Способ алкилирования парафинов олефинами в присутствии твердого катализатора с секцией регенерации и зоной фракционирования водорода

Способ алкилирования парафинов олефинами в присутствии твердого катализатора с секцией регенерации и зоной фракционирования водорода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу получения присадок к моторному топливу путем алкилирования парафинов олефинами с использованием твердого катализатора, который регенерируют в присутствии водорода.

Предшествующий уровень техники

Алкилирование углеводородов широко применяется в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности с целью получения разнообразных ациклических и циклических углеводородных продуктов, применяемых в моторном топливе, пластиках, предшественниках детергентов и нефтехимическом сырье. Алкилирование заключается в проведении реакции между такими субстратами алкилирования, как изобутан и бензол, с таким алкилирующим агентом, как олефины С₂-С₂₂. Так, например, большие количества парафинов для высокооктанового бензина получают алкилированием изобутана бутенами. Кроме этого, ценные ароматические углеводороды, включающие кумол, этилбензол и линейные алкилароматические углеводороды С₁₆-С₂₂, в больших количествах получают алкилированием бензола олефинами с соответствующим числом углеродных атомов. В качестве катализатора для большинства действующих установок алкилирования используют жидкую фтористоводородную кислоту, на которую обычно ссылаются, как на HF.

На фигурах 1.4.3 и 1.4.4 в книге Handbook of Petroleum Refining Processes, под редакцией Robert A. Meyers, Second Edition, McGraw-Hill, New York, 1997, приведены технологические схемы процессов алкилирования в присутствии HF, включающие оборудование для регенерации продукта, предназначенное для выделения углеводородов из эффлюента реактора алкилирования. Длительная эксплуатация таких процессов получения моторного топлива и моющих средств показала, что использование HF является надежной и безопасной операцией. Необходимость безопасного удаления некоторых побочных продуктов, получаемых в таком процессе, обусловливает повышенную потребность в разработке технологии процесса алкилирования без использования жидкой HF в качестве катализатора. Так, например, в US-A-5672798 раскрывается алкилирование таких парафиновых углеводородов, как изобутан, такими олефиновыми углеводородами, как пропилен или бутены, в реакторе-стояке [riser-reactor], т.е. в реакторе с вертикальной трубой, реактор-стояк, с псевдоожиженным слоем твердого катализатора. Эффлюент из такого реактора-стояка содержит желаемый алкилированный продукт. Твердый катализатор отделяют и оставшуюся часть эффлюента из реактора направляют в оборудование для регенерации продукта.

В US-A-5672798 описывается ряд подходящих твердых катализаторов, содержащих кислоту Льюиса или обработанных ею, к числу которых относятся, например, широкопористый цеолит и такая кислота Льюиса, как трехфтористый бор и хлористый алюминий, широкопористое кристаллическое молекулярное сито и газообразная кислота Льюиса, кристаллический переходный оксид алюминия, обработанный кислотой Льюиса, промытый кислотой оксид кремния, обработанный пентафторидом сурьмы, и тугоплавкий неорганический оксид, импрегнированный одновалентным катионом, связанные поверхностные гидроксильные группы которого, по меньшей мере, частично прореагировали с фторидом, хлоридом или бромидом металла, используемым в реакции Фриделя-Крафтса. К недостаткам таких катализаторов можно отнести небольшие, но существенные скорости потери галогена при их использовании в условиях промышленных реакторов алкилирования. Постепенное удаление галогена приводит к изменению состава продукта и требует периодического пополнения содержания галогена в катализаторе. В некоторой степени потеря галогена является следствием его удаления с активных центров катализатора под действием изобутана, а также отложением тяжелых соединений на каталитически активных центрах. Используемый термин «тяжелые соединения» относится к молекулам с числом углеродных атомов, которое, по меньшей мере, на один углеродный атом выше, чем наибольшее число углеводородных атомов в молекулах, присутствие которых в алкилате является желательным.

