于將液體(例如反應(yīng)器流出物)從反應(yīng)容器200抽出到循環(huán)回路400中?；旌涎b置300/300'可以與反應(yīng)容器200流體連通。循環(huán)回路400可以進一步與混合裝置300/300'流體連通，用于通過混合裝置300/300'將所抽出的液體再循環(huán)到反應(yīng)容器200。在一個實施方案中，系統(tǒng)100可以包括多個循環(huán)回路400，其中每個循環(huán)回路400可以與反應(yīng)容器200和至少一個混合裝置300/300'流體連通。在具有多個循環(huán)回路400的系統(tǒng)的實施方案中，每個循環(huán)回路400可以具有專用的循環(huán)泵和換熱器。在圖1C的實施方案中，顯示了兩個循環(huán)回路400,400'，應(yīng)當(dāng)理解，可以使用其它數(shù)量的循環(huán)回路。在一個實施方案中，多個循環(huán)回路中的每一個可以具有一個或多個專用混合裝置300/300'。

圖1D示意性地表示系統(tǒng)100包括具有容器出口204的反應(yīng)容器200、設(shè)置在反應(yīng)容器頂部202的混合裝置300/300'和循環(huán)回路400。在一個實施方案中，容器出口204可以位于相對來自混合裝置300/300'的反應(yīng)容器200的遠(yuǎn)端，例如容器出口204可以在反應(yīng)容器200的底部(或下蓋)203。烴進料301可以經(jīng)由混合裝置300/300'引入反應(yīng)容器200。在一個實施方案中，烴進料可包括用于離子液體催化烷基化的烯烴進料流、異構(gòu)鏈烷烴進料流或其組合，例如如下文所述。

循環(huán)回路400可以包括連接到容器出口204的第一回路終端400a和連接到混合裝置300/300'的第二回路終端400b。循環(huán)回路400還可以包括回路出口402、離子液體催化劑入口404、循環(huán)泵406和換熱器408。循環(huán)回路400還可以進一步包括至少一個循環(huán)回路管道410，例如用于將循環(huán)回路400的部件連接到容器出口204和混合裝置300/300'上。

反應(yīng)器流出物206可以經(jīng)由容器出口204從反應(yīng)容器200抽出到循環(huán)回路400中。反應(yīng)器流出物206可以包括之前已經(jīng)在反應(yīng)容器200中與烴進料接觸的離子液體催化劑。新鮮離子液體催化劑403可在循環(huán)回路400內(nèi)通過離子液體催化劑入口404添加到反應(yīng)器流出物206，以提供外部再循環(huán)流R_E。抽出的反應(yīng)器流出物206的一部分可通過回路出口402從循環(huán)回路400移出，例如用于將其分餾以提供烷基化產(chǎn)物?；芈烦隹?02和離子液體催化劑入口404可設(shè)置在除了如圖1D所示的循環(huán)回路400內(nèi)的各種位置。

進一步參考圖1D，在一個實施方案中，系統(tǒng)100還可以包括與循環(huán)回路400流體連通的靜態(tài)混合器412，用于在將外部再循環(huán)流引入混合裝置300/300'之前預(yù)混合外部再循環(huán)流。在一個實施方案中，靜態(tài)混合器412可以設(shè)置在例如緊靠混合裝置300/300'的上游。雖然在圖1D中僅顯示了一個循環(huán)回路400，但是可以使用多個循環(huán)回路400(參見例如圖1C)。在一個實施方案中，系統(tǒng)100可以配置為用于離子液體催化的烷基化反應(yīng)和方法。用于離子液體催化的烷基化的進料、離子液體催化劑和反應(yīng)條件在下文中描述。

圖2示意性地表示了包括上部文丘里管310，至少一個進料注入陣列320和下部文丘里管330的混合裝置300。在一個實施方案中，每個混合裝置300可包括單個上部文丘里管310和單個下部文丘里管330。每個進料注入陣列320可以包括多個進料注入噴嘴322(參見例如圖5A-11B)，使得每個混合裝置300的每個上部文丘里管310/下部文丘里管330可包括多個進料注入噴嘴322。在一個實施方案中，上部文丘里管310可垂直地設(shè)置在反應(yīng)容器頂部202。上部文丘里管310可固定到反應(yīng)容器頂部202并與其密封接合。

在圖2中，上部文丘里管310的軸線由標(biāo)記為A_U的線表示。下部文丘里管330可以與上部文丘里管310同軸。在一個實施方案中，下部文丘里管330可固定到上部文丘里管310上，例如使用合適的支撐結(jié)構(gòu)(未示出)比如鋼條等。用于將下部文丘里管330相對于上部文丘里管310固定或錨固的其它機構(gòu)也是可能的。在一個實施方案中，下部文丘里管的近端330a可與上部文丘里管的遠(yuǎn)端310b設(shè)置在相同的高度或大約相同的高度，例如，如參考下面圖3B中所描述的。在圖2中，為了清楚說明，下部文丘里管的近端330a可示出在上部文丘里管的遠(yuǎn)端310b下方。

根據(jù)各種實施方案，混合裝置300可以具有與下部文丘里管的近端330a相同高度或大約相同高度的第一進料注入陣列320，和/或混合裝置300可以具有與下部文丘里管的收縮點336相同高度或大約相同的高度的第二進料注入陣列320'，例如，如上下文中關(guān)于圖4B所描述的?；旌涎b置300不限制進料注入陣列的特定數(shù)量、排布或位置。如圖所示，下部文丘里管的收縮點336可以位于下部文丘里管入口332下方和下部文丘里管出口334上方的高度處。在一個實施方案中，下部文丘里管收縮點336可以處于下部文丘里管入口332下方的位置，高度在下部文丘里管330從10％至90％長度(L_L)范圍內(nèi)。

在一個實施方案中，上部文丘里管的遠(yuǎn)端310b、進料注入陣列320/320'和下部文丘里管330可設(shè)置在反應(yīng)容器200內(nèi)。在一個實施方案中，進料注入陣列320/320'可與上部文丘里管310和下部文丘里管330同軸。進料注入陣列320/320'，例如可根據(jù)注入陣列320/320'相對于上部文丘里管310和下部文丘里管330的數(shù)目、排布以及高度，固定、附接或連接到上部文丘里管310和/或下部文丘里管330上。

圖3A用透視圖示意性地表示用于混合裝置的上部文丘里管，圖3B用剖視圖示意性地表示混合裝置。圖3C示意性地表示根據(jù)其他實施方案的上部文丘里管的剖視圖。上部文丘里管310在圖3A中單獨示出，并且為了圖示的清楚起見，圖3B中省略了進料注入陣列320。參考圖3A-3B，上部文丘里管310可以具有在上部文丘里管的近端310a處的軸向入口312和在上部文丘里管的遠(yuǎn)端310b處的軸向出口314。上部文丘里管入口312和上部文丘里管出口314中的每一個可以是至少基本上圓形的。上部文丘里管310可以具有長度L_U。上部文丘里入口312和上部文丘里出口314分別具有直徑D_UI和D_U0。在一個實施方案中，上部文丘里管入口312的直徑D_UI可以大于上部文丘里管出口314的直徑D_UO(D_UI>D_UO)。

在一個實施方案中，圖3B中的垂直條E_L表示用于相對于上部文丘里管出口314定位下部文丘里管入口332的高度范圍，其中對應(yīng)于E_L的距離垂直地居中在上部文丘里管出口314的高度。在一個實施方案中，上部文丘里出口314是軸向的，并且上部文丘里出口314的高度對應(yīng)于上部文丘里管的遠(yuǎn)端310b的高度。類似地，在一個實施方案中，下部文丘里管入口332是軸向的，并且下部文丘里管入口332的高度對應(yīng)于下部文丘里管的近端330a的高度。在圖3B和4B中，為了清楚的表示起見，下部文丘里管的近端330a可以表示為略微低于上部文丘里管的遠(yuǎn)端310b。

進一步參考圖3B，在一個實施方案中，下部文丘里管的近端330a可以設(shè)置在與上部文丘里管的遠(yuǎn)端310b相同的高度或大致相同的高度，使得下部文丘里管的近端330a設(shè)置在距上部文丘里管的遠(yuǎn)端310b之上或之下不大于(≤)0.5E_L處，其中距離E_L等于下部文丘里管入口的直徑D_LI的20％(E_L＝0.2D_LI)。在其他實施方案中，距離E_L可以等于直徑D_LI的50％(E_L＝0.5D_LI)或直徑D_LI的100％(E_L＝D_LI)。下部文丘里管入口332相對于上部文丘里管出口314的其它高度也是可能的。

