專利名稱：在微通道中分級烷基化的制作方法
引言烷基化對于燃料和化學(xué)生產(chǎn)而言是重要的工業(yè)反應(yīng)。例如，由烯烴使異鏈烷烴烷基化是重要的工業(yè)工藝，該工業(yè)工藝在汽油合成中起到了重要作用。在該工藝中，鏈烷烴/烯烴比率越高，產(chǎn)出的烷基化物辛烷都越高。然而，過高的鏈烷烴/烯烴比率在經(jīng)濟上是沒有吸引力的，這是因為對于未經(jīng)反應(yīng)的鏈烷烴需要更高的分離和再循環(huán)費用。因此，5/1～8/1的最佳鏈烷烴/烯烴比率通過用于其中硫酸作為催化劑的設(shè)備，而HF設(shè)備通常在10/1～15/1的范圍內(nèi)操作。在過去的三十年間，在固體酸催化劑上由烯烴使異鏈烷烴烷基化受到了極大的研究注意，這是因為它們具有替代在環(huán)境上有難以解決的均相酸催化劑(例如硫酸和氫氟酸)的潛在能力。然而，在實踐中還沒有基于固體酸催化劑的商業(yè)工藝，這主要是因為在實際的鏈烷烴對烯烴比率(小于15)下快速催化劑失活的技術(shù)障礙。
在常規(guī)烷基化工藝中分級添加烯烴的使用已有記載。例如，在US專利No.5849965中，Mehlberg等人記載了這樣的方法，其中烷基化試劑被逐次添加到含有鏈烷烴被作用物的工藝料流中。Johnson等人在US專利No.6642426中記載了這樣的方法，其中烷基化試劑被分級注入到流化床中從而使芳族進料烷基化。這些工藝沒有使用微通道，而且它們要么將烷基化試劑逐次分級加入到幾個反應(yīng)器中，或者使用流化床反應(yīng)器系統(tǒng)，該系統(tǒng)由于對于流化床工藝共同的嚴重反混是不理想的。
用于分級添加的微通道的使用也已有記載。例如，Wegeng等人在WO 01/95237中記載了微通道系統(tǒng)，其中反應(yīng)物可以被分級添加。Tonkovich等人在WO 02/064248 A2中記載了在一體化燃燒反應(yīng)器中在微通道中分級添加氧。在之前的科學(xué)文獻中沒有報導(dǎo)在微通道中已經(jīng)實際實施利用分級添加烯烴的烷基化。

發(fā)明內(nèi)容
在第一方面，本發(fā)明提供了使鏈烷烴進料流烷基化的方法。在該方法中，鏈烷烴進料流在微通道中流動。含有第一烯烴的第一烯烴料流在微通道中的第一位置流入到鏈烷烴進料流中；和含有第二烯烴的第二烯烴料流在微通道中的第二位置流入到鏈烷烴料流中。第二位置位于第一位置的下游。在第二位置之前，第一烯烴在第一烷基化催化劑存在的條件下與鏈烷烴進料流反應(yīng)。第二烯烴在第二烷基化催化劑存在的條件下與鏈烷烴進料流反應(yīng)。第一和第二烷基化催化劑可以相同或者不同。所述催化劑可以是固態(tài)、液態(tài)或者一個為固態(tài)而一個為液態(tài)的。
在第二方面，本發(fā)明提供了一種烷基化系統(tǒng)，包括含有第一流動的鏈烷烴進料流的微通道；第一位置，在此處包括第一烯烴的第一烯烴料流流入微通道的鏈烷烴進料流中；第二位置，在此處包括第二烯烴的第二烯烴料流流入微通道的鏈烷烴進料流中；其中第二位置位于第一位置的下游；第一烷基化催化劑存在于微通道中位于第二位置之前的位置；和第二烷基化催化劑存在于微通道中位于第二位置下游的位置。第一和第二烯烴可以相同或者不同，且可以通過單個通道或者獨立的通道輸送。