Помимо потери галогена такие катализаторы демонстрируют нежелательно высокую скорость дезактивации при их использовании в промышленных условиях. Быстрое изменение активности предопределяет изменение состава продукта и требует периодической регенерации катализатора. Такая периодическая регенерация обычно достигается путем удаления дезактивированного катализатора из реакционной зоны, реактивации катализатора в отдельной зоне и возвращения реактивированного катализатора в зону реакции. В некоторой степени дезактивация может быть вызвана отложение тяжелых соединений на активных центрах катализатора. В US-A-5672798 описывается удаление отложений тяжелых углеводородов и, по меньшей мере, частичное восстановление активности катализатора путем его контактирования в ходе процесса с водородом с использованием двух отдельных и одновременных видов регенерации: мягкой жидкофазной промывки и горячего парофазного отпаривания. Отпаривание горячим паром заключается в контактировании катализатора с паровой фазой газового потока, обычно при температуре выше той, что используется в зоне алкилирования. Поскольку газовый поток содержит водород и контактирование осуществляется при повышенной температуре, отпаривание горячим паром также называют «водородной десорбцией» или «жесткой регенерацией». В US-A-5672798 также отмечается, что присутствие изобутана в газовом потоке обеспечивает желательное увеличение теплоемкости газа и тем самым повышает скорость нагрева катализатора. В результате такого отпаривания смесью водород-изобутан происходит удаление жидких углеводородов и отложений тяжелых соединений с поверхности катализатора и образование паровой фазы потока эффлюента из зоны регенерации, который подвергается конденсации и отделению, обеспечивая подачу регенерированных жидкостей в оборудование для регенерации продуктов и рециркуляцию водорода в зону жесткой регенерации.

В US-A-5310713 и US-A-5672798 описывается мягкая жидкофазная промывка катализатора предпочтительно с помощью субстрата алкилирования (например, изобутана). Такая промывка обычно осуществляется при более низкой температуре, чем жесткая регенерация, и такую операцию часто называют «мягкой регенерацией». В US-A-5310713 и US-A-5672798 описывается операция растворения водорода до его стехиометрически требуемого содержания в жидкофазном потоке в результате регулируемого добавления водорода. Для расчета стехиометрических условий в указанных патентах используется лабораторный анализ катализатора на определение количества отложений тяжелых углеводородов, исходя из предположения, что тяжелые углеводородные отложения состоят из моноолефиновых октенов. Часть такого водорода химически потребляется на насыщение ненасыщенных углеводородов на поверхности катализатора. В результате мягкой регенерации образуется реактивированный катализатор и жидкий эффлюент. Эффлюент со стадии мягкой регенерации обычно содержит водород в количестве до его точки насыщения.

Зоны жесткой и мягкой регенерации обычно содержат избыток водорода относительно того количества, которое реагирует с отложениями тяжелых углеводородов в рассматриваемой зоне. Водород, содержащийся в эффлюентах из таких зон, все еще может использоваться для регенерации катализатора. В связи с этим необходима разработка методов регенерации и рециркуляции водорода, присутствующего в эффлюентах из зоны регенерации.

Краткое содержание изобретения

Настоящее изобретение представляет собой способ алкилирования парафинов олефинами с использованием твердого катализатора и зоны регенерации катализатора, в котором поток, выходящий из реактора алкилирования, подается в зону фракционирования алкилата, а водородсодержащий поток со стадии регенерации проходит в зону фракционирования водорода. Непрореагировавшее сырье или галогенсодержащие вещества рециркулируют из зоны фракционирования алкилата в реактор алкилирования с целью сохранения содержания галогена в катализаторе, находящемся в реакторе алкилирования. В тоже время зона фракционирования водорода обеспечивает рециркуляцию молекулярного водорода в зону регенерации с целью реактивации катализатора. Зона фракционирования водорода препятствует смешиванию молекулярного водорода с эффлюентом из реактора и его поступлению в зону фракционирования алкилата, вследствие чего предотвращается рецикл водорода в реактор алкилирования. В соответствие с одним из воплощений изобретения в результате отделения молекулярного водорода в потоке со стадии регенерации от эффлюента из реактора в зоне фракционирования алкилата может создаваться рециркулирующий поток, содержащий непрореагировавшее парафиновое сырье или галогенсодержащие вещества при практическом отсутствии молекулярного водорода, т.е. содержащий менее 500 массовых ч./млн молекулярного водорода. Таким образом, зона фракционирования водорода обеспечивает максимальное использование молекулярного водорода на регенерацию и минимизирует попадание молекулярного водорода в реактор алкилирования.