上部文丘里管310可以進一步包括收縮點316。上部文丘里收縮點316可以被限定為沿著上部文丘里管310，其內(nèi)徑D_UC已經(jīng)逐漸減小到最小的點或位置。如圖所示，上部文丘里管收縮點316可以在上部文丘里管的遠(yuǎn)端310b上方的高度處。上部文丘里管310的內(nèi)徑的逐漸變細(xì)過程可以是線性的，或非線性的，或其組合。在文丘里管或文丘里管中的液體速度和壓力變化之間的關(guān)系，例如根據(jù)文丘里效應(yīng)，在本領(lǐng)域中是眾所周知的。

在一個實施方案中，上部文丘里管310的一個或多個部分可以是至少基本上非錐形的；例如，上部文丘里管310的近側(cè)部分和/或遠(yuǎn)側(cè)部分可以是至少基本上圓柱形的(參見例如圖3A)。在一個實施方案中，上部文丘里管出口314的直徑D_UO可以與上部文丘里管收縮點316的內(nèi)直徑D_UC(D_UO＝D_UC)相同或基本相同。在另一實施方案中，上部文丘里管310可以在上部文丘里管收縮點316處的向遠(yuǎn)端擴張，使得上部文丘里管出口314的直徑D_UO可以大于上部文丘里管收縮點316的內(nèi)徑D_UC(D_UO>D_UC)(參見例如圖3C)。

圖4A用透視圖顯示了混合裝置的下部文丘里管，圖4B用剖視圖顯示了用于混合裝置的下部文丘里管與上部文丘里管出口的關(guān)系。圖4C顯示了根據(jù)其他實施方案的下部文丘里管的剖視圖。參考圖4A-4C，下部文丘里管330可包括在下部文丘里管的近端330a處的軸向入口332和在下部文丘里管的遠(yuǎn)端330b處的軸向出口334。下部文丘里管入口332和下文丘里出口334中的每一個可以是至少基本上圓形的。下部文丘里管330還可以包括收縮點336。下部文丘里收縮點336可以被限定為沿著下部文丘里管330，其內(nèi)徑D_LC最小的位置。下部文丘里管330的內(nèi)徑的逐漸變細(xì)過程可以是線性的，或非線性的，或其組合。在一個實施方案中，下部文丘里管330的一部分可以至少基本上是非錐形的。作為非限制性示例，在一個實施方案中，下部文丘里管330遠(yuǎn)端至下部文丘里管收縮點336的部分可以至少基本上為圓柱形(參見例如圖4C)。

進一步參考圖4B，下部文丘里管330可具有長度L_L。下部文丘里管收縮點336可具有內(nèi)徑D_LC，并且上部文丘里出口314可具有直徑D_UO。根據(jù)各種實施方案，標(biāo)記有E_A1和E_A2(圖4B)的垂直條可各自分別表示進料注入陣列320/320'相對于下部文丘里管的近端330a和下部文丘里管的收縮點336的位置的高度范圍。對應(yīng)于E_A1和E_A2的距離分別在下部文丘里管近端330a和下部文丘里管收縮點336垂直居中。標(biāo)記有E_A1的條可以用于表示相對于上部文丘里管出口314的直徑D_UO的距離(任意單位)，并且標(biāo)記有E_A2條可以用于表示相對于下部文丘里管收縮點336內(nèi)徑D_LC的距離(任意單位)。

在一個實施方案中，混合裝置300可以在標(biāo)記有E_A1條的高度處具有單個進料注入陣列320；在另一個實施方案中，混合裝置300可以在標(biāo)記有E_A2條的高度處具有單個進料注入陣列320'；在又一個實施方案中，混合裝置300可以具有在標(biāo)記有EA₁條的高度處的第一進料注入陣列320以及在標(biāo)記有E_A2條的高度處的第二進料注入陣列320'。

在一個實施方案中，進料注入陣列320可以與下部文丘里管近端330a設(shè)置在相同的高度或大約相同的高度，使得進料注入陣列320設(shè)置在與下部文丘里管的近端330a之上或之下所跨越距離不大于(≤)0.5E_A1，其中距離E_A1等于上部文丘里管出口314的直徑D_UO的20％。在其他實施方案中，距離E_A1可以等于直徑D_UO的50％(E_A1＝0.5D_UO)或直徑D_UO的100％(E_A1＝D_UO)。

在另一個實施方案中，進料注入陣列320'可與下部文丘里管收縮點336設(shè)置在相同的高度或大約相同的高度處，使得進料注入陣列320'設(shè)置在與下部文丘里管收縮點336之上或之下所跨越距離不大于(≤)0.5E_A2，其中距離E_A2等于下部文丘里管收縮點336內(nèi)徑D_LC的20％。在其他實施方案中，距離E_A2可以等于內(nèi)徑D_LC的50％(E_A2＝0.5D_LC)或內(nèi)徑D_LC的100％(E_A2＝D_LC)。除了由圖4B的條EA₁和EA₂描繪的之外，進料注入陣列320,320'的其他高度也是可能的。

在一個實施方案中，用于混合裝置300的進料注入陣列320可以被配置為使得多個進料注入噴嘴322中的每一個的軸線與上部文丘里管的軸線成0°至90°范圍的角度。圖5A顯示了上部文丘里管310的遠(yuǎn)端(下部)部分與進料注入陣列320的多個進料注入噴嘴322的關(guān)系。在一個實施方案中，每個進料注入噴嘴322的軸線A_N和上部文丘里管310的軸線A_U之間的角度θ可以大于(>)0°且不大于(≤)90°，使得每個進料注入噴嘴322的軸線與上部文氏管310的軸線相交的位置低于上部文丘里管的出口314。在一個子實施方案中，相交角θ可以在從20°至90°、或從25°至90°、或從30°至90°的范圍內(nèi)。在另一個子實施方案中，相交角θ可以在從80°至90°、或從85°至90°、或至少基本上為直角的范圍內(nèi)。

進一步參考圖5A，進料注入噴嘴322a和322c的軸線A_N可與上部文丘里管出口310的軸線A_U在共同的交叉點相交，共同的交叉點在低于上部文丘里管出口314的高度處。在圖5A中，箭頭R_E表示來自上部文丘里管310的中心射流的向下方向。

圖5B表示沿著圖5A的線5B-5B所看到的，上部文丘里管的軸線與每個進料注入噴嘴的軸線交叉點。在圖5B中，每個軸線A_N上的箭頭表示來自進料注入噴嘴322a-d每個側(cè)向射流向上部文丘里管310的軸線A_U噴射的方向。如圖所示，給定進料注入陣列320的每個進料注入噴嘴322a-d可與上部文丘里管310的軸線A_U徑向等距地間隔開。例如為了清楚說明，圖5B顯示了具有四個均勻間隔的進料注入噴嘴322a-d的進料注入陣列320。在實踐中，每個進料注入陣列320可以包括其他(例如，更大)數(shù)量和其他排布的進料注入噴嘴322。

圖6A用剖視圖表示混合裝置300的與上部文丘里管以及下部文丘里管有關(guān)的文丘里管間通道，圖6B表示沿著圖6A的線6B-6B所看到的，與上部文丘里管出口和下部文丘里管入口有關(guān)的文丘里管間通道。上部文丘里管310在上部文丘里管的遠(yuǎn)端310b處具有軸向出口314，下部文丘里管330在下部文丘里管的近端330a處具有軸向入口332(參見例如圖3A-4B)。在一個實施方案中，下部文丘里管入口332與上部文丘里出口314徑向向外間隔開，以在下部文丘里管的近端330a和上部文丘里管的遠(yuǎn)端310b之間限定文丘里管間通道350。下部文丘里管入口332和上部文丘里出口314中的每一個可以是至少基本圓形的。在一個實施方案中，文丘里管間通道350可以是基本上環(huán)狀的(參見例如圖6B)。在一個實施方案中，文丘里管間通道350允許反應(yīng)容器200的內(nèi)部再循環(huán)流的流過，其中內(nèi)部再循環(huán)流可通過文丘里管間通道350向下流入下部文丘里管330并從下部文丘里管出口334流出。

進一步參考圖6A，通過文丘里管間通道350的內(nèi)部再循環(huán)流的流動由標(biāo)記為R_I的箭頭指示，而來自上部文丘里出口314外部再循環(huán)流由標(biāo)記為R_E的箭頭指示。反應(yīng)容器200的內(nèi)部再循環(huán)流的流動，例如通過文丘里管間通道350和下部文丘里管330，可以進一步促進包含多相反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)器內(nèi)物質(zhì)的混合，例如在烴混合物中的離子液體催化劑的乳液。在一個實施方案中，內(nèi)部再循環(huán)流的流量(每單位時間的體積)與外部再循環(huán)料流的流量的比可為0.1至10、或0.2至5、或0.25至4。