在微通道中進行分級烷基化具有很多優(yōu)點。分級的烯烴引入降低了局部的烯烴濃度，這改善了烷基化物的品質(zhì)，即更高的辛烷值和更低的不理想的副反應(yīng)，這是由于系統(tǒng)與其自身反應(yīng)的趨勢(即更少的焦油和聚合物形成)。分級的構(gòu)思還降低了總的鏈烷烴對烯烴比率，這降低了分離和回收鏈烷烴的費用，同時保持局部的最佳鏈烷烴對烯烴比率。對于均相酸催化的烷基化反應(yīng)而言，分級還增加了酸/烴分散體的界面面積，這便于H-遷移和使低聚最小化。烷基化反應(yīng)是放熱的，而過高的溫度導(dǎo)致差的烷基化物品質(zhì)。使用微通道反應(yīng)器更加精確地調(diào)節(jié)溫度將改善烷基化物品質(zhì)和改善辛烷值和使焦油和聚合物形成最小化。人們認為在超臨界條件下在微通道反應(yīng)器中操作固體酸催化的烷基化反應(yīng)也將在提高催化劑壽命、烷基化物品質(zhì)和能量效率方面提供協(xié)同的益處。
微通道反應(yīng)器通常以栓塞流操作。與常規(guī)系統(tǒng)相比，用基本上栓塞流將烯烴分級加入反應(yīng)通道中可以實現(xiàn)更好的控制?；旧纤ㄈ髟试S在將烯烴添加到微通道的位置周圍產(chǎn)生一些湍流；但是，基本上栓塞流意味著至少經(jīng)過微通道的主要流動是栓塞流。典型地，栓塞流的評價是經(jīng)計算的，并意味著計算流動是眾所周知的。
附圖簡述

圖1示意性闡述了向含有異鏈烷烴的進料流中分級添加烯烴。白色矩形代表微孔道。
圖2示意性闡述了其中將系統(tǒng)分級加入微通道反應(yīng)器中的溫度受控鏈烷烴料流的系統(tǒng)。產(chǎn)物料流任選地(點線)用于預(yù)熱烯烴。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明中，含有鏈烷烴進料流的料流流經(jīng)微通道。所述鏈烷烴進料流可以含有在常規(guī)設(shè)備的烷基化的常規(guī)工藝中有用的鏈烷烴或者芳族化合物。對于本發(fā)明目的，鏈烷烴是可以是直鏈、支化或者環(huán)狀的烴，該烴也可以被雜原子和/或芳族基團取代；但是其不含任何非芳族的不飽和碳。在許多實施方案中，鏈烷烴進料流是反應(yīng)性化合物的混合物(也就是說，與烯烴反應(yīng)以制備烷基化物產(chǎn)物)和(次優(yōu)選地)可以另外包括額外組分(例如在烷基化反應(yīng)中沒有預(yù)料到的氣體)，和其可以含有少量反應(yīng)性物質(zhì)，例如烯烴(其特別可以存在于回流部分產(chǎn)物料流的情況中)。在一些實施方案中，所述鏈烷烴優(yōu)選含有異丁烷。在優(yōu)選的實施方案中，所述鏈烷烴進料物流含有一種或者多種含有3-20個碳原子的脂族或者芳族化合物。因此，必須理解術(shù)語“鏈烷烴進料流”不限于僅含有C和H的烷烴，而可以含有在烷基化反應(yīng)中為反應(yīng)性的雜芳族和芳族化合物。優(yōu)選的鏈烷烴料流含有支鏈鏈烷烴。
烯烴以分級方式添加到含有鏈烷烴進料流的微通道中。所述烯烴料流還可以是在常規(guī)設(shè)備中的常規(guī)烷基化工藝中有用的任何烯烴。對于本發(fā)明目的而言，烯烴是可以是直鏈、支化或者環(huán)狀的烴，該烴也可以被雜原子和/或芳族基團取代；然而，其含有至少一個在碳原子之間的非芳族雙鍵。在一些實施方案中，所述烯烴料流可以是烯烴的混合物和(次優(yōu)選地)可以在一種或者多種烯烴之外含有其它組分。在一些實施方案中，所述烯烴料流含有一種或者多種下面組分乙烯、丙烯、2-甲基丙烯、2-丁烯、2-丁烯、2-甲基-1-丁烯、3-甲基-1-丁烯、3-甲基-1-丁烯和2-甲基-2-丁烯。在優(yōu)選的實施方案中，所述烯烴料流包括含有2-12個碳原子的烯烴。所述烯烴料流也可以含有二烯烴。所述烯烴料流還可以含有鏈烷烴。