Согласно US-A-5672798 поток со стадии мягкой регенерации, как и со стадии жесткой регенерации, не подается в зону фракционирования водорода, вследствие чего олефиновый алкилирующий агент используется весьма неэффективно. В соответствие с US-A-5672798 эффлюент со стадии мягкой регенерации объединяют с эффлюентом из реактора-стояка, и объединенные отходящие потоки подают в оборудование для регенерации продукта, при этом происходит неизбежное смешивание хлористого водорода, содержащегося в потоке из реактора-стояка, с молекулярным водородом, содержащимся в эффлюенте со стадии регенерации. Поскольку в условиях промышленного фракционирования молекулярный водород и хлористый водород обладают достаточно близкой летучестью, их трудно разделить в изостриппере, вследствие чего поток, выходящий сверху изостриппера, обычно содержит как молекулярный водород, так и хлористый водород. Вследствие этого рециркуляция верхнего потока на вход в реактор-стояк с целью пополнения содержания хлорида в катализаторе также обеспечивает рецикл молекулярного водорода на вход в реактор-стояк. Введение молекулярного водорода в позицию, в которой присутствует непрореагировавший олефин, ухудшает эксплуатационные показатели процесса алкилирования из-за возможности насыщения олефина молекулярным водородом, что приводит к потери его эффективности в качестве алкилирующего агента. В отличие от этого способ настоящего изобретения препятствует попаданию молекулярного водорода в зону фракционирования алкилата и способствует регенерации и рециркуляции молекулярного водорода, содержащегося в потоках, отходящих со стадий мягкой и/или жесткой регенерации, с целью эффективного использования алкилирующего агента. В соответствие с US-A-5672798 эффлюент со стадии жесткой регенерации подается в парожидкостной сепаратор, жидкая фаза тяжелых углеводородов отделяется от паровой фазы и жидкую фазу подают в традиционное оборудование для регенерации продукта. Однако в настоящем изобретении учитывается, что значительная часть молекулярного водорода, поступающего в парожидкостной сепаратор с отходящим потоком со стадии жесткой регенерации, выходит из него с жидкой, а не с паровой фазой, вследствие чего исключается попадание значительных и недопустимых количеств молекулярного водорода в изостриппер и далее в реактор-стояк.

Кроме этого, настоящее изобретение обеспечивает уменьшение капитальных и эксплуатационных затрат на изостриппер не только в результате предотвращения смешивания в нем молекулярного водорода и хлористого водорода, но также молекулярного водорода и субстрата алкилирования (например, изобутана). Общепринятый ввод изобутана в стехиометрическом избытке обычно приводит к его попаданию в эффлюент реакции алкилирования, вследствие чего с помощью изостриппера изобутан рециркулируют в зону реакции алкилирования. Отделение молекулярного водорода, подаваемого в изостриппер, от хлористого водорода и изобутана требует значительного увеличения числа тарелок изостриппера, особенно в его верхней секции, а также значительного увеличения мощности рибойлера. Согласно настоящему изобретению в результате использования зоны фракционирования водорода удается избежать расходов, связанных с использованием дополнительных тарелок и дополнительного нагревательного оборудования.

Основной целью настоящего изобретения является алкилирование парафинов олефинами с использованием способного к регенерации твердого катализатора, причем в этом процессе водород эффективно используется для регенерации, и исключаются любые нежелательные реакции водорода с олефинами. Настоящее изобретение хорошо адаптировано к процессам, проводимым с использованием твердого катализатора, в которых присутствие галогена обеспечивает сохранение эксплуатационных характеристик катализатора, поскольку в рассматриваемом изобретении может осуществляться рециркуляция галогенов с целью сохранения их содержания в катализаторе.

