(57)【要約】【課題】アルキル化における酸及び炭化水素の逆カスケード化の提供。【解決手段】酸及び炭化水素が逆方向に流れるカスケード反応器スキーム。本明細書中のオレフィンをアルキル化するシステム及びプロセスは、第１のオレフィンを第１のアルキル化ゾーンへ、第２のオレフィンを第２のアルキル化ゾーンへ供給する工程を有していてもよい。イソパラフィンを第１のアルキル化ゾーンへ供給してもよい。第１のアルキル化ゾーンにおいてイソパラフィン及び第１のオレフィンを部分廃硫酸と接触させて、廃酸相と、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第１の炭化水素相とを形成してもよい。第２のアルキル化ゾーンにおいて第１の炭化水素相及び第２のオレフィンを硫酸フィードと接触させて、同じくアルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第２の炭化水素相と、第１のアルキル化ゾーンに供給される部分廃硫酸とを形成してもよい。更に、第２の炭化水素相を分離して、イソパラフィン画分及びアルキレート生成物画分を回収してもよい。【選択図】図２
2021522304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オレフィンをアルキル化するプロセスであって、
第１のオレフィンを第１のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、
上記第１のオレフィンと同じ又は異なっていてもよい第２のオレフィンを第２のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、
イソパラフィンを上記第１のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、
アルキル化条件下、上記第１のアルキル化ゾーンにおいて上記イソパラフィン及び上記第１のオレフィンを部分廃硫酸と接触させて、廃酸相と、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第１の炭化水素相とを形成する工程と、
アルキル化条件下、上記第２のアルキル化ゾーンにおいて上記第１の炭化水素相及び上記第２のオレフィンを硫酸フィードと接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第２の炭化水素相と、上記第１のアルキル化ゾーンに供給される上記部分廃硫酸とを形成する工程と、
上記第２の炭化水素相を分離して、イソパラフィン画分及びアルキレート生成物画分を回収する工程と
を有するプロセス。
【請求項２】
上記第１の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比は、上記第２の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比より大きい、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
上記第１の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比は、上記第２の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比の少なくとも１．５倍である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
上記第１の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比は、上記第２の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比の少なくとも１．７５倍である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５】
上記第１の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比は、上記第２の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比の少なくとも２倍である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
上記第１及び第２のアルキル化ゾーンにおける上記アルキル化条件として、上記第１のアルキル化ゾーンの反応温度が上記第２のアルキル化ゾーンの反応温度より低い、請求項１に記載のプロセス。
【請求項７】
上記第１のオレフィンはＣ３及び／又はＣ４及び／又はＣＳオレフィンを含み、上記第２のオレフィンはＣ３及び／又はＣ４及び／又はＣＳオレフィンを含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項８】
イソパラフィンを上記第２のアルキル化ゾーンへ供給する工程を更に有する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
酸を直接上記第１のアルキル化ゾーンへ供給する工程を更に有する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１０】
オレフィンをアルキル化するプロセスであって、
ＣＳオレフィン含有フィードを第１のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、
Ｃ４オレフィン含有フィードを第２のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、
Ｃ３オレフィン含有フィードを第３のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、
イソパラフィンを上記第１のアルキル化反応器へ供給する工程と、
アルキル化条件下、上記第１のアルキル化ゾーンにおいて上記イソパラフィン及び上記ＣＳオレフィンを第２の部分廃硫酸と接触させて、廃酸相と、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第１の炭化水素相とを形成する工程と、
アルキル化条件下、上記第２のアルキル化ゾーンにおいて上記第１の炭化水素相及び上記Ｃ４オレフィンを第１の部分廃硫酸と接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第２の炭化水素相と、上記第１のアルキル化ゾーンに供給される上記第２の部分廃硫酸とを形成する工程と、
アルキル化条件下、上記第３のアルキル化ゾーンにおいて上記第２の炭化水素相及び上記Ｃ３オレフィンを新硫酸フィードと接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第３の炭化水素相と、上記第２のアルキル化ゾーンに供給される上記第１の部分廃硫酸とを形成する工程と、