在一些實施方案中，進入微通道的鏈烷烴進料流含有至少50％的異丁烷。在一些實施方案中，所述鏈烷烴進料流含有至少50％(摩爾％)的一種或者多種芳族化合物。理想的是保持低的烯烴對非烯烴比率以避免不理想的聚合反應(yīng)。在優(yōu)選的實施方案中，在整個微通道長度中，烯烴對非烯烴的比率為0.5或者更低，更優(yōu)選地為0.1或者更低。當(dāng)然，當(dāng)論及所有優(yōu)選實施方案時，應(yīng)當(dāng)認識到一些實施方案可能在該優(yōu)選范圍外操作。
除了鏈烷烴進料和烯烴外，催化劑催化烷基化工藝。當(dāng)論及反應(yīng)物時，所述一種或者多種催化劑可以是任何對于催化烷基化反應(yīng)有用的催化劑。催化反應(yīng)可以在多相或者均相催化劑存在的條件下進行。優(yōu)選的催化劑包括硫酸、HF和AlCl3。一些優(yōu)選的固體催化劑包括負載在SiO2、氧化鋁、氧化硅-氧化鋁或者脫鋁絲光沸石上的硫酸或者三氟甲磺酸。另外，例如H3PO4、B(OSO2CF3)3、B(OH)3、HB(HSO4)4、BF4H、FSO3H、CF3CO2H、SbF5、SO3或少量的水或者純可以協(xié)助烷基化。在一些優(yōu)選實施方案中，在沸石、離子交換樹脂、松散的或者負載在SiO2或TiO2的雜多酸或其鹽、硫酸化或者磷酸化的過渡金屬氧化物(例如硫酸化的ZrO2或Nb2O5、磷酸化的Nb2O5)等存在的條件下，酚或者苯胺的O或者N位置可被烯烴烷基化。在一些優(yōu)選的實施方案中，由烯烴進行芳族烷基化(例如苯或者酚)可以在沸石(例如沸石Y)或者離子交換劑(例如Amberlyst)或者在硫酸化或者鎢酸化的氧化鋯上進行。對于有些優(yōu)選的實施方案而言，固體催化劑可以包括沸石、離子交換樹脂、硫酸化或者磷酸化的過渡金屬氧化物，例如硫酸化的ZrO2或Nb2O5、磷酸化的Nb2O5、松散的或者負載在SiO2或者TiO2上的雜多酸及其鹽、負載的氧化物和含鎢的氧化鋯。在一些實施方案中，烷基芳族化合物、酚、苯胺和苯基乙腈的側(cè)鏈烷基化可以在堿催化劑(例如MgO、NaN3/沸石、Na/NaOH/Al2O3、Na/K2CO3、Cs或者Rb交換沸石)上進行側(cè)鏈烷基化。在一些優(yōu)選的實施方案中，烷基化催化劑作為至少一部分微通道壁的涂料而存在。固體催化劑可以具有例如丸的常規(guī)形狀。固體催化劑還可以作為涂料存在于至少一個微通道壁上。固體催化劑還可以為大孔材料的形式，例如可以通過將烷基化催化劑沉積在大孔基材上而形成。
優(yōu)選的大孔基材的實例包括市售可得的金屬泡沫和金屬氈。在沉積任何涂料之前，大孔基材具有至少5％、更優(yōu)選30-99％、和再更優(yōu)選70-98％的孔隙率。在一些實施方案中，大孔基材具有由BET測量為0.1μm或者更大、更優(yōu)選地為1-500μm的體積平均孔尺寸。多孔基材的優(yōu)選形式是泡沫和氈，且它們優(yōu)選由熱穩(wěn)定和傳導(dǎo)性材料(優(yōu)選為金屬例如不銹鋼或者FeCrAlY合金)制備。這些多孔基材可以是薄的，例如為0.1-1mm。泡沫是在整個結(jié)構(gòu)中具有限定孔的連續(xù)壁的連續(xù)結(jié)構(gòu)。氈是在纖維間具有隙間空隙的無紡纖維，并包括如鋼絲絨的纏結(jié)股線。氈通常被定義為由無紡纖維制備。在一個實施方案中，大孔基材具有可以置于蒸氣重整器的反應(yīng)室(優(yōu)選為小通道)中的起皺形狀。各種基材和基材構(gòu)造記載在US專利申請序列號09/640903(2000年8月16日提交)、US專利No.-----中，該文獻在此引入作為參考。其它優(yōu)選的基材是其特征在于在基材表面上存在鰭片(例如方波狀鰭片)的鰭片狀基材。