圖7A以剖視圖示意性地表示了混合裝置，并且圖7B表示了沿著圖7A的線7B-7B所看到的混合裝置的進料注入陣列。圖7A-7B的混合裝置300可以包括上部文丘里管310和下部文丘里管330，例如，如參考圖3A-4B所描述的。混合裝置300可以按垂直方向設(shè)置在反應(yīng)容器200中，使得上部文丘里管310僅近端部分設(shè)置在反應(yīng)容器頂部202上方。上部文丘里管310的遠(yuǎn)端部分可設(shè)置在反應(yīng)容器頂部202下方并密封接合。

進一步參考圖7A-7B，混合裝置300可以包括圍繞在上部文丘里管310遠(yuǎn)端部分的夾套380。夾套380可以從上部文丘里管310徑向向外設(shè)置，以限定環(huán)形進料導(dǎo)管384。夾套380可以具有夾套近端380a。在一個實施方案中，夾套近端380a可以與反應(yīng)容器頂部202的下側(cè)密封接合。夾套380可以在夾套遠(yuǎn)端380b處包括夾套基部382。夾套基部382可針對上部文丘里管310，在上部文丘里管遠(yuǎn)端310b處或鄰近處被密封。多個進料注入噴嘴322可以從夾套基部382向遠(yuǎn)側(cè)延伸以限定進料注入陣列320(參見例如圖7B)。進料管道384可以與用于接收烴進料301的進料供應(yīng)管線390流體連通，并且每個進料注入噴嘴322可以與進料管道384流體連通，用于噴射來自每個進料注入噴嘴322的烴進料的側(cè)向射流。在一個實施方案中，烴進料的每個側(cè)向射流可向上部文丘里管軸線A_U噴射，使得每個側(cè)向射流與從上部文丘里管出口314噴射的中心射流碰撞。本文公開的用于系統(tǒng)100的混合裝置不限于特定的進料管線配置。

進一步參考圖7B，在一個實施方案中，進料注入噴嘴322可以布置成以提供環(huán)形和/或?qū)ΨQ的進料注入陣列320。進料注入陣列320的每個進料注入噴嘴322可以具有噴嘴出口324(參見例如，圖9A和圖11A-11B)。盡管噴嘴322在圖7B中表示為從上部文丘里管出口314的周邊314'徑向向外終止，但是在其他實施方案中，進料噴嘴322可以徑向向內(nèi)延伸到或超出上部文丘里管出口314的周邊314'。

在沒有參考特定的圖或?qū)嵤┓桨傅那闆r下，混合裝置300可配置成用于將外部再循環(huán)流(箭頭R_E)的中心射流從上部文丘里管出口314向下噴射到下部文丘里管330中。在一個實施方案中，外部再循環(huán)流的流量可以是在烴進料301流量的2至50倍的范圍內(nèi)，或者烴進料301的流量的2至25倍，或者烴進料301的流量的4至10倍。在一個實施方案中，在上部文丘里管310可配置成例如適當(dāng)?shù)爻慑F形，使得通過上部文丘里管出口314的壓降可達到約110psi；在一個子實施方案中，通過上部文丘里管出口314的壓降可以在10至110psi、或50至80psi的范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解，附圖是示意性表示，其可以不按比例繪制，并且不代表上部文丘里管或其他部件的具體設(shè)計。

供給上部文丘里管入口312的外部再循環(huán)流R_E可包括離子液體催化劑與未反應(yīng)的烴的組合。在一個實施方案中，通過上部文丘里管出口314的壓降可產(chǎn)生離子液體/烴乳液，其包含離子液體催化劑小的至微小的液滴，例如，離子液體催化劑液滴直徑在1至1000微米、或5至250微米、或10至150微米的范圍內(nèi)。因此，從上部文丘里管出口314噴射的外部再循環(huán)流的中心射流可以包括這種具有分散了未反應(yīng)烴的離子液體催化劑的小至微小的液滴的乳液。這樣的液滴不僅可以提供將產(chǎn)生高反應(yīng)速率和高質(zhì)量產(chǎn)物(例如烷基化物)的離子液體催化劑表面積，而且還提供隨后有利于下游的相分離的烴/離子液體混合相。

圖8A用剖視圖示意性地表示了混合裝置的一部分，并且圖8B表示了沿著圖8A的線8B-8B所看到的混合裝置的進料注入陣列。由圖8A-8B表示的實施方案可以具有例如參考圖7A-7B所述的某些元件、部件和特征。為了清楚起見，圖8A中省略了下部文丘里管330。在由圖8A-8B表示的實施方案中，進料注入陣列320可以被配置為使得每個進料注入噴嘴322的軸線A_N與上部文丘里管310的軸線A_U以大約90°或基本上成直角的角度θ相交。因此，在一個實施方案中，每個進料注入噴嘴322的軸線A_N可以至少基本上平行于由上部文丘里管出口314限定的平面。其中每個進料注入噴嘴322的軸線與上部文丘里管310的軸線正交或至少基本上正交的實施方案不限于任何特定的進料管路配置。

在一個實施方案中，例如，如圖8A-8B所示，每個進料注入噴嘴322可終止于從上部文丘里出口314的周邊314'徑向向內(nèi)的位置，使得從上部文丘里出口314噴射的中心射流可與每個進料注入噴嘴322的至少一個終端部分碰撞。盡管進料注入噴嘴322在圖8B中表示為沿著上部文丘里管出口314的周邊314'徑向向內(nèi)延伸，但是在其他實施方案中，進料注入噴嘴322可以從上部文丘里出口314的周邊314'徑向向外的位置終止，或進料注入噴嘴322可以與上部文丘里出口314的周邊314'等徑向的終止。

圖9A示意性地表示混合裝置的一部分，圖9B是示出沿著圖9A的線9B-9B所看到的混合裝置的進料注入陣列的放大圖。在圖9A中，為了清楚起見，省略了下部文丘里管330，并且上部文丘里管310被截斷?；旌涎b置300可以以豎直方向設(shè)置在反應(yīng)容器200中，使得僅上部文丘里管310的近端部分設(shè)置在反應(yīng)容器頂部202上方。

進一步參考圖9A-9B，在一個實施方案中，混合裝置300可以包括含有多個進料注入噴嘴322的進料注入陣列320。每個進料注入噴嘴322可以與進料注入總管386流體連通。在一個實施方案中，進料注入總管386可以至少基本上是環(huán)形的。進料注入總管386可以例如通過管狀進料管道384'與進料供應(yīng)管線390流體連通，用于將烴進料分配到每個進料注入噴嘴322中。在一個實施方案中，進料注入噴嘴322可以向進料注入總管386的遠(yuǎn)側(cè)(下方)延伸。在一個實施方案中，管狀進料管道384'可以設(shè)置在上部文丘里管310的側(cè)面。

進一步參考圖9B，在實施方案中，進料注入噴嘴322可以布置成提供環(huán)形和/或?qū)ΨQ的進料注入陣列320。如圖9A所示，每個進料注入噴嘴322可以具有噴嘴出口324，用于從其中噴射烴進料的側(cè)向射流。在一個實施方案中，噴嘴出口324可以軸向地位于每個進料注入噴嘴322的遠(yuǎn)端322'(參見例如圖11A-11B)。在一個實施方案中，每個側(cè)向射流可以向上部文丘里管310的軸線噴射，使得每個側(cè)向射流與從上部文丘里管出口314噴射的液體中心射流碰撞。

圖10用剖視圖示意性地表示用于混合裝置的下部文丘里管，該混合裝置的進料注入陣列與下部文氏管的收縮點處于相同高度或大致相同高度。下部文丘里管330可具有在下部文丘里管的近端330a處的軸向入口332和在下部文丘里管的遠(yuǎn)端330b處的軸向出口334。下部文丘里管330可進一步具有下部文丘里管收縮點336，其中下部文丘里管收縮點336可以設(shè)置在下部文丘里管的近端330a和下部文丘里管的遠(yuǎn)端330b之間，即在下部文丘里管進口332下方和下部文丘里管出口334上方的位置設(shè)置。進料注入陣列320可與下部文丘里管收縮點336設(shè)置在相同的高度或大約相同的高度。進料注入陣列320可以包括多個進料注入噴嘴322。每個進料注入噴嘴322可與進料管道流體連通(參見例如圖9A)，以用于向進料注入噴嘴322供給烴進料。