Таким образом, в соответствие с широким воплощением настоящее изобретение относится к процессу алкилирования, заключающемуся в пропускании первого сырьевого потока, содержащего парафиновый субстрат алкилирования и второго сырьевого потока, содержащего олефиновый алкилирующий агент, через зону реакции алкилирования. В зоне реакции алкилирования поддерживаются такие условия алкилирования, которые обеспечивают протекание реакции между парафиновым субстратом алкилирования и олефиновым алкилирующим агентом в присутствии твердого катализатора с образованием алкилата. Кроме этого, условия алкилирования обеспечивают отложение тяжелых соединений на поверхности твердого катализатора в зоне реакции алкилирования. Эффлюент реакции алкилирования, содержащий алкилат и парафиновый субстрат алкилирования, выводится из зоны реакции алкилирования. Первый поток катализатора, состоящий из твердого катализатора с отложением тяжелых соединений, также выводится из зоны реакции алкилирования. По меньшей мере, часть первого потока катализатора пропускается через зону первой регенерации. Твердый катализатор, поверхность которого покрыта тяжелыми соединениями, контактирует с молекулярным водородом в зоне первой регенерации при условиях первой регенерации, выбранных таким образом, чтобы обеспечить удаление, по меньшей мере, части тяжелых соединения с поверхности твердого катализатора с отложениями тяжелых соединений и, по меньшей мере, частично регенерировать твердый катализатор, на поверхности которого имеются отложения тяжелых соединений. Второй поток катализатора, содержащий, по меньшей мере, частично регенерированный твердый катализатор, выводится из зоны первой регенерации. По меньшей мере, часть второго потока катализатора подается в зону реакции алкилирования. Поток, отходящий с первой регенерации, содержащий молекулярный водород и тяжелые соединения, выводится из зоны первой регенерации. По меньшей мере, часть эффлюента первой регенерации подается в зону фракционирования водорода. Из зоны фракционирования водорода регенерируется обогащенный водородом поток, имеющий первую концентрацию молекулярного водорода. Поток, обедненный водородом, содержащий тяжелые соединения и имеющий вторую концентрацию молекулярного водорода, которая ниже первой концентрации молекулярного водорода, также выводится из зоны фракционирования водорода. По меньшей мере, часть потока, обогащенного водородом, подается в зону первой регенерации. По меньшей мере, часть эффлюента реакции алкилирования и, по меньшей мере, часть потока, обедненного водородом, пропускаются через зону фракционирования алкилата. Рециркулирующий поток, содержащий парафиновый субстрат алкилирования, выводится из зоны фракционирования алкилата. Первый сырьевой поток формируется, по меньшей мере, из части рециркулирующего потока. Алкилат регенерируется из зоны фракционирования алкилата.

Краткое описание чертежей

На фигурах 1-2 изображены технологические схемы двух воплощений настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Сырьем для способа настоящего изобретения служит субстрат алкилирования и алкилирующий агент. Субстратом алкилирования может служить практически любой углеводород, являющийся легко текучим жидкофазным материалом, способным алкилироваться в присутствии твердого катализатора при условиях, используемых в реакторе алкилирования. Субстратом алкилирования может служить ароматический углеводород, если целью является получение таких химических веществ, как эталбензол и кумол, или получение линейных алкилбензолов, которые подвергают сульфированию с образованием детергентов. Хотя бензол является наиболее интересным ароматическим объектом, также могут использоваться алкилзамещенные бензолы, главным образом системы с конденсироваными кольцами, и их алкилированные производные. Примерами таких ароматических соединений могут служить толуол, этилбензол, пропилбензол, и т.п.; ксилол, мезитилен, метилэтилбензол, и т.п.; нафталин, антрацен, фенантрен, метилнафталин, диметилнафталин и тетралин. Можно использовать более одного ароматического соединения. С другой стороны, если целью является получение моторных топлив, то субстратом алкилирования может служить парафиновый углеводород, например разветвленный парафин, содержащий 4-6 углеродных атомов. Примерами подходящих парафиновых углеводородов могут служить 2-метилпропан (обычно называемый изобутаном), 2-метилбутан (или изопентан), 2,3-диметилбутан, 2-метилпентан, и 3-метилпентан.

Субстрат алкилирования подвергают алкилированию алкилирующим агентом. В том случае, когда целью является получение таких химических веществ, как этилбензол или кумол, или получение моторных топлив, алкилирующий агент обычно представляет собой олефиновый углеводород, содержащий 2-6 углеродных атомов. Примеры таких олефинов включают этилен, пропилен, 1-бутен, цис-2-бутен, тран-2-бутен и изобутен. Однако для получения линейных алкилобензолов в качестве алкилирующего агента может использоваться олефиновый углеводород, содержащий 2-20 углеродных атомов, обычно 10-15 углеродных атомов. Можно использовать несколько олефинов. Алкилирующий агент может выбираться из различных соединений, отличных от олефинов, например из одноатомных спиртов. Подходящим спиртами являются этанол и метанол. Так, например, в литературе широко распространено описание применения метанола для метилирования бензола и толуола.