具有大孔的催化劑優(yōu)選具有占總多孔材料體積5-98％、更優(yōu)選30-95％的孔體積。優(yōu)選地，至少20％(更優(yōu)選至少50％)的材料的孔體積由0.1-300微米、更優(yōu)選0.3-200微米、和再更優(yōu)選1-100微米范圍尺寸(直徑)的孔構(gòu)成?？左w積和孔尺寸分布由水銀孔率計(假定孔的柱狀幾何形狀)和氮吸附進行測量。正如已知的，水銀孔率法和氮吸附是互補的技術(shù)，其中水銀孔率法對于測量大孔尺寸(大于30nm)更為準(zhǔn)確，而氮吸附對于小孔(小于50nm)更為準(zhǔn)確。在約0.1-300nm范圍的孔尺寸使得分子能夠在氣相催化條件下經(jīng)材料分子擴散。
在一些優(yōu)選的實施方案中，所述催化劑包括金屬、陶瓷或者復(fù)合物基材，在其上沉積了一層或者多層的一種或多種催化劑材料?？紫犊梢詾槿缭诜涑仓幸粯訋缀涡螤钜?guī)則或者為平行孔結(jié)構(gòu)，或者孔隙可以為幾何上曲折或者隨機的。多孔載體材料的實例包括氈(無紡纖維或者股線)、泡沫(包括泡沫金屬或者泡沫陶瓷)、鰭片或者蜂巢。在采用多孔基材的實施方案中，一種或者多種催化劑層的平均孔尺寸(體積平均)優(yōu)選小于基材的平均孔尺寸。
在一個優(yōu)選的實施方案中，所述催化劑載體包括經(jīng)定制以適配在微通道中的導(dǎo)熱性金屬鰭片。備選地，所述鰭片載體可以在微通道中直接制造和與微通道一體化。在微通道中制造的一種方法包括使用開槽鋸、使用光化學(xué)方法部分蝕刻或者激光EDM。這種類型載體提供了許多優(yōu)點，包括在短的傳熱距離上高的熱通量、高表面積和低壓降。優(yōu)選地，所述載體可以具有低于5mm和優(yōu)選低于2mm的高度(包括鰭片)和1000μm或者更低的鰭片到鰭片間隔，和在一些實施方案中，具有150-500μm的鰭片到鰭片間隔。所述鰭片結(jié)構(gòu)可以與反應(yīng)室整合(因而原位涂覆)或者作為在被插入到反應(yīng)室之前進行涂覆的分開的插件。
溫度和壓力條件可以為在常規(guī)設(shè)備中進行烷基化工藝記載的那些。對于脂族鏈烷烴進料流的烷基化的優(yōu)選溫度范圍可以為約0℃至約100℃。在一些實施方案中，對于特定催化劑而言溫度范圍可以包括AlCl3在60-70℃、HF在10-40℃和硫酸在5-10℃。對于芳族化合物烷基化的優(yōu)選溫度范圍為約150℃-約500℃。在-些優(yōu)選實施方案中，壓力為100-5000kpa。在一些優(yōu)選實施方案中，壓力將為工藝料流在反應(yīng)溫度下產(chǎn)生的自生壓力。在一些優(yōu)選實施方案中，在微通道中的工藝料流為超臨界狀態(tài)。這在烷基化催化劑是固體催化劑的情況下是特別優(yōu)選的。類似于常規(guī)系統(tǒng)，未反應(yīng)的鏈烷烴可以被分離并再循環(huán)到反應(yīng)器中。
烯烴可以與其自身經(jīng)低聚而進行反應(yīng)，這可以迅速使反應(yīng)體系和產(chǎn)品品質(zhì)降級。因此，理想的是控制引入烯烴處的反應(yīng)條件和表面酸度。在一個實施方案中，烯烴可以在不存在催化劑的區(qū)域被引入到微通道中，使得烯烴和鏈烷烴可以在進一步沿著微通道中接觸催化劑之前均勻混合。
氫氣可以與鏈烷烴料流一起引入或者沿著通道分級加入(與烯烴一起輸送，或者、更優(yōu)選地，在分開的通道中傳輸)，以使得由低聚引起的低聚反應(yīng)或者催化劑失活最小化。