進一步參考圖10，每個進料注入噴嘴322可以延伸到下部文丘里管330的內(nèi)部。每個進料注入噴嘴322可以在與下部文丘里管收縮點336相同高度或大約相同高度處將烴進料的側(cè)向射流噴射到下部文丘里管330中。流過下部文丘里管330的液體，例如反應(yīng)容器的內(nèi)部和外部再循環(huán)流的混合物，可能與進料注入陣列320的每個側(cè)向射流碰撞。在一個實施方案中，流過下部文丘里管330的液體還可以與每個進料注入噴嘴322的終端部分碰撞。進料注入陣列320可以配置成使得每個進料注入噴嘴322的軸線可與下部文丘里管330的軸線A_L相交，參考上文的圖5A-5B的描述，其中下部文丘里管330可以與上部文丘里管310同軸。為了清楚說明起見，圖10中顯示了兩個進料注入噴嘴；在實踐中，進料注入陣列320可以包括更多數(shù)量的環(huán)形布置的進料注入噴嘴322，例如，如上所述。

圖11A用透視圖表示了進料注入噴嘴322的終端部分，圖11B是沿圖11A的線11B-11B看到的進料注入噴嘴322的噴嘴出口324的放大圖。在一個實施方案中，噴嘴出口324可以軸向地設(shè)置在進料注入噴嘴322的終端322'處，使得噴嘴出口324的中心與進料注入噴嘴322的軸線A_N重合。在一個實施方案中，噴嘴出口324可以是至少基本環(huán)形或圓形。用于進料注入噴嘴322和噴嘴出口324的其它配置和形狀也是可能的。

在進料注入陣列320與下部文丘里管的近端330a設(shè)置在相同的高度或大致相同的高度的情況中，每個進料注入噴嘴322的終端322'可以與上部文丘里管出口314的周邊314'處在相同的徑向位置或大約相同的徑向位置。在本文中，表述“相同的徑向位置或大約相同的徑向位置”是指每個進料注入噴嘴322的終端322'可以設(shè)置在軸向距離不大于從上部文丘里管出口314的周邊314'徑向向內(nèi)或徑向向外(≤)0.2D_UO處(參見例如圖7B和8B)，其中D_UO是上部文丘里管出口314的直徑(參見例如圖4B)。

在進料注入陣列320與下部文丘里管收縮點336設(shè)置在相同的高度或大致相同的高度的情況下，每個進料注入噴嘴322的終+-*/端322'可以與下部文丘里管軸線A_L通過一定距離徑向向外間隔開，所述距離在0.2至0.5D_LC、或從0.4D_LC至0.5D_LC的距離的范圍內(nèi)，其中D_LC是下部文丘里管收縮點336的內(nèi)徑。

對于給定的進料注入陣列320，所有噴嘴出口324可以處于相同的高度或基本上相同的高度(參見例如圖9A)。在本發(fā)明和所附權(quán)利要求中，給定的進料注入陣列的高度(例如相對于下部文丘里管)可定義為或參考該進料注入陣列的噴嘴出口324中心的高度。

圖12A示意性地表示包括上部文丘里管310、進料注入環(huán)370和下部文丘里管330的混合裝置300'。在一個實施方案中，上部文丘里管310可以垂直地設(shè)置在反應(yīng)容器頂部202內(nèi)。上部文丘里管310可與反應(yīng)容器頂部202固定并且密封接合。

在圖12A中，上部文丘里管310的軸線由標(biāo)記為A_U的線表示。下部文丘里管330可以與上部文丘里管310同軸。在一個實施方案中，下部文丘里管330可以例如使用合適的支撐結(jié)構(gòu)(未示出)，例如鋼條等，固定到上部文丘里管310上。在一個實施方案中，下部文丘里管的近端330a可與上部文丘里管的遠(yuǎn)端310b設(shè)置在相同的高度或大致相同的高度，例如，如上文所述(參見例如圖3B)。在圖12A中，為了清楚說明起見，下部文丘里管的近端330a可以顯示在上部文丘里管遠(yuǎn)端310b下方。

在一個實施方案中，進料注入環(huán)370可與下部文丘里管的近端330a處于相同的高度或大約相同的高度，例如，如上文所述(參見例如圖4B)?；旌涎b置300'不限于進料注入環(huán)370的特定高度或位置。在一個實施方案中，上部文丘里管的遠(yuǎn)端310b、進料注入環(huán)370和下部文丘里管330可設(shè)置在反應(yīng)容器200內(nèi)。在一個實施方案中，進料注入環(huán)370可以與上部文丘里管310和下部文丘里管330同軸設(shè)置。進料注入環(huán)370可以固定、附接或連接到上部文丘里管310和/或下部文丘里管330上。

圖12B示意性地表示具有進料注入環(huán)370的混合裝置300'的一部分，圖12C示出沿圖12B的線12C-12C所看到的進料注入環(huán)370，圖12D-12G表示根據(jù)各種實施方案，沿著的圖12C的線12D-G-12D-G的剖視圖所看到的各個進料注入環(huán)370。在圖12B中，為了清楚說明起見，省略了下部文丘里管330。在一個實施方案中，混合裝置300'可以以豎直方向設(shè)置在反應(yīng)容器200中，使得僅上部文丘里管310的近端部分設(shè)置在反應(yīng)容器頂部202上方。

進一步參考圖12B-12C，進料注入環(huán)370可以例如通過管狀進料管道384'與進料供應(yīng)管線390流體連通，用于將烴進料301提供給混合裝置300'。在一個實施方案中，管狀進給管道384'可以設(shè)置在上部文丘里管310的側(cè)面。進料注入環(huán)370可以具有環(huán)形內(nèi)部370a和環(huán)形外部370b。每個進料注入環(huán)370可以在環(huán)形內(nèi)部部分370a處具有一個或多個進料注入端口372(參見例如圖12D-12G)。

參考圖12B-12G，進料注入射環(huán)370可以被配置為用于提供從至少一個進料注入端口372向上部文丘里管310的軸線A_U環(huán)形和/或?qū)ΨQ的噴射第二液體。在一個實施方案中，進料注入環(huán)370可以配置為使從至少一個進料注入端口372噴射的第二液體作為至少一個射流，與從上部文丘里管遠(yuǎn)端310b噴射的第一液體的中心射流碰撞。根據(jù)一個實施方案，從進料注入環(huán)370向上部文丘里軸線A_u噴射第二液體可以在圖12C中由標(biāo)記為L₂的箭頭指示。根據(jù)各種子實施方案，圖12C中標(biāo)記為L₂的箭頭可表示第二液體的單個(例如，環(huán)形)射流，或多達四個射流或多于四個射流。

圖12D是在環(huán)形內(nèi)部370a處以環(huán)形狹縫形式表示的具有進料注入端口372的進料注入環(huán)370的剖視圖。圖12E是在環(huán)形內(nèi)部部分370a處以弓形狹縫形式表示的具有多個進料注入端口372的進料注入環(huán)370的剖視圖。圖12F是在環(huán)形內(nèi)部370a處以環(huán)形狹縫形式表示的具有多個進料注入端口372的進料注入環(huán)370的剖視圖，其中進料注入端口372可至少基本是圓形的。盡管在圖12D-12F的實施方案中的進料注入端口372顯示為基本上設(shè)置在進料注入環(huán)370的水平中線M處(參見例如圖12G)，但是進料注入端口372的其它位置也是可能的。

圖12G是具有多個進料注入端口372的進料注入環(huán)370的剖視圖。圖12G右側(cè)表示的是進料注入環(huán)370的水平中線M的放大圖。在一個實施方案中，進料注入端口372可以設(shè)置在環(huán)形內(nèi)部370a距水平中線M上方或下方0至45°的角度范圍內(nèi)的各個位置處，即α可以在0至45°的范圍內(nèi)。在一個實施方案中，每個進料注入環(huán)370可以具有兩(2)至50個進料注入端口372、或者具有從四(4)至40個進料注入端口372、或具有從六(6)至30個進料注入端口372。進料注入環(huán)370不限于任何一種類型的進料注入端口372，并且給定的進料注入環(huán)370可以具有以各種方式組合的兩種或更多種不同類型的進料注入端口372。

在一個實施方案中，包含來自上部文丘里管出口的中心射流的第一液體可包含反應(yīng)容器的外部再循環(huán)料流，并且第二液體可包含烴進料。在一個實施方案中，外部再循環(huán)料流可以包括反應(yīng)器流出物與加入的新鮮離子液體催化劑的組合，其中反應(yīng)器流出物可以在加入新鮮離子液體催化劑之前或之后在循環(huán)回路中冷卻。在一個實施方案中，離子液體催化劑可以包含例如如下所述的氯鋁酸鹽離子液體。在一個實施方案中，烴進料可以包括用于離子液體催化烷基化的烯烴進料流、異構(gòu)鏈烷烴進料流和混合烯烴/異構(gòu)鏈烷烴進料中的至少一種，例如也如下文所述。