Рассматриваемый способ может осуществляться с использованием любого твердого, т.е. гетерогенного катализатора, который обладает стабильностью и проявляет требуемую активность и селективность в желаемой реакции в условиях, обеспечивающих в реакторе алкилирования поддержание реагентов в жидкой фазе. Кроме этого, такой катализатор должен обладать способностью к алкилированию субстрата алкилирования алкилирующим агентом и при этом обеспечивать образование потока, отходящего из реактора, который содержит не только алкилат, но и описанные ниже галогенсодержащие вещества. К катализаторам, удовлетворяющим таким требованиям», относятся катализаторы, содержащие галогенид, и катализаторы, промотированные галоидными соединениями. Однако следует иметь ввиду, что индивидуальные катализаторы указанных типов необязательно эквиваленты по их каталитической способности к алкилированию данного субстрата алкилирования данным алкилирующим агентом.

Настоящее изобретение применимо к большому числу процессов алкилирования углеводородов. Однако наиболее широко используемым в практике процессом алкилирования углеводородов, к которому адаптировано настоящее изобретение, является процесс алкилирования моторных топлив. В связи с этим, обсуждение изобретения, изложенного в настоящей заявке, сфокусировано на его применении в отношении каталитической системы для алкилирования моторных топлив. Подразумевается, что такое обсуждение не ограничивает область изобретения, указанную в формуле изобретения.

Для производства алкилированных моторных топлив предложено большое число катализаторов, включающих нецеолитные катализаторы и различные цеолитные катализаторы. Подходящими нецеолитными катализаторами являются сульфатированный оксид циркония и вольфрамированный оксид циркония. В качестве подходящих цеолитных катализаторов, например, в US-A-438416 описывается использование широкопористого цеолита и кислоты Льюиса. Упомянутые цеолиты включают ZSM-4, ZSM-3, фожазиты, включая цеолит Y, и морденит. В качестве кислоты Льюиса в рассматриваемой ссылке упомянуты трехфтористый бор и хлористый алюминий. До некоторой степени аналогичная каталитическая система, включающая широкопористое кристаллическое молекулярное сито, например столбовидный силикат, или алюмофосфат, либо алюмосиликатофосфат совместно с газообразной кислотой Льюиса, раскрыта в USA-4935577. В US-A-5157200 описывается катализатор, содержащий кристаллический переходный оксид алюминия, предпочтительно эта- или гамма-оксид алюминия, обработанный кислотой Льюиса в безводных условиях. В US-A-5157196 описывается суспендированный твердый катализатор, причем предпочтительный катализатор такого типа представляет собой промытый кислотой оксид кремния, обработанный пентафторидом сурьмы. В двух приведенных выше ссылках описывается ряд известных гетерогенных катализаторов алкилирования парафинов.

Предпочтительный катализатор алкилирования парафинов включает тугоплавкий неорганический оксид, пропитанный одновалентным катионом, в особенности катионом щелочного или щелочноземельного металла, связанные с поверхностью гидроксильные группы которого, по меньшей мере, частично подвергнуты химическому взаимодействию с галогенидом металла Фриделя-Крафтса. Аналоги таких катализаторов без катионов металла раскрыты в US-A-2999074 и 3318820, в которых также описаны методики получения предпочтительных катализаторов. Предпочтительным огнеупорным оксидом является оксид алюминия с площадью поверхности более 50 м²/г, однако предусматривается использование других оксидов, например оксида титана, оксида циркония, оксида кремния, оксида бора и фосфата алюминия. Предпочтительный катализатор также содержит металлический компонент, активный в отношении гидрирования олефина, нанесенный на неорганический оксид до реакции поверхностно связанных гидроксильных групп с галогенидами металла. Такой металл может выбираться из группы, состоящей из никеля, платины, палладия и рутения, причем первые три металла являются предпочтительными. Катализатор содержит один или более одновалентных катионов металла или щелочноземельного металла, выбранных из группы, состоящей из лития, натрия, калия, цезия, серебра, меди, бериллия, магния, кальция и бария. После нанесения таких металлов и контролируемого прокаливания полученной системы проводят реакцию композита с галогенидом металла Фриделя-Крафтса. В качестве металла может использоваться алюминий, цирконий, олово, тантал, галлий, сурьма или бор. Походящими галогенидами служат фториды, хлориды или бромиды.