上記第３の炭化水素相を分離して、イソパラフィン画分及びアルキレート生成物画分を回収する工程と
を有するプロセス。
【請求項１１】
上記第１の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比は、上記第２の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比より大きく、上記第２の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比は、上記第３の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比より大きい（ｌＲ１：０Ｒ１＞ＩＲ２：０Ｒ２＞ＪＲ３：０Ｒ３）、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１２】
上記第１及び第２のアルキル化ゾーンにおける上記アルキル化条件として、上記第１のアルキル化ゾーンの反応温度が上記第２のアルキル化ゾーンの反応温度より低く、上記第２及び第３のアルキル化ゾーンにおける上記アルキル化条件として、上記第２のアルキル化ゾーンの反応温度が上記第３のアルキル化ゾーンの反応温度より低い（ＴＲ１＞ＴＲ２＞ＴＲ３）、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１３】
イソパラフィンを上記第２のアルキル化ゾーン及び上記第３のアルキル化ゾーンへ供給する工程を更に有する、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１４】
酸を直接上記第１のアルキル化ゾーン及び／又は上記第２のアルキル化ゾーンへ供給する工程を更に有する、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１５】
上記第１のアルキル化ゾーンへの全酸フィードの酸強度を、上記第３のアルキル化ゾーンへの全酸フィードの酸強度より低く保持する工程を更に有する、請求項１０に記載のプロセス。
【請求項１６】
オレフィンをアルキル化するプロセスであって、
ＣＳオレフィン含有フィードを第１のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、
Ｃ４オレフィン含有フィードを第２のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、
Ｃ３オレフィン含有フィードを第３のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、
イソパラフィンを上記第１のアルキル化反応器へ供給する工程と、
アルキル化条件下、上記第１のアルキル化ゾーンにおいて上記イソパラフィン及び上記ＣＳオレフィンを第１の部分廃硫酸と接触させて、第２の部分廃酸相と、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第１の炭化水素相とを形成する工程と、
アルキル化条件下、上記第２のアルキル化ゾーンにおいて上記第１の炭化水素相及び上記Ｃ４オレフィンを上記第２の部分廃硫酸と接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第２の炭化水素相と、廃硫酸とを形成する工程と、
アルキル化条件下、上記第３のアルキル化ゾーンにおいて上記第２の炭化水素相及び上記Ｃ３オレフィンを新硫酸フィードと接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第３の炭化水素相と、上記第１のアルキル化ゾーンに供給される上記第１の部分廃硫酸とを形成する工程と、
上記第３の炭化水素相を分離して、イソパラフィン画分及びアルキレート生成物画分を回収する工程と
を有するプロセス。
【請求項１７】
上記第１又は第２の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比は、上記第３の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比より大きい、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項１８】
上記第１、第２、及び第３のアルキル化ゾーンにおける上記アルキル化条件として、上記第１又は第２のアルキル化ゾーンの反応温度が上記第３のアルキル化ゾーンの反応温度より低い、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項１９】
イソパラフィンを上記第２のアルキル化ゾーン及び／又は上記第３のアルキル化ゾーンへ供給する工程を更に有する、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項２０】
酸を直接上記第１のアルキル化ゾーン及び／又は上記第２のアルキル化ゾーンへ供給する工程を更に有する、請求項１６に記載のプロセス。
【請求項２１】
オレフィンをアルキル化するプロセスであって、
第１のオレフィンを第１のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、
上記第１のオレフィンと同じ又は異なっていてもよい第２のオレフィンを第２のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、
上記第１及び／又は第２のオレフィンと同じ又は異なっていてもよい第３のオレフィンを第３のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、
イソパラフィンを上記第１のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、
アルキル化条件下、上記第１のアルキル化ゾーンにおいて上記イソパラフィン及び上記第１のオレフィンを第２の部分廃硫酸と接触させて、廃酸相と、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第１の炭化水素相とを形成する工程と、
アルキル化条件下、上記第２のアルキル化ゾーンにおいて上記第１の炭化水素相及び上記第２のオレフィンを第１の部分廃硫酸フィードと接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第２の炭化水素相と、上記第１のアルキル化ゾーンに供給される上記第２の部分廃硫酸とを形成する工程と、
アルキル化条件下、上記第３のアルキル化ゾーンにおいて上記第２の炭化水素相及び上記第３のオレフィンを硫酸フィードと接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第３の炭化水素相と、上記第２のアルキル化ゾーンに供給される上記第１の部分廃硫酸とを形成する工程と、