根據(jù)另一個實施方案，圖13示意性地表示用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)和方法。圖13的系統(tǒng)100'可以包括具有反應(yīng)容器頂部202、反應(yīng)容器底座203和容器出口204的反應(yīng)容器200；和設(shè)置在反應(yīng)容器頂部202的一個或多個混合裝置300/300'(參見例如圖2-12G)。系統(tǒng)100'可以具有與系統(tǒng)100相同的元件和特征(參見例如圖1D)。在反應(yīng)容器200中，至少一種異構(gòu)鏈烷烴和至少一種烯烴可以在離子液體烷基化條件下與離子液體催化劑接觸?？蛇m用于進行離子液體烷基化反應(yīng)的離子液體烷基化條件、原料和離子液體催化劑例如在下文中描述。

在一個實施方案中，用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的方法可包括將助催化劑、或催化劑促進劑、或助催化劑與催化劑促進劑兩者一起加入反應(yīng)容器200中。在一個實施方案中，所述助催化劑可以包括烷基氯。用于加入到組合式反應(yīng)器中的催化劑促進劑可以包括鹵化氫，比如HCl。在一個實施方案中，助催化劑和/或催化劑促進劑可以通過烴進料、或通過離子液體催化劑進料、或通過單獨直接注入反應(yīng)容器200進料到反應(yīng)容器200。加入助催化劑和/或催化劑促進劑到反應(yīng)容器200沒有在附圖中顯示。用于將助催化劑和/或助催化劑引入反應(yīng)容器200的各種方法和技術(shù)對本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。

系統(tǒng)100'還可包括循環(huán)回路400。循環(huán)回路400可包括連接到容器出口204的第一回路遠(yuǎn)端400a和連接到混合裝置300/300'的第二回路終端400b。循環(huán)回路400可以進一步包括循環(huán)泵406和換熱器408。循環(huán)回路400可以進一步包括至少一個循環(huán)回路管線410，例如用于將循環(huán)回路400的部件連接到容器出口204和混合裝置300/300'上。

系統(tǒng)100'還可以進一步包括與循環(huán)回路400流體連通的離子液體/烴(IL/HC)分離器500和與IL/HC分離器500流體連通的分餾單元600。反應(yīng)器流出物206可以從反應(yīng)容器200抽出通過容器出口204引入循環(huán)回路400中。反應(yīng)器流出物206的一部分可以從循環(huán)回路400通過管線501進料到IL/HC分離器500，用于將反應(yīng)器流出物的一部分分離成烴相502和離子液體相403'。可用于這種相分離的分離方法的非限制性實例包括聚結(jié)、相分離、萃取、膜分離和部分冷凝。IL/HC分離器500可以包括例如以下的一個或多個：沉降器、聚結(jié)器、離心機、旋風(fēng)分離器、蒸餾塔、冷凝器和過濾器。在一個實施方案中，IL/HC分離器500可以包括基于重力的沉降器和設(shè)置在基于重力的沉降器下游的聚結(jié)器。

從圖13可以看出，IL/HC分離器500可以在循環(huán)回路400的外部。在一個實施方案中，循環(huán)回路400可以沒有用于反應(yīng)器流出物206或外部再循環(huán)流R_E的相分離的單元或設(shè)備。因此，反應(yīng)器流出物206可再循環(huán)到反應(yīng)容器200，而不需要任何在循環(huán)回路400內(nèi)分離反應(yīng)器流出物206或外部再循環(huán)流。在循環(huán)回路400外部具有IL/HC分離器500的系統(tǒng)100'允許IL/HC分離器500小于其中分離器可用于在烴再循環(huán)回路中100％的抽出的反應(yīng)器流出物的相分離的系統(tǒng)的分離器。

來自IL/HC分離器500的烴相502可以通過管線503進料到分餾單元600。來自IL/HC分離器500的烴相可包括烷基化物組分(產(chǎn)物)以及烴進料301的未反應(yīng)組分，包括異丁烷。烷基化物組分可包括例如C₅-C₁₁烷烴，例如C₇-C₈異構(gòu)鏈烷烴。來自IL/HC分離器500的烴相可通過分餾單元600分餾以提供一種或多種產(chǎn)物602a-n和異丁烷餾分。在一個實施方案中，產(chǎn)物602a-n可以包含烷基化物、正丁烷和丙烷。在一個實施方案中，分餾單元600可以包括一個或多個蒸餾塔。

來自分餾單元600的異丁烷流的至少一部分可以通過管線604再循環(huán)到混合裝置300/300'和反應(yīng)容器200。在一個實施方案中，循環(huán)異丁烷可與烯烴進料流301a和補充異丁烷進料流301b中至少一種預(yù)混合，以提供用于通過一個或多個混合裝置300/300'注入反應(yīng)容器200的混合烴進料301。

來自IL/HC分離器500的離子液體相403'可通過管線505再循環(huán)到循環(huán)回路400。補充(新鮮)離子液體催化劑403可以通過管線509與再循環(huán)離子液體催化劑組合。組合的新鮮和循環(huán)的離子液體催化劑可在循環(huán)回路400內(nèi)注入到反應(yīng)器流出物中，以提供可以通過換熱器408冷卻的外部再循環(huán)流R_E。冷卻的外部再循環(huán)流可通過循環(huán)回路400和混合裝置300/300'再循環(huán)至反應(yīng)容器200。在一個實施方案中，離子液體催化劑可以以足夠的速度加入系統(tǒng)100'中，以使反應(yīng)容器200中的總離子液體催化劑體積維持在0.5至50體積％、或1至10體積％、或2至6體積％的范圍內(nèi)。

在一個實施方案中，離子液體相403'可再循環(huán)到循環(huán)回路400中，或直接或間接地通過催化劑緩沖容器(后者未表示)。在一個實施方案中，來自IL/HC分離器500的離子液體相403'的一部分可通過管線507吹掃或抽出到其它容器(未示出)，用于離子液體催化劑再生，例如如下文所述。

離子液體催化烷基化的原料

在一個實施方案中，用于離子液體催化烷基化的原料可以包括含有各種烯烴和異構(gòu)鏈烷烴的烴物流，所述烴物流是或來自下述中的一種或多種：石油精煉廠，氣液轉(zhuǎn)化裝置，煤液轉(zhuǎn)化裝置，石腦油裂化器，中間餾分裂化器，天然氣生產(chǎn)單元，LPG生產(chǎn)單元和蠟裂化器等。

含烯烴物流的實例包括FCC尾氣、焦化氣、烯烴復(fù)分解單元尾氣、聚烯烴汽油單元尾氣、甲醇制烯烴單元尾氣、FCC輕石腦油、焦化輕石腦油、費-托單元冷凝物和裂化石腦油。一些含烯烴的進料流可以含有選自乙烯、丙烯、丁烯、戊烯和至多C₁₀的烯烴中的至少一種烯烴，即C₂-C₁₀烯烴及其混合物至少一種。這種含烯烴的物流進一步描述于例如美國專利號7572943中，其公開內(nèi)容通過引用整體并入本文。

含異構(gòu)烷烴物流的實例包括但不限于FCC石腦油、加氫裂化石腦油、焦化石腦油、費-托單元冷凝物、天然氣冷凝物和裂化石腦油。這樣的物流可以包含C₄-C₁₀異構(gòu)鏈烷烴的至少一種。在一個實施方案中，這樣的物流可以包含兩種或更多種異構(gòu)鏈烷烴的混合物。在一個子實施方案中，在離子液體催化的烷基化方法中進料到烷基化反應(yīng)器的異構(gòu)鏈烷烴可包括異丁烷。

鏈烷烴的烷基化

在一個實施方案中，烴混合物的烷基化可在反應(yīng)容器中在已知產(chǎn)生烷基化物汽油的條件下進行，反應(yīng)容器在本文中可稱為烷基化反應(yīng)器或烷基化區(qū)?？蛇x擇烷基化反應(yīng)器中的烷基化條件以提供目標(biāo)的產(chǎn)物產(chǎn)率和質(zhì)量。烷基化反應(yīng)器中的烷基化反應(yīng)通常在液態(tài)烴相中于間歇系統(tǒng)、半間歇系統(tǒng)或連續(xù)系統(tǒng)中進行。烷基化反應(yīng)器中的催化劑體積可以在0.5至50體積％、或者1至10體積％、或者2至6體積％的范圍內(nèi)。在一個實施方案中，可以通過每個反應(yīng)容器使用一個或多個混合裝置(例如如上所述)來實現(xiàn)劇烈混合，以在每單位體積的反應(yīng)容器提供烴反應(yīng)物和離子液體催化劑之間的接觸的大表面積。烷基化反應(yīng)溫度可以在-40℃至150℃，例如-20℃至100℃或-15℃至50℃的范圍內(nèi)。烷基化壓力可以在大氣壓至8000kPa的范圍內(nèi)。在一個實施方案中，烷基化壓力保持在至少足以將反應(yīng)物保持處于液相的水平。反應(yīng)物在反應(yīng)器中的停留時間可以在1秒至60小時的范圍內(nèi)。