В US-A-4489214 (J.R. Butler et al.) описано использование силикатов в качестве катализаторов алкилирования для производства моноалкибензолов и их используют для метилирования толуола с получением пара-ксилола в US-A-4444989 (F.E.Herkes). В US- А-3751506 описывается использование цеолитов ZSM-5 для алкилирования ароматических соединений. ZSM-5 цеолиты, обработанные одним или более соединениями или элементами для улучшения их селективности в пара-селективном алкилировании ароматических углеводородов, описаны в US-A-4420418. Использование цеолита L, цеолита омега и цеолита бета в качестве катализаторов селективного алкилирования бензола описано в US-A-4301316. Применение ряда природных и синтетических цеолитов, включающих клиноптилолит и цеолит Y, в качестве катализаторов алкилирования описано в US-A-3251897.

Катализатор может иметь любую форму и размер, обеспечивающие твердый легкотекучий катализатор как в сухом, так и во влажном состоянии, способный легко сжижаться при умеренных скоростях потока жидкости, используемых в таком транспортном реакторе, как реактор-стояк. Такие катализаторы могут использоваться в виде мелких частиц нерегулярной формы или частиц однородной формы. Предпочтительно использовать катализатор в виде «микросфер» со средним диаметром 0,1-2,0 мм и более предпочтительно менее 1,0 мм.

Обычно катализатор применяют в транспортном реакторе. Транспортные реакторы широко используются для переработки углеводородов. В транспортном реакторе осуществляется движение всего каталитического слоя. В этом отношении транспортный реактор может быть противопоставлен реактору с неподвижным слоем катализатора и реактору с кипящим слоем катализатора. В реакторе с неподвижным слоем катализатора частицы катализатора неподвижны, а в реакторе с кипящим слоем частицы катализатора суспендированы в жидкости, однако скорость их оседания уравновешена скоростью движущегося вверх потока жидкости, вследствие чего каталитический слой в целом является неподвижным. Хотя обычно катализатор движется через транспортный реактор в восходящем направлении, направление движения может быть нисходящим, горизонтальным, занимать промежуточное положение между вертикальным и горизонтальным или представлять собой их комбинацию.

В том случае, когда имеют дело с восходящим движением катализатора через транспортный реактор, такой транспортный реактор часто называют реактором-стояком. Такие реакторы часто используются в процессах переработки углеводородов, например в процессах крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора, и недавно они начали использоваться в процессе алкилирования моторных топлив с псевдоожиженным слоем твердого катализатора. Согласно традиционной конструкции жидкий углеводородный реагент захватывает катализатор конверсии твердых углеводородов из нижней части реактора-стояка и транспортирует его в псевдоожиженном состоянии в верхнюю часть реактора. Поток, содержащий катализатор, углеводородные продукты, побочные продукты и непрореагировавшие реагенты в случае их наличия, поступает сверху реактора-стояка в зону сепарации. Углеводороды и катализатор разделяются в зоне сепарации, причем углеводороды выводятся через верхнюю часть реактора с целью регенерации, а катализатор опускается под действием силы тяжести в нижнюю часть зоны сепарации. Несмотря на возможную дезактивацию катализатора в реакторе-стояке часть катализатора, собираемая в нижней части зоны сепарации, обычно сохраняет достаточную активность, позволяющую повторное использование катализаторе в реакторе-стояке без его вывода из зоны сепарации с целью регенерации. Такой все еще активный катализатор рециркулируют по линии рециркуляции из нижней части зоны сепарации в нижнюю часть реактора-стояка, где катализатор вновь приводится в контакт с реагентами.