上記第３の炭化水素相を分離して、イソパラフィン画分及びアルキレート生成物画分を回収する工程と
を有するプロセス。
【請求項２２】
オレフィンをアルキル化するプロセスであって、
第１のオレフィンを第１のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、
上記第１のオレフィンと同じ又は異なっていてもよい第２のオレフィンを第２のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、
上記第１及び／又は第２のオレフィンと同じ又は異なっていてもよい第３のオレフィンを第３のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、
イソパラフィンを上記第１のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、
アルキル化条件下、上記第１のアルキル化ゾーンにおいて上記イソパラフィン及び上記第１のオレフィンを第１の部分廃硫酸と接触させて、第２の部分廃酸相と、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第１の炭化水素相とを形成する工程と、
アルキル化条件下、上記第２のアルキル化ゾーンにおいて上記第１の炭化水素相及び上記第２のオレフィンを上記第２の部分廃硫酸フィードと接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第２の炭化水素相と、廃硫酸相とを形成する工程と、
アルキル化条件下、上記第３のアルキル化ゾーンにおいて上記第２の炭化水素相及び上記第３のオレフィンを硫酸フィードと接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第３の炭化水素相と、上記第１のアルキル化ゾーンに供給される上記第１の部分廃硫酸とを形成する工程と、
上記第３の炭化水素相を分離して、イソパラフィン画分及びアルキレート生成物画分を回収する工程と
を有するプロセス。
【請求項２３】
オレフィンをアルキル化するシステムであって、
第１のオレフィンを第１のアルキル化ゾーンへ供給する第１のフローラインと、
上記第１のオレフィンと同じ又は異なっていてもよい第２のオレフィンを第２のアルキル化ゾーンへ供給する第２のフローラインと、
イソパラフィンを上記第１のアルキル化ゾーンへ供給する第３のフローラインと、
アルキル化条件下、上記イソパラフィン及び上記第１のオレフィンを部分廃硫酸と接触させて、廃酸相と、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第１の炭化水素相とを形成する第１のアルキル化ゾーンと、
アルキル化条件下、上記第１の炭化水素相及び上記第２のオレフィンを新硫酸フィードと接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第２の炭化水素相と、上記第１のアルキル化ゾーンに供給される上記部分廃硫酸とを形成する第２のアルキル化ゾーンと、
上記第２の炭化水素相を分離して、イソパラフィン画分及びアルキレート生成物画分を回収するセパレーターと
を有するシステム。
【請求項２４】
オレフィンをアルキル化するシステムであって、
アルキル化条件下、イソパラフィンフィード及びＣＳオレフィン含有フィードを第２の部分廃硫酸と接触させて、廃酸相と、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第１の炭化水素相とを形成する第１のアルキル化ゾーンと、
アルキル化条件下、上記第１の炭化水素相及びＣ４オレフィンを第１の部分廃硫酸と接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第２の炭化水素相と、上記第１のアルキル化ゾーンに供給される上記第２の部分廃硫酸とを形成する第２のアルキル化ゾーンと、
アルキル化条件下、上記第２の炭化水素相及びＣ３オレフィンを新硫酸フィードと接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第３の炭化水素相と、上記第２のアルキル化ゾーンに供給される上記第１の部分廃硫酸とを形成する第３のアルキル化ゾーンと、
上記第３の炭化水素相を分離して、イソパラフィン画分及びアルキレート生成物画分を回収するセパレーターと
を有するシステム。
【請求項２５】
オレフィンをアルキル化するシステムであって、
ＣＳオレフィン含有フィードを第１のアルキル化ゾーンへ供給するフローラインと、
Ｃ４オレフィン含有フィードを第２のアルキル化ゾーンへ供給するフローラインと、
Ｃ３オレフィン含有フィードを第３のアルキル化ゾーンへ供給するフローラインと、
アルキル化条件下、イソパラフィン及び上記ＣＳオレフィンを第１の部分廃硫酸と接触させて、第２の部分廃酸相と、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第１の炭化水素相とを形成する第１のアルキル化ゾーンと、
アルキル化条件下、上記第１の炭化水素相及び上記Ｃ４オレフィンを上記第２の部分廃硫酸と接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第２の炭化水素相と、供給される廃硫酸とを形成する第２のアルキル化ゾーンと、
アルキル化条件下、上記第２の炭化水素相及び上記Ｃ３オレフィンを新硫酸フィードと接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第３の炭化水素相と、上記第１のアルキル化ゾーンに供給される上記第１の部分廃硫酸とを形成する第３のアルキル化ゾーンと、
上記第３の炭化水素相を分離して、イソパラフィン画分及びアルキレート生成物画分を回収するセパレーターと
を有するシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
イソパラフィン−オレフィンアルキル化プロセスは、オクタン価が高い高分岐炭化水素の製造への重要なルートである。アルキル化は、強酸存在下におけるパラフィン（通常はイソパラフィン）とオレフィンとの反応であり、それにより、出発材料よりもオクタン価が高く、ガソリン範囲で沸騰するパラフィン等が製造される。石油精製において、アルキル化反応は一般に、Ｃ３〜Ｃｓオレフィンとイソブタン及び／又はイソペンタンとの反応である。精製アルキル化では、フッ化水素酸又は硫酸触媒が一般的に使用される。典型的なプロセスでは、反応は、炭化水素反応物が連続した酸相に分散している反応器で実施される。
【０００２】
アルキル化プロセスの間、水、酸可溶性油（ＡＳＯ）、及び他のオレフィン反応由来の化学中間体によって酸が希釈される。従って、連続した酸フローによって所望の酸濃度を保持し、水、ＡＳＯ、及び酸可溶性中間体をパージする必要がある。酸消費や、酸の取り扱い及び廃酸の再生に関する運転コストを低減することが強く望まれている。