在一個實施方案中，烷基化反應(yīng)器中異構(gòu)鏈烷烴與烯烴的摩爾比可在寬范圍內(nèi)變化。通常，異構(gòu)鏈烷烴與烯烴的摩爾比在0.5:1至100:1的范圍內(nèi)。例如，在不同的實施方案中，異構(gòu)鏈烷烴與烯烴的摩爾比為1:1至50:1、1.1:1至10:1或1.1:1至20:1。下部異構(gòu)烷烴與烯烴摩爾比將傾向于產(chǎn)生較高分子量的較高產(chǎn)率的烷基化產(chǎn)物，因此當(dāng)運行的烷基化反應(yīng)器處于蒸餾模式時可以選擇下部異構(gòu)烷烴與烯烴摩爾比，例如美國專利公開號US20110230692A1中所述。

其他烴轉(zhuǎn)化方法

本發(fā)明的系統(tǒng)可以用于使用酸性離子液體催化劑的其它烴轉(zhuǎn)化方法。烴轉(zhuǎn)化方法的一些實例包括其中正鏈烷烴轉(zhuǎn)化為異構(gòu)鏈烷烴的C₄-C₈鏈烷烴的異構(gòu)化、C₃-C₃₀烯烴低聚以生產(chǎn)更高分子量的烯烴、C₃-C₃₀烯烴異構(gòu)化以將分子中雙鍵的位置轉(zhuǎn)化(雙鍵異構(gòu)化)或轉(zhuǎn)移烯烴分子的骨干(骨架異構(gòu)化)、將高分子量烯烴和鏈烷烴裂化為低分子量鏈烷烴和烯烴、以及烷基化具有芳基的烯烴以形成烷基芳烴。

用于烴轉(zhuǎn)化過程的離子液體催化劑

在一個實施方案中，用于烴轉(zhuǎn)化過程的催化劑可以是包含形成絡(luò)合物的至少兩種組分的含氯化物的離子液體催化劑。含氯化物的離子液體催化劑的第一組分可以包含選自以下組分的路易斯酸：第13族金屬的路易斯酸化合物，包括鹵化鋁、烷基鹵化鋁、鹵化鎵、烷基鹵化鎵、鹵化銦和烷基鹵化銦(參見國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)，第3版，2005年10月，對于周期表的第13族金屬)。除了那些第13族金屬的之外，其它路易斯酸性化合物也可以使用。在一個實施方案中，第一組分是鹵化鋁或烷基鹵化鋁。例如，三氯化鋁可以是含氯化物的離子液體催化劑的第一組分。

包含含氯化物離子液體催化劑的第二組分是有機鹽或鹽的混合物。這些鹽可以由通式Q⁺A^-表征，其中Q⁺是銨、膦、硼、碘或硫陽離子，A^-是帶負(fù)電荷的離子，例如Cl^-、Br^-、ClO₄^-、NO₃^-、BF₄^-、BCl₄^-、PF₆^-、SbF₆^-、AlCl₄^-、TaF₆^-、CuCl₂^-、FeCl₃^-、HSO₃^-、RSO₃^-(其中R是具有1-12個碳原子的烷基)、SO₃CF₃^-、₃^-硫三氧基苯基。在一個實施方案中，第二組分選自具有含一個或多個具有1至12個碳原子的烷基部分的季銨或鹵化物，例如三甲胺鹽酸鹽、甲基三丁基鹵化銨、三烷基膦鹽酸鹽、四烷基膦氯化物、甲基三烷基膦鹵化物或取代的雜環(huán)鹵化銨化合物，例如烴基取代的吡啶鎓鹵化物化合物，例如1-丁基吡啶鎓鹵化物、芐基吡啶鎓鹵化物或烴基取代的咪唑鎓鹵化物，例如1-乙基-3-甲基咪唑鎓氯化物。

在一個實施方案中，含氯化物的離子液體催化劑選自烴基取代的吡啶鎓氯鋁酸鹽、烴基取代的咪唑鎓氯鋁酸鹽、季胺氯鋁酸鹽、三烷基胺氯化氫氯鋁酸鹽、烷基吡啶氯化氫氯鋁酸鹽及其混合物。例如，含氯化物的離子液體催化劑可以是酸性鹵鋁酸鹽離子液體，例如分別為通式A和B的烷基取代的吡啶鎓氯鋁酸鹽或烷基取代的咪唑鎓氯鋁酸鹽。

在式A和B中，R、R₁、R₂和R₃是H、甲基、乙基、丙基、丁基、戊基或己基，X是氯鋁酸根。在式A和B中，R，R₁，R₂和R₃可以相同或不同。在一個實施方案中，含氯化物的離子液體催化劑是N-丁基吡啶鎓氯鋁酸鹽。高度酸性的氯鋁酸鹽的實例是Al₂Cl₇^-和Al₃Cl₁₀^-。

在另一個實施方案中，含氯化物離子液體催化劑可以具有通式RR'R”NH⁺Al₂Cl₇^-，其中R、R'和R”是含有1至12個碳的烷基，并且其中R、R'和R”可以相同或不同。

在另一個實施方案中，含氯化物離子液體催化劑可以具有通式RR'R”R”'P⁺Al₂Cl₇^-，其中R、R'、R”和R”'是含有1至12個碳的烷基，并且其中R、R'、R”和R”'可以相同或不同。

存在的第一組分應(yīng)該賦予含氯離子液體Lewis或Franklin酸性特性。通常，第一組分與第二組分的摩爾比越大，含氯化物的離子液體催化劑的酸性越大。第一組分(金屬鹵化物)與第二組分(季胺或季磷)的摩爾比在2:1至1.1:1的范圍內(nèi)。

在一個實施方案中，含氯化物的離子液體催化劑在烷基化反應(yīng)器中與鹵化氫和/或有機鹵化物混合。鹵化氫或有機鹵化物可以提高總酸度并改變含氯化物的離子液體催化劑的選擇性。有機鹵化物可以是烷基鹵?？梢允褂玫耐榛u包括烷基溴、烷基氯、烷基碘及其混合物。可以使用各種烷基鹵化物。在烷基化過程中包含進料物流的異構(gòu)鏈烷烴或烯烴的烷基鹵化物衍生物是良好的選擇。所述烷基鹵化物包括但不限于異戊基鹵化物、異丁基鹵化物、丁基鹵化物(例如1-丁基鹵化物或2-丁基鹵化物)、丙基鹵化物和乙基鹵化物。也可以使用具有1至8個碳原子的其它烷基氯或鹵化物。烷基鹵化物可以單獨使用或與鹵化氫組合使用。通過將烷基鹵化物或鹵化氫注入烴進料、或離子液體催化劑、或直接注入烷基化反應(yīng)器以將烷基鹵化物或鹵化氫進料至單元中。HCl或烷基化氯化物的用量、注入的位置和注入方法可影響有機氯化物副產(chǎn)物的形成量。美國專利號7495144和美國專利公開號20100298620A1中教導(dǎo)了使用烷基鹵化物通過含氯離子液體催化劑來促進烴轉(zhuǎn)化。

人們認(rèn)為，在烴轉(zhuǎn)化條件下烷基鹵分解以釋放質(zhì)子酸或鹵化氫，例如鹽酸(HCl)或氫溴酸(HBr)。這些質(zhì)子酸或鹵化氫促進烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)。在一個實施方案中，鹵化氫或烷基鹵化物中的鹵化物是氯化物。在一個實施方案中，烷基鹵化物是烷基氯化物，例如叔丁基氯化物。氯化氫和/或烷基氯化物可有利地使用，例如，當(dāng)含氯離子液體催化劑是氯鋁酸鹽時。

離子液體催化劑再生

作為使用的結(jié)果，離子液體催化劑變得失活，即失去活性，并且最終可能需要被替換。然而，離子液體催化劑是昂貴的并且替換顯著增加了操作費用。因此，期望在線再生離子液體催化劑并在烷基化過程中重復(fù)使用。美國專利號US7651970、US 7674739、US 7691771、US 7732363和US 7732364教導(dǎo)了酸性離子液體催化劑的再生。

利用離子液體催化劑的烷基化方法生成稱為混合聚合物的副產(chǎn)物。這些混合聚合物是高度不飽和的分子，并通過與離子液體催化劑形成絡(luò)合物而使離子液體催化劑失活。將來自烷基化反應(yīng)器的一部分用過的離子液體催化劑送至再生器反應(yīng)器(未示出)，其從離子液體催化劑中除去混合聚合物并恢復(fù)離子液體催化劑的活性。再生反應(yīng)器含有使混合聚合物飽和并從離子液體催化劑釋放飽和聚合物分子的金屬組分。再生過程可在攪拌反應(yīng)器或固定床反應(yīng)器中進行。為了易于操作，可以使用固定床反應(yīng)器，即使固定床再生器反應(yīng)器更容易被焦化物、腐蝕產(chǎn)物的沉積物和源自進料污染物的分解產(chǎn)物堵塞?？梢栽谠偕磻?yīng)器之前加入包含具有合適孔徑的吸附劑材料的保護床容器，以使進入再生反應(yīng)器的污染物減到最少。