催化劑量或者催化位點或者酸強度可以沿著微通道的長度進行變化，使得烯烴與鏈烷烴的反應(yīng)最小化和烯烴自身的反應(yīng)最小化。在一個實施方案中，在通道中或者在通道壁上含有的固體酸催化劑的酸強度可以變化，使得最大反應(yīng)性位于烯烴濃度最低處。例如，在其中鏈烷烴濃度沿著反應(yīng)通道的長度降低的分級反應(yīng)器中，在微通道中的固體酸催化劑可以設(shè)置為沿著反應(yīng)通道的長度具有逐步降低的濃度。對于另一個實例，具有不同酸強度的固體酸催化劑可以設(shè)置在反應(yīng)通道中，使得可以獲得理想的酸強度梯度(例如，以上述方式類似的方式)。在另一實施方案中，酸性位點數(shù)或者進料摩爾數(shù)，或者H+離子的濃度可以改變，使得能夠在烯烴濃度最低處獲得最高反應(yīng)性。
烯烴低聚通常在較高溫度下有利。因此，因此，使用微通道反應(yīng)技術(shù)精確控制溫度將使低聚反應(yīng)最小化。因為烷基化是放熱的，額外的溫度控制也將通過定制烷基化反應(yīng)的程度而實現(xiàn)。沿著通道控制分級的烷基化試劑的量、流動方向和酸位點密度和/或酸強度對定制烷基化反應(yīng)的程度有直接影響。在一些優(yōu)選的實施方案中，溫度被控制在相對于至少70％(更優(yōu)選至少90％)的反應(yīng)區(qū)域偏差小于10℃。反應(yīng)區(qū)的長度是沿著發(fā)生顯著量的反應(yīng)的微通道的長度；通常，該區(qū)的面積可以容易地由本領(lǐng)域技術(shù)人員獲悉。例如，在固體催化劑的情況下，反應(yīng)區(qū)是其中在對于發(fā)生顯著反應(yīng)而言足夠高的溫度下固態(tài)催化劑與鏈烷烴和烯烴一起存在的區(qū)域(非激冷區(qū)或者冷區(qū))。對于均相反應(yīng)而言，反應(yīng)區(qū)是在低于發(fā)生顯著反應(yīng)而言足夠高的溫度下酸催化劑與鏈烷烴和烯烴一起存在的區(qū)域。在另一實施方案中，沿著反應(yīng)通道的最優(yōu)化溫度梯度是理想的。例如，在鏈烷烴/烯烴比率較高的靠近通道入口處(例如在反應(yīng)區(qū)長度的前20％范圍，溫度限定為該長度內(nèi)的最高溫度)，較高溫度(例如，比在通道末端或者反應(yīng)區(qū)末端處的溫度高至少10℃，或者至少20℃)對于實現(xiàn)較快的動力學(xué)而較少涉及低聚反應(yīng)而言是理想的，這是由于鏈烷烴/烯烴比率較高。這樣的溫度梯度可以通過控制在相鄰的熱交換通道中的冷卻劑流速和/或流向(即逆流)而得以實現(xiàn)。
在本發(fā)明中，鏈烷烴進料流在微通道中流動。在本發(fā)明中，“微通道”被定義為具有5毫米(mm)或者更低尺寸的通道，在一些實施方案中為2mm或者更低，在一些實施方案中為1mm或者更低，和在一些實施方案中為至少0.1mm。正如在本領(lǐng)域中所能理解的，微通道不僅僅是小孔。微通道的長度(即在通常操作期間的流向)不是微通道的最小尺寸。在整個反應(yīng)器中微通道的高度和寬度兩者都基本上垂直于反應(yīng)物的流向。微通道還被定義為與至少一個出口相區(qū)別開來的入口-微通道不僅僅是通過沸石或者中孔材料的通道。所述反應(yīng)微通道的高度和/或?qū)挾葍?yōu)選為約2mm或者更低，更優(yōu)選1mm或者更低。優(yōu)選地，微通道的長度為大于1cm，在一些實施方案中為約1-300cm。微通道的側(cè)面被定義為微通道壁或者壁。對于壁的材料選擇取決于預(yù)定用途。這些壁優(yōu)選由硬質(zhì)材料例如陶瓷、基于鋼的合金例如鋼或者蒙乃爾合金制備。在一些實施方案中，所述微通道壁由不銹鋼或者具有耐久性和良好的導(dǎo)熱性的Inconel_構(gòu)成。在其它情況中，所述微通道壁可以由高耐腐蝕材料(例如鈦或者鉭)構(gòu)造而成。所述微通道壁還可以由具有特殊表面特征或者有利于所需催化劑涂料的附著和保持的化學(xué)性的特殊合金構(gòu)造而成。所述微通道裝置可以由已知方法制備，和在一些優(yōu)選實施方案中可以由層壓插層板(也稱為“墊片(shims)”)制備，和在一些優(yōu)選實施方案中，為反應(yīng)通道所設(shè)計的墊片用為熱交換而設(shè)計的墊片進行插層。