【０００３】
また、アルキル化プロセス中、アルキル硫酸塩が形成される。硫酸塩が除去されなければ、下流の機器で腐食や付着が引き起こされると共に、アルキレート生成物中の硫黄分が高くなる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書中の実施形態は、硫酸の存在下、イソパラフィンでオレフィンをアルキル化するシステム及びプロセスに関する。より具体的には、本明細書中の実施形態は、酸及び炭化水素が反応器間で逆方向にカスケード化される別々の反応器でオレフィンが処理されるアルキル化プロセススキームに関する。本明細書中の実施形態によって、酸消費が低減し、アルキレートオクタン価が増大し、ユーティリティ要件が削減され、且つ得られるアルキレート生成物中の硫黄濃度が低下することが見出された。
【０００５】
一態様において、本明細書中に開示した実施形態は、Ｃ３〜Ｃ５炭化水素からアルキレートを製造するプロセスに関する。オレフィンをアルキル化する上記プロセスは、第１のオレフィンを第１のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、上記第１のオレフィンと同じ又は異なっていてもよい第２のオレフィンを第２のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、イソパラフィンを上記第１のアルキル化ゾーンへ供給する工程とを有していてもよい。アルキル化条件下、上記第１のアルキル化ゾーンにおいて上記イソパラフィン及び上記第１のオレフィンを部分廃硫酸と接触させて、廃酸相と、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第１の炭化水素相とを形成してもよい。アルキル化条件下、上記第２のアルキル化ゾーンにおいて上記第１の炭化水素相及び上記第２のオレフィンを硫酸フィードと接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第２の炭化水素相と、上記第１のアルキル化ゾーンに供給される上記部分廃硫酸とを形成してもよい。更に、上記第２の炭化水素相を分離して、イソパラフィン画分及びアルキレート生成物画分を回収してもよい。
【０００６】
いくつかの実施形態において、上記第１の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比は、上記第２の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比より大きい。別の実施形態において、上記第１の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比は、上記第２の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比の少なくとも１．５倍である。更に別の実施形態において、上記第１の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比は、上記第２の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比の少なくとも１．７５倍である。更に別の実施形態において、上記第１の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比は、上記第２の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比の少なくとも２倍である。
【０００７】
いくつかの実施形態において、上記第１及び第２のアルキル化ゾーンにおける上記アルキル化条件として、上記第１のアルキル化ゾーンの反応温度が上記第２のアルキル化ゾーンの反応温度より低い。上記第１のオレフィンはＣ３及び／又はＣ４及び／又はＣ５オレフィンを含んでいてもよく、上記第２のオレフィンはＣ３及び／又はＣ４及び／又はＣ５オレフィンを含んでいてもよい。
【０００８】
いくつかの実施形態において、本明細書中のプロセスは、イソパラフィンを上記第２のアルキル化ゾーンへ供給する工程を更に有していてもよい。それに加えて又はそれに代えて、本明細書中のプロセスは、酸を直接上記第１のアルキル化ゾーンへ供給する工程を有していてもよい。
【０００９】
別の態様において、本明細書中に開示した実施形態は、Ｃ３〜ＣＳ炭化水素からアルキレートを製造するプロセスに関する。オレフィンをアルキル化する上記プロセスは、ＣＳオレフィン含有フィードを第１のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、Ｃ４オレフィン含有フィードを第２のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、Ｃ３オレフィン含有フィードを第３のアルキル化ゾーンへ供給する工程とを有していてもよい。イソパラフィンを上記第１のアルキル化反応器へ供給してもよい。アルキル化条件下、上記第１のアルキル化ゾーンにおいて上記イソパラフィン及び上記ＣＳオレフィンを第２の部分廃硫酸と接触させて、廃酸相と、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第１の炭化水素相とを形成してもよい。アルキル化条件下、上記第２のアルキル化ゾーンにおいて上記第１の炭化水素相及び上記Ｃ４オレフィンを第１の部分廃硫酸と接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第２の炭化水素相と、上記第１のアルキル化ゾーンに供給される上記第２の部分廃硫酸とを形成してもよい。アルキル化条件下、上記第３のアルキル化ゾーンにおいて上記第２の炭化水素相及び上記Ｃ３オレフィンを新硫酸フィードと接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第３の炭化水素相と、上記第２のアルキル化ゾーンに供給される上記第１の部分廃硫酸とを形成してもよい。上記第３の炭化水素相を分離して、イソパラフィン画分及びアルキレート生成物画分を回収してもよい。
【００１０】
いくつかの実施形態において、上記第１の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比は、上記第２の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比より大きくてもよく、上記第２の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比は、上記第３の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比より大きくてもよい（ＩＲＩ：ＯＲ１＞ＩＲ２：０Ｒ２＞ＩＲ３：０Ｒ３）。別の実施形態において、上記第１及び第２のアルキル化ゾーンにおける上記アルキル化条件として、上記第１のアルキル化ゾーンの反応温度が上記第２のアルキル化ゾーンの反応温度より低く、上記第２及び第３のアルキル化ゾーンにおける上記アルキル化条件として、上記第２のアルキル化ゾーンの反応温度が上記第３のアルキル化ゾーンの反応温度より低い（ＴＲ１＞ＴＲ２＞ＴＲ３）。