產(chǎn)品分離和精制

來自含有離子液體催化劑和鹵化氫助催化劑的反應(yīng)器的烴流出物產(chǎn)物可以含有痕量的鹵化氫或有機鹵化物或無機鹵化物。當(dāng)使用含氯化鋁的催化劑時，則痕量的氯化氫、有機氯化物和無機氯化物可存在于反應(yīng)器流出物中。HCl和有機氯化物優(yōu)選被捕獲并再循環(huán)到烷基化反應(yīng)器中。無機氯化物如腐蝕產(chǎn)物或分解產(chǎn)物可以用過濾器捕獲。

分離的烴產(chǎn)物可能仍含有痕量的HCl、有機氯化物和無機氯化物。從產(chǎn)物中除去HCl和無機氯化物通常通過苛性堿洗滌來進行。氯化物選擇性吸附劑可用于捕獲殘留的氯化物。有機氯化物可以通過加氫、裂化或熱苛性堿處理轉(zhuǎn)化為HCl和有機烴。涉及產(chǎn)物進行氯化物脫除例如在美國專利號US 7538256，US 7955498和US 8327004中有所教導(dǎo)。

為了本說明書和所附權(quán)利要求的目的，除非另有說明，表示數(shù)量、百分比或比例的所有數(shù)字以及說明書和權(quán)利要求書中使用的其它數(shù)值應(yīng)理解為在所有情況下由術(shù)語“約”修飾。此外，本文公開的所有范圍包括端點并且可獨立地組合。只要公開具有下限和上限的數(shù)值范圍時，落入該范圍內(nèi)的任何數(shù)值也被具體公開。

未定義的任何術(shù)語、縮寫或簡寫被理解為具有本申請所提交時本領(lǐng)域技術(shù)人員所使用的普通含義。單數(shù)形式“一個”(a)，“一個”(an)和“這”(the)包括復(fù)數(shù)指代，除非特別地和明確地限于一個例子。

本申請中引用的所有出版物、專利和專利申請通過引用以其整體并入本文，其程度如同每個單獨的出版物、專利申請或?qū)＠墓_內(nèi)容被專門地和獨立地說明以通過引用并入其整體。

附圖是代表性的，并且可以不按比例繪制。根據(jù)本發(fā)明，上面公開的示例性實施方案的修改對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。因此，本發(fā)明應(yīng)理解為包括落入所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有結(jié)構(gòu)和方法。除非另作說明，否則對于可自其選擇單個組分或組分混合物的一類元素、材料或其他組分的敘述意欲包括所列組分及其混合物的所有可能的次類組合。

權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)

1.一種用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

具有頂部的反應(yīng)容器；和

設(shè)置在所述反應(yīng)容器頂部的混合裝置，其中所述混合裝置包括：

上部文丘里管,在所述上部文丘里管遠(yuǎn)端具有軸向出口，所述上部文丘里管遠(yuǎn)端設(shè)置在所述反應(yīng)容器內(nèi)，

設(shè)置在所述反應(yīng)容器內(nèi)的至少一個進料注入陣列，每個所述進料注入陣列包括多個進料注入噴嘴，每個所述進料注入陣列與所述上部文丘里管同軸，以及

下部文丘里管,在所述下部文丘里管近端具有軸向入口，所述下部文丘里管近端設(shè)置在反應(yīng)容器內(nèi)，其中：

所述下部文丘里管與所述上部文丘里管同軸，

所述混合裝置配置成用于將第一液體的中心射流從所述上部文丘里管出口向下噴射到所述下部文丘里管中，和

每個所述進料注入陣列配置成用于向所述上部文丘里管的軸線噴射第二液體的多個側(cè)向射流。

2.(刪去)

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述下部文丘里管入口與所述上部文丘里管出口設(shè)置在相同的高度或大約相同的高度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中：

所述下部文丘里管具有下部文丘里管收縮點，

所述至少一個進料注入陣列包括單個進料注入陣列，和

所述單個進料注入陣列設(shè)置在所述混合裝置的第一高度處或所述混合裝置的第二高度處，并且其中：

所述第一高度與下部文丘里管入口處于相同的高度或大約相同的高度，并且

所述第二高度與下部文丘里管收縮點處于相同的高度或大約相同的高度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個進料注入陣列包括：

設(shè)置在所述混合裝置的第一高度處的第一進料注入陣列，和

設(shè)置在所述混合裝置的第二高度處的第二進料注入陣列。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中：

所述第一高度與下部文丘里管入口處于相同的高度或大約相同的高度，

所述下部文丘里管在低于下部文丘里管入口的高度處具有下部文丘里管收縮點，和

所述第二高度與所述下部文丘里管收縮點處于相同的高度或大約相同的高度。

7.(刪去)

8.(刪去)

9.(刪去)

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中每個所述進料注入陣列包括六(6)至50個進料注入噴嘴。

11.(刪去)

12.(刪去)

13.(刪去)

14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括：

與所述反應(yīng)容器和所述混合裝置流體連通的循環(huán)回路，所述循環(huán)回路具有連接到所述反應(yīng)容器的容器出口的第一回路終端，用于將反應(yīng)器流出物從所述反應(yīng)容器中抽出到所述循環(huán)回路中，并且所述循環(huán)回路進一步具有連接到所述混合裝置的第二回路終端，其中所述循環(huán)回路包括：

被配置為用于將新鮮離子液體催化劑加入到反應(yīng)器流出物中的離子液體催化劑入口，其中第一液體包括所述反應(yīng)器流出物與所述新鮮離子液體催化劑的組合，和

被配置為用于冷卻所述第一液體的換熱器。

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，進一步包括：

與所述循環(huán)回路流體連通的離子液體/烴分離器，其中：

所述離子液體/烴分離器在循環(huán)回路的外部，

所述系統(tǒng)被配置成用于將來自所述循環(huán)回路的反應(yīng)器流出物的一部分進料到所述離子液體/烴分離器，和

所述離子液體/烴分離器被配置為用于將所述反應(yīng)器流出物的一部分分離成離子液體催化劑相和烴相。

16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，進一步包括：

與所述離子液體/烴分離器流體連通的分餾單元，其中：

所述分餾單元包括一個或多個蒸餾塔，且

所述分餾單元被配置成用于從所述烴相中分離烷基化產(chǎn)物。

17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，進一步包括與所述換熱器和所述混合裝置流體連通的靜態(tài)混合器。

18.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中：

所述系統(tǒng)還包括與所述反應(yīng)容器流體連通的循環(huán)回路，并且其中：

每個所述進料注入陣列包括多個進料注入噴嘴；

每個所述進料注入陣列被配置成用于將第二液體的多個側(cè)向射流向所述上部文丘里管的軸線噴射；

所述循環(huán)回路包括與所述反應(yīng)容器流體連通的換熱器；

所述換熱器被配置成用于冷卻所述反應(yīng)容器的反應(yīng)器流出物；

所述循環(huán)回路與所述混合裝置流體連通，用于將冷卻的反應(yīng)器流出物輸送到所述混合裝置；和

所述第一液體包括冷卻的反應(yīng)器流出物。

19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中：

所述混合裝置配置成用于將中心射流從所述上部文丘里管出口軸向向下噴射到所述下部文丘里管入口中，和

每個所述進料注入噴嘴的軸線與上部文丘里管的軸線在上部文丘里管出口下方的共同交叉點處相交。

20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中：

所述下部文丘里管近端與所述上部文丘里管遠(yuǎn)端設(shè)置在相同的高度或大致相同的高度，

所述至少一個進料注入陣列與所述下部文丘里管近端處于相同的高度或大約相同的高度，和

多個進料注入噴嘴與上部文丘里管出口的周邊終止于相同的徑向位置或大約相同的徑向位置。

21.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中

所述系統(tǒng)進一步包括容器出口和與所述容器出口流體連通的循環(huán)回路；

所述混合裝置與所述反應(yīng)容器流體連通；

所述系統(tǒng)配置成用于將反應(yīng)器流出物通過所述容器出口從所述反應(yīng)容器抽出到所述循環(huán)回路中，

所述循環(huán)回路包括配置成用于冷卻所抽出的反應(yīng)器流出物的換熱器，

所述循環(huán)回路被配置成用于將所述抽出的反應(yīng)器流出物的至少一部分再循環(huán)到所述混合裝置以向所述反應(yīng)容器提供外部再循環(huán)流；

