[发明专利]在微通道中分级烷基化

说明书

引言 

烷基化对于燃料和化学生产而言是重要的工业反应。例如，由烯烃使异链烷烃烷基化是重要的工业工艺，该工业工艺在汽油合成中起到了重要作用。在该工艺中，链烷烃/烯烃比率越高，产出的烷基化物辛烷都越高。然而，过高的链烷烃/烯烃比率在经济上是没有吸引力的，这是因为对于未经反应的链烷烃需要更高的分离和再循环费用。因此，5/1～8/1的最佳链烷烃/烯烃比率通过用于其中硫酸作为催化剂的设备，而HF设备通常在10/1～15/1的范围内操作。在过去的三十年间，在固体酸催化剂上由烯烃使异链烷烃烷基化受到了极大的研究注意，这是因为它们具有替代在环境上有难以解决的均相酸催化剂(例如硫酸和氢氟酸)的潜在能力。然而，在实践中还没有基于固体酸催化剂的商业工艺，这主要是因为在实际的链烷烃对烯烃比率(小于15)下快速催化剂失活的技术障碍。 

在常规烷基化工艺中分级添加烯烃的使用已有记载。例如，在US专利No.5849965中，Mehlberg等人记载了这样的方法，其中烷基化试剂被逐次添加到含有链烷烃被作用物的工艺料流中。Johnson等人在US专利No.6642426中记载了这样的方法，其中烷基化试剂被分级注入到流化床中从而使芳族进料烷基化。这些工艺没有使用微通道，而且它们要么将烷基化试剂逐次分级加入到几个反应器中，或者使用流化床反应器系统，该系统由于对于流化床工艺共同的严重反混是不理想的。 

用于分级添加的微通道的使用也已有记载。例如，Wegeng等人在WO 01/95237中记载了微通道系统，其中反应物可以被分级添加。Tonkovich等人在WO 02/064248 A2中记载了在一体化燃烧反应器中在微通道中分级添加氧。在之前的科学文献中没有报导在微通道中已经实际实施利用分级添加烯烃的烷基化。 

发明内容

在第一方面，本发明提供了使链烷烃进料流烷基化的方法。在该方 法中，链烷烃进料流在微通道中流动。含有第一烯烃的第一烯烃料流在微通道中的第一位置流入到链烷烃进料流中；和含有第二烯烃的第二烯烃料流在微通道中的第二位置流入到链烷烃料流中。第二位置位于第一位置的下游。在第二位置之前，第一烯烃在第一烷基化催化剂存在的条件下与链烷烃进料流反应。第二烯烃在第二烷基化催化剂存在的条件下与链烷烃进料流反应。第一和第二烷基化催化剂可以相同或者不同。所述催化剂可以是固态、液态或者一个为固态而一个为液态的。 

在第二方面，本发明提供了一种烷基化系统，包括：含有第一流动的链烷烃进料流的微通道；第一位置，在此处包括第一烯烃的第一烯烃料流流入微通道的链烷烃进料流中；第二位置，在此处包括第二烯烃的第二烯烃料流流入微通道的链烷烃进料流中；其中第二位置位于第一位置的下游；第一烷基化催化剂存在于微通道中位于第二位置之前的位置；和第二烷基化催化剂存在于微通道中位于第二位置下游的位置。第一和第二烯烃可以相同或者不同，且可以通过单个通道或者独立的通道输送。 

在微通道中进行分级烷基化具有很多优点。分级的烯烃引入降低了局部的烯烃浓度，这改善了烷基化物的品质，即更高的辛烷值和更低的不理想的副反应，这是由于系统与其自身反应的趋势(即更少的焦油和聚合物形成)。分级的构思还降低了总的链烷烃对烯烃比率，这降低了分离和回收链烷烃的费用，同时保持局部的最佳链烷烃对烯烃比率。对于均相酸催化的烷基化反应而言，分级还增加了酸/烃分散体的界面面积，这便于H^-迁移和使低聚最小化。烷基化反应是放热的，而过高的温度导致差的烷基化物品质。使用微通道反应器更加精确地调节温度将改善烷基化物品质和改善辛烷值和使焦油和聚合物形成最小化。人们认为在超临界条件下在微通道反应器中操作固体酸催化的烷基化反应也将在提高催化剂寿命、烷基化物品质和能量效率方面提供协同的益处。 

微通道反应器通常以栓塞流操作。与常规系统相比，用基本上栓塞流将烯烃分级加入反应通道中可以实现更好的控制。基本上栓塞流允许在将烯烃添加到微通道的位置周围产生一些湍流；但是，基本上栓塞流意味着至少经过微通道的主要流动是栓塞流。典型地，栓塞流的评价是经计算的，并意味着计算流动是众所周知的。

附图简述 

图1示意性阐述了向含有异链烷烃的进料流中分级添加烯烃。白色矩形代表微孔道。 

图2示意性阐述了其中将系统分级加入微通道反应器中的温度受控链烷烃料流的系统。产物料流任选地(点线)用于预热烯烃。 

发明内容

本申请涉及以下技术方案： 

1.用于使链烷烃进料物流烷基化的方法，包括：