【００１１】
いくつかの実施形態において、本明細書中のプロセスは、イソパラフィンを上記第２のアルキル化ゾーン及び／又は上記第３のアルキル化ゾーンへ供給する工程を更に有していてもよい。それに加えて又はそれに代えて、本明細書中のプロセスは、酸を直接上記第１のアルキル化ゾーン及び／又は上記第２のアルキル化ゾーンへ供給する工程を有していてもよい。上記プロセスは、上記第１のアルキル化ゾーンへの全酸フィードの酸強度を、上記第３のアルキル化ゾーンへの全酸フィードの酸強度より低く保持する工程を更に有していてもよい。
【００１２】
一態様において、本明細書中に開示した実施形態は、Ｃ３〜ＣＳ炭化水素からアルキレートを製造するプロセスに関する。オレフィンをアルキル化する上記プロセスは、ＣＳオレフィン含有フィードを第１のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、Ｃ４オレフィン含有フィードを第２のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、Ｃ３オレフィン含有フィードを第３のアルキル化ゾーンへ供給する工程と、イソパラフィンを上記第１のアルキル化反応器へ供給する工程とを有していてもよい。アルキル化条件下、上記第１のアルキル化ゾーンにおいて上記イソパラフィン及び上記ＣＳオレフィンを第１の部分廃硫酸と接触させて、第２の部分廃酸相と、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第１の炭化水素相とを形成してもよい。アルキル化条件下、上記第２のアルキル化ゾーンにおいて上記第１の炭化水素相及び上記Ｃ４オレフィンを上記第２の部分廃硫酸と接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第２の炭化水素相と、廃硫酸とを形成してもよい。アルキル化条件下、上記第３のアルキル化ゾーンにおいて上記第２の炭化水素相及び上記Ｃ３オレフィンを新硫酸フィードと接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第３の炭化水素相と、上記第１のアルキル化ゾーンに供給される上記第１の部分廃硫酸とを形成してもよい。上記第３の炭化水素相を分離して、イソパラフィン画分及びアルキレート生成物画分を回収してもよい。
【００１３】
別の態様において、本明細書中に開示した実施形態は、Ｃ３〜ＣＳ炭化水素からアルキレートを製造するシステムに関する。オレフィンをアルキル化する上記システムは、第１のオレフィンを第１のアルキル化ゾーンへ供給する第１のフローラインと、上記第１のオレフィンと同じ又は異なっていてもよい第２のオレフィンを第２のアルキル化ゾーンへ供給する第２のフローラインと、イソパラフィンを上記第１のアルキル化ゾーンへ供給する第３のフローラインとを有していてもよい。アルキル化条件下、上記イソパラフィン及び上記第１のオレフィンを部分廃硫酸と接触させて、廃酸相と、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第１の炭化水素相とを形成する第１のアルキル化ゾーンを使用してもよい。アルキル化条件下、上記第１の炭化水素相及び上記第２のオレフィンを新硫酸フィードと接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第２の炭化水素相と、上記第１のアルキル化ゾーンに供給される上記部分廃硫酸とを形成する第２のアルキル化ゾーンを備えていてもよい。更に、本明細書中のシステムは、上記第２の炭化水素相を分離して、イソパラフィン画分及びアルキレート生成物画分を回収するセパレーターを有していてもよい。
【００１４】
別の態様において、本明細書中に開示した実施形態は、Ｃ３〜Ｃ５炭化水素からアルキレートを製造するシステムに関する。オレフィンをアルキル化する上記システムは、アルキル化条件下、イソパラフィンフィード及びＣ５オレフィン含有フィードを第２の部分廃硫酸と接触させて、廃酸相と、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第１の炭化水素相とを形成する第１のアルキル化ゾーンを有していてもよい。上記システムはまた、アルキル化条件下、上記第１の炭化水素相及びＣ４オレフィンを第１の部分廃硫酸と接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第２の炭化水素相と、上記第１のアルキル化ゾーンに供給される上記第２の部分廃硫酸とを形成する第２のアルキル化ゾーンを有していてもよい。更に、上記システムは、アルキル化条件下、上記第２の炭化水素相及びＣ３オレフィンを新硫酸フィードと接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第３の炭化水素相と、上記第２のアルキル化ゾーンに供給される上記第１の部分廃硫酸とを形成する第３のアルキル化ゾーンを有していてもよい。更に、上記第３の炭化水素相を分離して、イソパラフィン画分及びアルキレート生成物画分を回収するセパレーターを備えていてもよい。
【００１５】
更に別の態様において、本明細書中に開示した実施形態は、Ｃ３〜Ｃ５炭化水素からアルキレートを製造するシステムに関する。オレフィンをアルキル化する上記システムは、Ｃ５オレフィン含有フィードを第１のアルキル化ゾーンへ供給するフローラインと、Ｃ４オレフィン含有フィードを第２のアルキル化ゾーンへ供給するフローラインと、Ｃ３オレフィン含有フィードを第３のアルキル化ゾーンへ供給するフローラインとを有していてもよい。上記システムは、アルキル化条件下、イソパラフィン及び上記Ｃ５オレフィンを第１の部分廃硫酸と接触させて、第２の部分廃酸相と、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第１の炭化水素相とを形成する第１のアルキル化ゾーンと、アルキル化条件下、上記第１の炭化水素相及び上記Ｃ４オレフィンを上記第２の部分廃硫酸と接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第２の炭化水素相と、供給される廃硫酸とを形成する第２のアルキル化ゾーンと、アルキル化条件下、上記第２の炭化水素相及び上記Ｃ３オレフィンを新硫酸フィードと接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第３の炭化水素相と、上記第１のアルキル化ゾーンに供給される上記第１の部分廃硫酸とを形成する第３のアルキル化ゾーンとを更に有する。更に、上記システムは、上記第３の炭化水素相を分離して、イソパラフィン画分及びアルキレート生成物画分を回収するセパレーターを有していてもよい。