在一些優(yōu)選實施方案中，所述微通道裝置是含有多個微通道反應(yīng)通道的微通道反應(yīng)器，這些微通道反應(yīng)通道優(yōu)選與多個相鄰的熱交換微通道熱接觸。多個微通道可以含有例如2個、10個、100個、1000個或者更多通道。在優(yōu)選的實施方案中，所述微通道被設(shè)置成平面微通道的平行陣列，例如至少3組平面微通道。在一些優(yōu)選實施方案中，多個微通道入口與共同的集管(header)相連接和/或多個微通道出口與共同的腳管(footer)相連接。在操作期間，插入的熱交換層(如果存在的化)含有在微通道中流動的加熱和/或冷卻流體。這類在本發(fā)明中有用的已知反應(yīng)器的非限制性實例包括在US專利6200536和6219973(兩者都在此引入作為參考)中舉例說明的那些微量組分片構(gòu)造變型方案。使用這類構(gòu)造的性能優(yōu)點包括它們相對大的傳熱率和傳質(zhì)率。微通道可以結(jié)合下列優(yōu)點良好的傳熱和傳質(zhì)、優(yōu)異的溫度控制、停留時間和使副產(chǎn)物最小化。壓降可以為較低，使得能達到高通過量。此外，與常規(guī)系統(tǒng)相比，使用微通道反應(yīng)器可以獲得更高的溫度控制，并保持相對更絕緣的特性。除了工藝微通道之外，還可以存在例如其它特征，例如微通道或者非微通道熱交換器。微通道熱交換器是優(yōu)選的。熱交換流體可以流經(jīng)相鄰的熱交換微通道，并可以是氣體或者液體，并可以含有蒸氣、液體金屬或者其它已知熱交換流體-所述體系可以優(yōu)化為在熱交換器中具有相交換，在一些優(yōu)選實施方案中，多個熱交換層與多個反應(yīng)微通道進行插層(例如至少10個熱交換層與至少10個工藝微通道層進行插層。微通道受限制流動的微通道壁限制。
在本發(fā)明中，一種或者多種烯烴沿著微通道的長度在多點添加到鏈烷烴工藝料流。換句話說，所述烯烴是以分級添加方式加入。優(yōu)選地，所述工藝料流保持在相同的連續(xù)微通道中，而不從微通道中抽出，而烯烴沿著微通道長度在至少兩個位置進行添加。分級加入可以通過在微通道壁中的小孔添加烯烴而進行；備選地或者額外地，所有或者部分微通道壁可以由多孔材料制備。所述烯烴可以被輸送到管道或者其它導(dǎo)管中的小孔，或者在與輸送鏈烷烴進料蒸氣的微通道直接相鄰的層(優(yōu)選為微通道)中進行輸送。
本發(fā)明的一個實施方案在圖1中進行概念性闡述。鏈烷烴進料流(在圖中，異鏈烷烴)流經(jīng)微通道(白色矩形)而烯烴在沿著微通道的長度的多點加入。在優(yōu)選實施方案中，烯烴在沿著微通道長度的至少3點加入。熱量(Q)從反應(yīng)通道中移出，優(yōu)選進入到流經(jīng)相鄰?fù)ǖ赖睦鋮s劑中。
本發(fā)明的另一實施方案在圖2中示意性闡述。烯烴沿著鏈烷烴通道分級加入。所述小孔的幾何形狀和它們的位置經(jīng)設(shè)計以實現(xiàn)烯烴在鏈烷烴料流中的理想分布。