Имеется несколько способов для регулирования ввода реагентов и рециркуляции катализатора в нижнюю часть реактора-стояка. Так, например, в US-A-5489732 (Zhang et al.) описывается вариант, в котором изопарафины и олефины вводятся в нижнюю часть реактора-стояка, а подача катализатор по линии рециркуляции в нижнюю часть реактора-стояка регулируется такими средствами, как золотниковые клапаны, клапаны других типов, затворные воронки, средства контроля потока жидкости (обратный поток жидкости), шнековые конвейеры и L-клапаны. В рассматриваемом патенте также указывается, что один из реагентов, изобутан, также может вводиться в линию рециркуляции для отвода побочно образующегося водорода с поверхности рециркулирующего катализатора.

Подходящие условия эксплуатации реактора-стояка включают температуру в интервале -50°-100°С, предпочтительно 0-40°С, и давление, требуемое для того, чтобы углеводороды находились в жидкой фазе. Для этого предпочтительно использоваться умеренное давление в интервале 1380-4830 кПа, более предпочтительно 3100-4140 кПа. Обычно массовое соотношение между количеством катализатора и олефина в реакторе-стояке составляет 3-10. Время пребывания жидкости в реакторе-стояке обычно составляет 60-150 секунд, а время пребывания катализатора 90-300 секунд. Предпочтительная конструкция и режим работы ректора-стояка предусматривают структурное течение (минимальное обратное смешивание) реагентов, продуктов и катализатора. Однако для обеспечения транспорта катализатора скорость восходящего потока жидкости должна быть выше скорости потока катализатора.

Обычно предпочтительно, чтобы реактор-стояк работал в условиях избытка углеводородного субстрата относительно количества алкилирующего агента. Предпочтительно, чтобы соотношение между парафиновым или ароматическим углеводородным субстратом и олефиновым алкилирующим агентом на входе в реактор или трубку реактора, измеренное по объемным скоростям на входе в реактор-стояк, было выше 1:1, причем более предпочтительное соотношение лежит в интервале 5:1-20:1 или выше. Весьма предпочтительно, чтобы процесс алкилирования моторного топлива проводился в условиях избытка изопарафина относительно количества алкилирующего агента. В особенности предпочтительно, чтобы молярное соотношение между изопарафином и олефином, загружаемыми в реактор-стояк, было выше 2:1, более предпочтительно выше 8:1. Для алкилирования моторного топлива могут использоваться соотношения выше 10:1, однако соотношения порядка 100:1 или выше обычно считаются неэкономными. Инжекция олефина в ряд позиций по пути движения углеводорода через вертикальный реактор может использоваться для поддержания высокого среднего соотношения между количеством парафина и олефина и предпочтительно использовать три точки инжекции помимо введения олефина в нижнюю часть реактора-стояка. Как правило, по длине реактора-стояка располагаются четыре или более точки, в которые подается олефин. Эффлюент реакции алкилирования обычно содержит желаемый продукт алкилирования (алкилат), побочные продукты и непрореагировавшее сырье. Так, например, в способе производства моторного топлива путем алкилирования бутенов изобутаном, в эффлюенте реакции алкилирования обычно содержатся углеводороды из 1-12 углеродных атомов, включающие метан, этан, пропан, пропен, бутаны, бутены, пентаны, пентены, гексаны, гептаны, октаны, нонаны, деканы, ундеканы и додеканы. Кроме этого, эффлюент реакции алкилирования обычно включает галогенсодержащие соединения, которые присутствуют в количестве более 250 мас.ч./млн галогена, обычно 1000-10000 мас.ч./млн галогена в расчете на массу эффлюента реакции алкилирования.

Галогенсодержащие соединения в эффлюенте реакции алкилирования могут представлять собой любые галогенсодержащие соединения, которые не могут быть легко отделены от молекулярного водорода путем фракционирования. Термин «не могут быть легко отделены от молекулярного водорода путем фракционирования» подразумевает столь малое различие в летучести между молекулярным водородом и галогенсодержащими веществами при рабочем давлении в колонне, что для образования флегмы требуется нежелательно низкая температура (например, менее 0°С), или для выкипания требуется чрезмерно высокая температура (например, выше 260°С), либо для обеспечения желательного разделения молекулярного водорода и галогенсодержащих соединений требуется очень большое число ступеней фракционирования (например, более 20 теоретических ступеней). Примерами галогенсодержащих веществ могут служить молекулярный фтор, молекулярный хлор, молекулярный бром, фтористый водород, хлористый водород и бромистый водород.