【００１６】
以下の説明及び添付の特許請求の範囲から、他の態様及び利点が明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本明細書中の実施形態に係るアルキル化システムの簡略化プロセスフロー図である。
【図２】本明細書中の実施形態に係るアルキル化システムの簡略化プロセスフロー図である。
【図３】本明細書中の実施形態に係るアルキル化システムの簡略化プロセスフロー図である。
【図４】本明細書中の実施形態で有用なアルキル化反応ゾーンの簡略化プロセスフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本明細書中の実施形態は、酸及び炭化水素が逆方向に流れるカスケード反応器スキームに関する。炭化水素及び酸を逆カスケード化することで、提案された反応器スキームは酸消費を低減させ、アルキレート中の硫黄濃度を低下させ、且つアルキレートオクタン価を向上させることができる。
【００１９】
本明細書中、「酸消費」は、望ましくない副反応で形成された酸可溶性油によって酸触媒が希釈されることに関する。加えて、安定した中間体（硫酸触媒を利用した場合には硫酸エステル等）が形成されることでも触媒が希釈されるため、見かけ上、酸消費の増加が起こる。本明細書中、「酸強度」とは、酸触媒の濃度を意味し、硫酸の場合、水酸化ナトリウム標準で滴定して測定されるＨ２ＳＯ４の重量パーセントで表される。
【００２０】
本明細書中に開示した実施形態で使用されるアルキル化フィードストックは、各種のオレフィン及びパラフィンの混合物を含んでいてもよい。例えば、アルキル化フィードストックは、ｎ−アルカン及びイソアルカンを含むＣ１〜Ｃｓパラフィンと、Ｃ２〜Ｃｓオレフィンとを含んでいてもよい。オレフィンとしては、ｎ−オレフィン（直鎖オレフィン）、イソオレフィン（分岐オレフィン）、及びこれらの混合物が挙げられる。ある実施形態において、パラフィンとしては、プロパン、Ｃ４アルカン（ｎ−ブタン及びイソブタン）、Ｃｓアルカン（ｎ−ペンタン、ネオペンタン、及びイソペンタン）、及びこれらの混合物が挙げられる。いくつかの実施形態において、イソブタン及び／又はイソペンタン等の高純度イソパラフィンをパラフィンフィードとして使用する。いくつかの実施形態において、アルキル化フィードストックは、Ｃ３〜Ｃｓ軽質分解ナフサ（ＬＣＮ）留分を含んでいてもよい。更に別の実施形態において、本発明は、Ｃ３、Ｃ４、及びＣ５オレフィンフィードストックを別々に利用するイソパラフィンのアルキル化に関する。
【００２１】
ある実施形態において、パラフィンとしては、Ｃ４アルカン（ｎ−ブタン及びイソブタン）、Ｃｓアルカン（ｎ−ペンタン、ネオペンタン、及びイソペンタン）、及びこれらの混合物が挙げられる。別の実施形態において、オレフィンとしては、エチレン、プロピレン、Ｃ４オレフィン（１−ブテン、２−ブテン、イソブチレン、又はこれらの混合物等）、Ｃｓオレフィン（１−ペンテン、２−ペンテン、イソペンテン、及びこれらの混合物等）、及びこれらの混合物が挙げられる。
【００２２】
いくつかの実施形態において、プロピレンフィードストックは、プロピレン及びプロパンの混合物（プロパン中に５０ｗｔ％超のプロピレンを含むプロピレンストリーム等）又はＣ３及びＣ４の混合物（オレフィン基準で４０ｗｔ％超のプロピレンを含むプロピレンストリーム等）であってもよい。
【００２３】
いくつかの実施形態において、ブチレン含有フィードストックは５０ｗｔ％超のブチレンを含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、ペンテン含有フィードストックは５０ｗｔ％超のペンテンを含んでいてもよい。
【００２４】
一般に、酸強度が低いほど酸の希釈範囲が拡大し、より高濃度のＡＳＯをパージできるため、廃酸強度を低減させれば酸消費が低減されると考えられる。しかしながら、酸強度が低くなるとＡＳＯ形成が増大して、該利点を相殺したり、ひいては無効にしたりするため、酸消費が増大してしまう。低廃酸強度の利点を十分に利用するために、中間酸段階を追加すること（酸カスケード化）で、酸消費に対する低強度段階の影響を低減できることが分かった。
【００２５】
酸カスケード化によって酸消費を低減できる。しかし、酸強度が低い反応器では、水素化物の移動速度が遅くなる。その結果、酸相における中間体の濃度が上昇し得るため、反応選択性が低下して、アルキレート中の硫黄濃度が高くなり、アルキレートオクタン価が低下する。その対策として、酸強度が低い反応器の１／０比を高くしたり温度を低くしたりして、低酸強度により引き起こされる悪影響を相殺する必要がある。逆方向に炭化水素をカスケード化することは効果的な解決策となる。
【００２６】
いくつかの実施形態において、アルキル化プロセスは、イソブタン又はイソペンタン等のイソパラフィンとＣ３〜Ｃ５モノオレフィンとをアルキル化反応器へ供給する工程を有する。アルキル化反応は、いくつかの実施形態では８０パーセント超、別の実施形態では８８パーセント超、更に別の実施形態では９６パーセント超の硫酸を用いて触媒してもよい。アルキル化プロセスは、２つ以上の反応器において硫酸触媒の存在下、イソパラフィンをオレフィンと反応させる工程を有する。その後、反応生成物を分離して、炭化水素リッチ相及び酸リッチ相を回収する。下流操作として特に、炭化水素リッチ相を更に処理して炭化水素相から硫酸エステルを除去することで、未反応イソパラフィン及びアルキレート生成物を含んでいてもよい炭化水素流出液を生成してもよい。その後、仕上げプロセスとして特に、回収したアルキル化生成物をガソリン範囲の成分とより重質なアルキレート生成物とに分離してもよい。
【００２７】
本明細書中の実施形態は、イソパラフィンフロー及び酸フローを逆方向にカスケード化することで、（特にプロピレンをアルキル化した場合に）考えられる利点として特に、生成物の品質が向上し、ユーティリティが削減される点で有利である。２段反応器システムを例にとると、オレフィン（Ｃ３及び／又はＣ４及び／又はＣＳオレフィン）を並列の２つのアルキル化反応器へ供給してもよい。第２の反応器に新酸を注入してもよく、次いで、第２の反応器からの酸を第１の反応器へとカスケード化してもよい。必要に応じて、新酸の一部を第１の反応器へ加えることもできる。炭化水素の場合、下流のセパレーター（未反応イソパラフィンからアルキレートを分離する脱イソブタン装置（ＤＩＢ）等）及び大半又は全ての冷却リサイクルからのイソブタンを第１の反応器へ注入し、次いで、第１の反応器からの未反応イソブテン及びアルキレート生成物を第２の反応器へとカスケード化する。
【００２８】