任選地，烯烴通道的溫度可以由使用烷基化物產(chǎn)物料流進行預(yù)熱(205)或者制冷劑如油、水、水的部分沸騰、熔融鹽、烴或者鏈烷烴進料流進行控制。點線表示所有或者部分產(chǎn)物料流可以用于使烯烴預(yù)熱。盡管鏈烷烴、冷卻劑和烯烴已經(jīng)顯示為同向流動而產(chǎn)物以逆流返回；但是可以使用任何流向組合。例如，所述鏈烷烴料流和烯烴料流可以為逆流而一個或者多個熱交換通道為交叉流動。除了工藝通道(含有鏈烷烴料流)外，在一些優(yōu)選實施方案中，一些或者全部其它通道(烯烴、冷卻劑、預(yù)熱烯烴)是微通道。鏈烷烴通道幾何形狀和鏈烷烴流率可以經(jīng)優(yōu)化以實現(xiàn)栓塞流。這一構(gòu)思可以實施到均相的酸催化烷基化和固體酸催化烷基化。在均相酸的情況下，酸可以與鏈烷烴預(yù)混?；蛘?，其它的酸可以沿著烷基化通道由與分級加入烯烴的通道壁不同的通道壁(未示出)分級加入。一個潛在的優(yōu)點在于酸含量或者酸位點的數(shù)量可以沿著反應(yīng)通道進行定制。另一優(yōu)點是分級加入酸還增加了酸/烴分散體的界面面積，這有利于H-遷移和使低聚反應(yīng)最小化。分級加入酸對提供烷基化相對于副反應(yīng)例如低聚反應(yīng)和裂化的更好控制而言可能是理想的。在固體酸催化劑的情況下，催化劑可以涂覆在通道壁上或者填充在整個通道中。此外，催化劑床可以沿著烷基化通道在酸位點密度和酸強度方面具有梯度，從而實現(xiàn)最佳的烷基化反應(yīng)。
權(quán)利要求
1.用于使鏈烷烴進料物流烷基化的方法，包括使鏈烷烴進料流流入到微孔道中；將包括第一烯烴的第一烯烴料流在第一位置添加到微通道的鏈烷烴進料流中；并將包括第二烯烴的第二烯烴料流在第二位置添加到微通道中的鏈烷烴進料流中；其中第二位置位于第一位置的下游；第一料流中的第一烯烴在第二位置之前在第一烷基化催化劑存在的情況下與鏈烷烴進料流反應(yīng)，和在第二料流中第二烯烴在第二烷基化催化劑存在情況下與鏈烷烴進料流反應(yīng)。
2.權(quán)利要求1的方法，還包括將來自微通道的熱量輸送到鄰近的熱交換通道的步驟。
3.權(quán)利要求1的方法，其中第一烯烴與第二烯烴相同。
4.權(quán)利要求3的方法，其中在第二位置的溫度和壓力基本上與第一位置相同。
5.權(quán)利要求3的方法，其中所述鏈烷烴進料流進入到微通道的入口，流經(jīng)第一位置，并流經(jīng)第二位置而沒有離開微通道。
6.權(quán)利要求3的方法，其中在微通道中的流動基本上是栓塞流。
7.權(quán)利要求5的方法，其中進入到微通道的入口的鏈烷烴進料流含有超過50％的異丁烷。
8.權(quán)利要求5的方法，其中進入到微通道的入口的鏈烷烴進料流含有超過50％的芳香族化合物。
9.權(quán)利要求5的方法，其中在經(jīng)過第二位置之后，將所得的烷基化產(chǎn)物從處理料流中移出和將至少一部分未經(jīng)反應(yīng)的鏈烷烴進料流再循環(huán)到微通道的入口。
10.權(quán)利要求1的方法，其中第一催化劑和第二催化劑相同，且各催化劑是均勻分散的酸催化劑。
11.權(quán)利要求1的方法，其中第一催化劑和第二催化劑相同，且各催化劑是作為壁涂料設(shè)置在微通道壁的至少一部分上的固體催化劑。
12.權(quán)利要求1的方法，其中所述鏈烷烴進料流在微通道中為超臨界狀態(tài)。
13.權(quán)利要求3的方法，其中在整個微通道中烯烴對非烯烴的烴的比率保持在0.5或者更低。
14.權(quán)利要求1的方法，還包括含有第三烯烴的第三烯烴料流；其中由沿著微通道長度的至少3個點處將烯烴添加到鏈烷烴料流中，包括在第一位置添加第一烯烴料流，在第二位置添加第二烯烴料流和在第三位置添加第三烯烴料流；其中第一、第二和第三料流相同；其中在鏈烷烴料流和烯烴之間的反應(yīng)由固體酸催化劑催化；和其中所述固體酸催化劑的酸強度是變化的，使得最大催化劑濃度設(shè)置在微通道中烯烴濃度最低的反應(yīng)區(qū)。