所述外部再循環(huán)流包括所述抽出的反應(yīng)器流出物；

所述上部文丘里管在上部文丘里管近端處具有軸向上部文丘里管并且上部文丘里管與所述循環(huán)回路流體連通，用于在所述上部文丘里管入口處接收所述外部再循環(huán)流；

所述上部文丘里管配置成用于從所述上部文丘里管出口軸向向下地噴射所述外部再循環(huán)流的中心射流；和

每個所述進料注入陣列被配置為向外部再循環(huán)流的中心射流同時噴射多個烴進料的側(cè)向射流。

22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中：

所述下部文丘里管入口與所述上部文丘里管出口設(shè)置在相同的高度或大約相同的高度，

所述下部文丘里管入口和所述上部文丘里管出口中的每一個至少基本上是圓形的，

所述文丘里管間通道至少基本上是環(huán)狀的，和

所述文丘里管間通道配置成用于循環(huán)通過所述反應(yīng)容器的內(nèi)部再循環(huán)流。

23.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，

其中所述進料注入陣列包括進料注入環(huán)，所述進料注入環(huán)具有至少一個進料注入端口。

24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個進料注入端口包括在所述進料注入環(huán)的內(nèi)部中的環(huán)形狹縫。

25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述進料注入環(huán)具有兩(2)個到50個所述進料注入端口。

26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述進料注入端口對稱地布置在所述進料注入環(huán)的內(nèi)部。

27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述第二液體作為射流從每個所述進料注入端口噴射。

28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中：

所述進料注入環(huán)與所述上部文丘里管同軸，并且

所述系統(tǒng)被配置成使得所述第二液體的至少一個射流與所述中心射流碰撞。

29.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述進料注入環(huán)與所述下部文丘里管入口設(shè)置在相同的高度或大致相同的高度。

30.(刪去)

31.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述下部文丘里管入口與所述上部文丘里管出口設(shè)置在相同的高度或大致相同的高度。

32.根據(jù)權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，進一步包括：

與所述反應(yīng)容器和所述混合裝置流體連通的循環(huán)回路，所述循環(huán)回路具有連接到所述反應(yīng)容器的容器出口的第一回路終端，用于將反應(yīng)器流出物從所述反應(yīng)容器中抽出到所述循環(huán)回路中，并且所述循環(huán)回路進一步具有連接到所述混合裝置的第二回路終端，其中所述循環(huán)回路包括：

被配置為用于將新鮮離子液體催化劑加入到所述反應(yīng)器流出物中的離子液體催化劑入口，和

被配置為用于冷卻所述第一液體的換熱器，其中所述第一液體包括所述反應(yīng)器流出物與所述新鮮離子液體催化劑的組合，并且所述第二液體包括烴進料。

33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，進一步包括：

與所述循環(huán)回路流體連通的離子液體/烴分離器，其中：

所述離子液體/烴分離器在所述循環(huán)回路的外部，

所述系統(tǒng)被配置成用于將來所述自循環(huán)回路的反應(yīng)器流出物的一部分進料到所述離子液體/烴分離器中，和

所述離子液體/烴分離器被配置成用于將反應(yīng)器流出物的一部分分離成離子液體催化劑相和烴相。

34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的系統(tǒng)，進一步包括：

與所述離子液體/烴分離器流體連通的分餾單元，其中：

所述分餾單元包括一個或多個蒸餾塔，和

所述分餾單元被配置為用于從所述烴相中分離烷基化產(chǎn)物。

35.一種用于離子液體催化烴轉(zhuǎn)化的方法，包括：

a)從反應(yīng)容器中抽出反應(yīng)器流出物，所述反應(yīng)器流出物包含來自烴進料的未反應(yīng)的烴；

b)將離子液體催化劑加入到所述反應(yīng)器流出物中以提供外部再循環(huán)流；

c)將所述外部再循環(huán)流引入混合裝置，所述混合裝置與所述反應(yīng)容器流體連通，其中所述混合裝置包括在上部文丘里管遠(yuǎn)端處具有軸向出口的上部文丘里管，以及在下部文丘里管近端具有軸向入口的下部文丘里管；

d)將所述外部再循環(huán)流的中心射流從所述上部文丘里管出口向下噴射到所述下部文丘里管中；

e)將內(nèi)部再循環(huán)流通過文丘里管間通道循環(huán)通過所述下部文丘里管，所述文丘里管間通道通過所述下部文丘里管入口與所述上部文丘里管出口徑向向外間隔開來提供；以及

f)與所述中心射流的噴射同時，向所述中心射流噴射烴進料，使得所述烴進料與所述中心射流碰撞，其中：

所述上部文丘里管遠(yuǎn)端和所述下部文丘里管近端設(shè)置在所述反應(yīng)容器內(nèi)，和

所述下部文丘里管與所述上部文丘里管同軸。

36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中：

所述中心射流包括包含所述離子液體催化劑的液滴的離子液體/烴乳液，和

步驟f)包括在烷基化條件下使所述烴進料與所述離子液體催化劑接觸以提供烷基化產(chǎn)物。

37.(刪去)

38.(刪去)

39.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中：

所述混合裝置還包括設(shè)置在所述反應(yīng)容器內(nèi)的進料注入陣列，

所述進料注入陣列包括多個進料注入噴嘴，和

步驟f)包括將所述烴進料通過所述進料注入噴嘴向所述中心射流噴射。

40.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中：

所述混合裝置還包括設(shè)置在所述反應(yīng)容器內(nèi)的進料注入環(huán)，所述進料注入環(huán)具有至少一個進料注入端口，以及

步驟f)包括將所述烴進料通過所述至少一個進料注入端口向所述中心射流噴射。

41.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述中心射流包括離子液體/烴乳液，所述離子液體/烴乳液包含直徑在1-1000微米范圍內(nèi)的離子液體催化劑液滴。

42.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中所述離子液體催化烴轉(zhuǎn)化選自：鏈烷烴烷基化、鏈烷烴異構(gòu)化、烯烴低聚、烯烴或鏈烷烴的裂解和芳族烷基化。

43.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中：

所述離子液體催化的烴轉(zhuǎn)化包括鏈烷烴烷基化，

烴進料包含至少一種C₂-C₁₀烯烴和至少一種C₄-C₁₀異構(gòu)鏈烷烴，

所述離子液體催化劑包含氯鋁酸鹽離子液體，和

烷基化條件包括在-40℃至150℃范圍內(nèi)的溫度和在大氣壓至8000kPa范圍內(nèi)的壓力。

44.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，進一步包括：

g)將一部分反應(yīng)器流出物進料到離子液體/烴分離器；

h)通過所述離子液體/烴分離器，將反應(yīng)器流出物的一部分分離成離子液體催化劑相和烴相；以及

i)通過分餾單元從烴相中分離烷基化產(chǎn)物。

45.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中每個所述進料注入陣列包括多個進料注入噴嘴。

46.根據(jù)權(quán)利要求45的系統(tǒng)，其中每個所述進料注入陣列的多個進料注入噴嘴對稱布置。

47.根據(jù)權(quán)利要求45的系統(tǒng)，其中每個所述進料注入噴嘴的軸線與所述上部文丘里管的軸線以θ角度相交，θ角度在20°至90°的范圍內(nèi)。

48.根據(jù)權(quán)利要求45的系統(tǒng)，其中每個所述進料注入噴嘴的軸線與所述上部文丘里管的軸線以θ角度相交，θ角度在80°至90°的范圍內(nèi)。

49.根據(jù)權(quán)利要求45的系統(tǒng)，其中每個所述進料注入陣列配置成用于向所述上部文丘里管的軸線噴射第二液體的多個側(cè)向射流。

50.根據(jù)權(quán)利要求49的系統(tǒng)，其中：

每個所述進料注入噴嘴噴射所述側(cè)向射流中的一個，并且

每個所述進料注入噴嘴與上部文丘里管出口的周邊終止于相同的徑向位置或大約相同的徑向位置。

51.根據(jù)權(quán)利要求49的系統(tǒng)，其中每個所述進料注入噴嘴終止于從所述上部文丘里管出口的周邊徑向向內(nèi)的位置，使得所述中心射流與所述每個進料注入噴嘴的至少一個終端部分碰撞。

52.根據(jù)權(quán)利要求49的系統(tǒng)，其中：

所述系統(tǒng)被配置成使得每個所述側(cè)向射流與所述中心射流碰撞，并且

所述系統(tǒng)還被配置為使得中心射流的第一液體線速度至少基本上等于每個所述側(cè)向射流的第二液體線速度。

53.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述文丘里管間通道配置成用于循環(huán)通過所述反應(yīng)容器的內(nèi)部再循環(huán)流。