２段反応器システムにおいて炭化水素フロー及び酸フローを逆カスケード化することで、いくつかの利点が達成できる。まず、酸カスケード化によって第１の反応器における廃酸強度を非常に低くでき、一方、中間酸段階（第２の反応器）では、第２の反応器におけるＡＳＯ形成を低減することで低酸強度段階の影響が抑えられる。酸を並列供給する場合と比較して、酸カスケード化では酸消費を低減できる。第二に、炭化水素フローは第１から第２の反応器へと向かうため、第１の反応器の方がイソパラフィン／オレフィン（１／０）比が高い。第１の自動冷却アルキル化反応器では、１／０比を高くすると運転温度を低くできる。温度を低くし且つ１／０比を高くすると、第１の反応器における反応選択性が向上し、それによりオクタン価が向上し、中間体及びＡＳＯの形成が減少する。第三に、第２の反応器は酸洗コアレッサーとして作動して、酸強度が低い第１の反応器で形成された過剰な硫酸塩を除去する。第四に、イソパラフィンを並列供給する場合と比較して、イソパラフィンを直列にカスケード化すると、第２の反応器と比べて第１の反応器における１／０比を２倍にできる。加えて、第２の反応器はより高い酸強度で作動できるので、第２の反応器においてより高い温度を採用することによって、関連するフィードコンプレッサーでのユーティリティ消費を削減できる。全体として、酸消費の低減を達成するために、炭化水素／酸の逆カスケード化では、生成物セパレーター（オーバーヘッドイソパラフィンリサイクル）及びフィードコンプレッサーに関連するユーティリティ費用を削減できる。
【００２９】
また、逆カスケード化は、分離された各オレフィンフィードや３つ以上の反応器を有する反応器システムに有益であり得る。例えば、Ｃ３リッチオレフィン（＞７０％プロピレン）を反応器＃３へ注入してもよく、Ｃ４リッチ及び／又はＣＳリッチオレフィンを反応器＃１及び／又は＃２へ注入できる。酸フローの場合、新酸を反応器＃３（プロピレンアルキル化）へ注入してもよく、次いで、部分廃酸を反応器＃２及び／又は＃１へと直列にカスケード化してもよい。フィードの種類、供給量、並びに温度、１／０比、及び酸強度に対するフィードの感受性に基づいて、イソブタン等のイソパラフィンをまず反応器＃１又は反応器＃２へ注入してもよい。１／０比及び温度に対する感受性が最も高いオレフィン種と共に、イソパラフィンの大部分を反応器へ注入するのが好ましい。
【００３０】
酸カスケード化の結果、反応器＃３において酸強度を最も高く、１／０比を最も低くできる。これは、反応器＃３において自動冷却の温度が最も高いということになり、プロピレンリッチオレフィンを処理する運転条件として好ましい。加えて、反応器＃１及び＃２と比較して反応器＃３における酸強度が高いことから、反応器＃１及び反応器＃２で形成されたアルキレート生成物は全て、生成物の分離及び回収へと進む前に、反応器＃３においてより高い強度の酸で酸洗することができる。一連の反応器の最後でこのように酸強度が高くなると、反応器＃１及び反応器＃２においてより低い酸強度で形成された硫酸塩を除去し易くなる。
【００３１】
次に図１を参照して、本明細書中の実施形態に係るアルキル化システムの簡略化プロセス図を説明する。アルキル化システムは、第１のアルキル化反応ゾーン１０、第２のアルキル化反応ゾーン２０、及び１つ以上のセパレーター３０を有していてもよい。反応器へのフィードには、イソパラフィンフィード１０２、１つ以上のオレフィンフィード１０４、及び新酸フィード１０６が含まれていてもよい。
【００３２】
最初に、新酸１０６を最終反応器である第２のアルキル化ゾーン２０へ供給し、オレフィン１０４ｂ及び第１のアルキル化ゾーン１０から回収した炭化水素流出液１０８と接触させて、イソパラフィン及びオレフィンをアルキレート生成物へ変換してもよい。次いで、得られた反応流出液を分離して、第２の炭化水素流出液１１０及び部分廃酸画分１１２を回収してもよい。
【００３３】
次いで、部分廃酸画分１１２を第１の反応ゾーン１０へ供給してもよく、そこでオレフィン１０４ａ及びイソパラフィンフィード１０２と接触させて、イソパラフィン及びオレフィンをアルキレート生成物へ変換してもよい。次いで、得られた反応流出液を分離して、炭化水素流出液１０８及び廃酸画分１１４を回収してもよい。
【００３４】
上記は酸フロー（まず第２の反応器、次いで廃酸を第１の反応器へ）について説明した。上記を炭化水素（イソパラフィン）フローについて言い換えると、上記システムは、第１のオレフィン１０４（ａ）を第１のアルキル化ゾーン１０へ供給するフローストリームと、第１のオレフィン１０４（ａ）と同じ又は異なっていてもよい第２のオレフィン１０４（ｂ）を第２のアルキル化ゾーン２０へ供給するフローストリームとを有していてもよい。上記システムはまた、イソパラフィンを第１のアルキル化ゾーン１０へ供給するフローストリーム１０２を有していてもよい。
【００３５】
第１のアルキル化ゾーン１０では、アルキル化条件下、イソパラフィン１０２及び第１のオレフィン１０４（ａ）を部分廃硫酸１１２と接触させて、オレフィン及びイソパラフィンをアルキレートに変換すると共に、廃酸相１１４と、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第１の炭化水素相１０８とを形成してもよい。第２のアルキル化ゾーン２０では、アルキル化条件下、第１の炭化水素相１０８及び第２のオレフィンを新硫酸フィード１０６と接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第２の炭化水素相１１０と、第１のアルキル化ゾーン１０へ供給してもよい部分廃硫酸１１２とを形成してもよい。
【００３６】
次いで、重質なアルキレート生成物画分１１６と、反応器１０、２０の一方又は両方へとリサイクルしてもよい軽質なイソパラフィン画分１１８とを分離する蒸留塔等のセパレーターへ得られた炭化水素１１０を供給してもよい。
【００３７】
次に図２を参照して、本明細書中の実施形態に係るアルキル化システムの簡略化プロセス図を説明する。なお、同様の参照番号は同様の部材を表す。上記アルキル化システムは、第１のアルキル化反応ゾーン１０、１つ以上の中間アルキル化反応ゾーン４０、最終アルキル化反応ゾーン２０、及び１つ以上のセパレーター３０を有していてもよい。反応器へのフィードには、イソパラフィンフィード１０２、１つ以上のオレフィンフィード１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、及び新酸フィード１０６が含まれていてもよい。いくつかの実施形態において、オレフィンフィード１０４ａはペンテンリッチ画分であり、オレフィンフィード１０４ｂはブテンリッチ画分であり、オレフィン１０４ｃはプロピレン画分である。
【００３８】
最初に、新酸１０６を最終反応器であるアルキル化ゾーン２０へ供給し、オレフィン１０４ｃ及び中間アルキル化ゾーン４０から回収した炭化水素流出液１０８ｂと接触させて、イソパラフィン及びオレフィンをアルキレート生成物へ変換してもよい。次いで、得られた反応流出液を分離して、炭化水素流出液１１０及び部分廃酸画分１１２ａを回収してもよい。
【００３９】