15.權(quán)利要求1的方法，其中在第一和第二位置不存在催化劑，和其中將固體催化劑設(shè)置在第一和第二位置之間。
16.權(quán)利要求1的方法，其中所述第一烯烴和第二烯烴相同，另外，在第一位置添加第一烯烴料流和在第二位置添加第二烯烴料流的步驟之前，第一和第二烯烴在與微通道相鄰的共同通道中以共同料流輸送。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述共同通道由在產(chǎn)物通道中輸送的產(chǎn)物料流加熱。
18.權(quán)利要求1的方法，其中所述鏈烷烴料流基本上是栓塞流。
19.權(quán)利要求1的方法，還包括沿著微通道的長度上至少2個位置添加流體酸催化劑的步驟。
20.一種烷基化系統(tǒng)，包括包括流動的鏈烷烴進料流的微通道；第一位置，在此處包括第一烯烴的第一烯烴料流流動到微通道的鏈烷烴進料流；第二位置，在此處包括第二烯烴的第二烯烴料流流動到微通道的鏈烷烴進料流；其中第二位置位于第一位置的下游；第一烷基化催化劑存在于微通道中位于第二位置之前的位置；和第二烷基化催化劑存在于微通道中位于第二位置下游的位置。
21.權(quán)利要求20的烷基化系統(tǒng)，其中第一烷基化催化劑在微通道的至少一個壁上含有涂層。
22.權(quán)利要求20的烷基化系統(tǒng)，其中第一烷基化催化劑包括大孔基材。
23.權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中所述微通道在相對側(cè)受第一壁和第二壁所限制；其中第一壁與冷卻劑通道相鄰；第二壁與輸送第一烯烴料流的通道相鄰；和第二壁含有小孔，第一烯烴料流通過其流入到微通道中。
24.權(quán)利要求23的系統(tǒng)，還包括輸送第二烯烴料流的通道；其中第二壁與輸送第二烯烴料流的通道相鄰；和第二壁含有小孔，第二烯烴料流通過其流入到微通道中。
25.權(quán)利要求24的系統(tǒng)，其中通過微通道的流動垂直于輸送第一烯烴料流的通道的流動；和其中輸送第一烯烴料流的通道平行于輸送第二烯烴料流的通道。
26.權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中所述第一系統(tǒng)與第二烯烴相同，且第一和第二烯烴流經(jīng)相同的烯烴通道。
27.權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中在烯烴通道中以在微通道中相同的方向流動。
28.權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中輸送第一烯烴料流的通道在相對側(cè)受第一烯烴通道壁和第二烯烴通道壁所限制；其中第一烯烴壁與微通道相鄰；和第二烯烴通道壁與產(chǎn)物通道相鄰；通過產(chǎn)物通道的流動與通過微通道的流動方向相反；和來自料流的熱量通過產(chǎn)物通道傳輸?shù)捷斔偷谝幌N的通道中。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于利用分級添加烯烴在微通道中使鏈烷烴進料流烷基化的方法和系統(tǒng)。
文檔編號C10G29/20GK1953804SQ200580015453
公開日2007年4月25日 申請日期2005年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月14日
發(fā)明者Y·王, J·F·懷特 申請人:巴特爾紀(jì)念研究院