Катализатор, используемый в зоне реакции алкилирования, выводят из системы и подвергают мягкой регенерации, жесткой регенерации или обеим операциям. В том случае, когда извлеченный катализатор подвергают как мягкой, так и жесткой регенерации, зоны мягкой и жесткой регенерации могут располагаться параллельно, в результате чего одна порция катализатора подвергается мягкой регенерации, другая порция катализатора подвергается жесткой регенерации и каждая из таких порций после регенерации возвращается в зону реакции алкилирования. Согласно другому варианту зоны мягкой и жесткой регенерации могут располагаться последовательно, в результате чего часть катализатора, подвергнутая мягкой регенерации, затем подвергается жесткой регенерации.

Мягкая регенерация заключается в контактировании катализатора в зоне регенерации с углеводородом, находящимся в жидкой фазе, предпочтительно представляющим собой такой субстрат алкилирования, как изобутан. Среднее время пребывания частиц катализатора в зоне регенерации жидким углеводородом предпочтительно составляет 2-20 минут. Хотя зона жидкофазной или мягкой регенерации может находиться в отдельном сосуде или трубе, сообщающимися с зоной реакции, мягкую регенерацию предпочтительно проводить в том же сосуде, что включает реакционную зону при условии, что зона мягкой регенерации отделена от зоны реакции перегородками или дефлекторами. Температура и давление, используемые в зоне регенерации, имеют значения, близкие соответствующим значениям на выходе из зоны реакции. Катализатор обрабатывают молекулярным водородом при парциальном давлении 6,89-13790 кПа (г). Температура, при которой катализатор обрабатывают молекулярным водородом, имеет значение в интервале 10-300°С. Продолжительность регенерации обратно пропорциональна используемой температуре. Следовательно, более высокие температуры благоприятны в том случае, если желательно уменьшить время регенерации и по этой причине можно использовать температуры даже выше 300°С, хотя это не рекомендуется. Однако другие факторы благоприятствуют низкотемпературной регенерации. Регенерацию желательно проводить в условиях процесса алкилирования, поскольку в этом случае исключаются расходы, связанные с нагреванием и охлаждением, и операция становится более простой и легкой. Хотя регенерацию можно проводить в температурном интервале 10-200°С, предпочтительные температуры лежат в интервале 38-66°С. Для восстановления активности катализатора достаточно проводить регенерацию примерно в течение 20 минут.

Поток, отходящий из зоны мягкой регенерации, обычно содержит молекулярный водород и углеводород, которые вводились в зону мягкой регенерации для осуществления регенерации в мягких условиях. Углеводород, вводимый в процесс алкилирования моторного топлива, обычно представляет собой изобутан. Обычно эффлюент из зоны мягкой регенерации содержит более 0,5% мол. водорода, однако поскольку в процессе мягкой регенерации также используется введенный углеводород, содержание водорода в потоке, отходящем из зоны мягкой регенерации, обычно составляет не более 10% мол. как правило, не более 5% мол. Концентрация углеводорода в эффлюенте мягкой регенерации, который вводится для осуществления мягкой регенерации и обычно представляет собой субстрат алкилирования (например, изобутан), обычно составляет 60-90% мол. Оставшаяся часть эффлюента из зоны регенерации включает соединения, удаляемые с поверхности катализатора в ходе мягкой регенерации. Такие соединения могут представлять собой любые углеводороды, присутствующие в зоне реакции алкилирования, и включают субстрат алкилирования и алкилированный продукт, а также тяжелые соединения, причем относительная концентрация каждого из таких соединений в эффлюенте мягкой регенерации примерно равна их концентрации в эффленте реакции алкилирования. Концентрация алкилата в эффлюенте мягкой регенерации обычно составляет менее 5% мол. а концентрация тяжелых соединений обычно составляет менее 1% мол.

Жесткая регенерация заключается в контактировании катализатора с паровой фазой газового потока при относительно высокой температуре, или с жидкой фазой, или смешанной жидкостно-паровой фазой при относительно низкой температуре. В зоне проведения жесткой регенерации создаются такие условия, которые обеспечивают более длительное время пребывания частиц катализатора, чем в стади