次いで、部分廃酸画分１１２ａを中間反応ゾーン４０へ供給してもよく、そこでオレフィン１０４ｂ及びイソパラフィンフィード１０２と接触させて、イソパラフィン及びオレフィンをアルキレート生成物へ変換してもよい。次いで、得られた反応流出液を分離して、炭化水素流出液１０８及び部分廃酸画分１１２ｂを回収してもよい。
【００４０】
次いで、部分廃酸画分１１２ｂを第１の反応ゾーン１０へ供給してもよく、そこでオレフィン１０４ａ及びイソパラフィンフィード１０２と接触させて、イソパラフィン及びオレフィンをアルキレート生成物へ変換してもよい。次いで、得られた反応流出液を分離して、炭化水素流出液１０８ａ及び廃酸画分１１４を回収してもよい。
【００４１】
上記は酸フロー（まず第３の反応器、次いで廃酸を第２の反応器へ、更に廃酸を第１の反応器へ）について説明した。上記を炭化水素（イソパラフィン）フローについて言い換えると、上記システムは、ペンテン等の第１のオレフィン１０４（ａ）を第１のアルキル化ゾーン１０へ供給するフローストリームと、ブテン等の第２のオレフィン１０４（ｂ）を中間又は第２のアルキル化ゾーン４０へ供給するフローストリームと、プロピレン等の第３のオレフィンを最終又は第３の反応ゾーン２０へ供給するフローストリームとを有していてもよい。いくつかの実施形態において、第１のオレフィン１０４（ａ）、第２のオレフィン１０４（ｂ）、及び／又は第３のオレフィン１０４（ｃ）は同じであっても異なっていてもよい。上記システムはまた、イソパラフィンを第１のアルキル化ゾーン１０へ供給するフローストリーム１０２を有していてもよい。
【００４２】
第１のアルキル化ゾーン１０では、アルキル化条件下、イソパラフィン１０２及び第１のオレフィン１０４（ａ）を第２の部分廃硫酸１１２ｂと接触させて、オレフィン及びイソパラフィンをアルキレートに変換すると共に、廃酸相１１４と、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第１の炭化水素相１０８ａとを形成してもよい。第２のアルキル化ゾーン４０では、アルキル化条件下、第１の炭化水素相１０８ａ及び第２のオレフィンを部分廃硫酸フィード１１２ａと接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第２の炭化水素相１０８ｂと、第１のアルキル化ゾーン１０へ供給してもよい部分廃硫酸１１２ｂとを形成してもよい。第３のアルキル化ゾーン２０では、アルキル化条件下、第２の炭化水素相１０８ｂ及び第３のオレフィンを新硫酸フィード１０６と接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第３の炭化水素相１１０と、第２のアルキル化ゾーン４０へ供給してもよい部分廃硫酸１１２とを形成してもよい。
【００４３】
次いで、重質なアルキレート生成物画分１１６と、反応器１０、２０、４０のうちの１つ又はそれぞれへとリサイクルしてもよい軽質なイソパラフィン画分１１８とを分離する蒸留塔等のセパレーター３０へ得られた炭化水素１１０を供給してもよい。
【００４４】
いくつかの実施形態において、酸フローが、すぐ上流の反応器ではないが、（炭化水素フローに対して）上流の反応器へとカスケード化される場合、最終反応器の温度が高くなるという利点を実現できる。次に図３を参照して、本明細書中の他の実施形態に係るアルキル化システムの簡略化プロセス図を説明する。なお、同様の参照番号は同様の部材を表す。
【００４５】
図３に図示したアルキル化システムは、第１のアルキル化反応ゾーン１０、１つ以上の中間アルキル化反応ゾーン４０、最終アルキル化反応ゾーン２０、及び１つ以上のセパレーター３０を有していてもよい。反応器へのフィードには、イソパラフィンフィード１０２、１つ以上のオレフィンフィード１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ、及び新酸フィード１０６が含まれていてもよい。いくつかの実施形態において、オレフィンフィード１０４ａはペンテンリッチ画分であり、オレフィンフィード１０４ｂはブテンリッチ画分であり、オレフィン１０４ｃはプロピレン画分である。
【００４６】
最初に、新酸１０６を最終反応器であるアルキル化ゾーン２０へ供給し、オレフィン１０４ｃ及び中間アルキル化ゾーン４０から回収した炭化水素流出液１０８ｂと接触させて、イソパラフィン及びオレフィンをアルキレート生成物へ変換してもよい。次いで、得られた反応流出液を分離して、炭化水素流出液１１０及び部分廃酸画分１１２ａを回収してもよい。
【００４７】
次いで、部分廃酸画分１１２ａを第１の反応ゾーン１０へ供給してもよく、そこでオレフィン１０４ａ及びイソパラフィンフィード１０２と接触させて、イソパラフィン及びオレフィンをアルキレート生成物へ変換してもよい。次いで、得られた反応流出液を分離して、炭化水素流出液１０８ａ及び部分廃酸画分１１２ｂを回収してもよい。
【００４８】
次いで、部分廃酸画分１１２ｂを第２の反応ゾーン１０へ供給してもよく、そこでオレフィン１０４ｂと接触させて、イソパラフィン及びオレフィンをアルキレート生成物へ変換してもよい。次いで、得られた反応流出液を分離して、炭化水素流出液１０８ｂ及び廃酸画分１１４を回収してもよい。
【００４９】
上記は酸フロー（まず第３の反応器、次いで廃酸を第１の反応器へ、更に廃酸を第２の反応器へ）について説明した。上記を炭化水素（イソパラフィン）フローについて言い換えると、上記システムは、ペンテン等の第１のオレフィン１０４（ａ）を第１のアルキル化ゾーン１０へ供給するフローストリームと、ブテン等の第２のオレフィン１０４（ｂ）を中間又は第２のアルキル化ゾーン４０へ供給するフローストリームと、プロピレン等の第３のオレフィンを最終又は第３の反応ゾーン２０へ供給するフローストリームとを有していてもよい。いくつかの実施形態において、第１のオレフィン１０４（ａ）、第２のオレフィン１０４（ｂ）、及び／又は第３のオレフィン１０４（ｃ）は同じであっても異なっていてもよい。上記システムはまた、イソパラフィンを第１のアルキル化ゾーン１０へ供給するフローストリーム１０２を有していてもよい。
【００５０】
第１のアルキル化ゾーン１０では、アルキル化条件下、イソパラフィン１０２及び第１のオレフィン１０４（ａ）を第１の部分廃硫酸１１２ａと接触させて、オレフィン及びイソパラフィンをアルキレートに変換すると共に、第２の部分廃酸相１１２ｂと、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第１の炭化水素相１０８ａとを形成してもよい。第２のアルキル化ゾーン４０では、アルキル化条件下、第１の炭化水素相１０８ａ及び第２のオレフィンを第２の部分廃硫酸フィード１１２ｂと接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第２の炭化水素相１０８ｂと、廃硫酸１１４とを形成してもよい。第３のアルキル化ゾーン２０では、アルキル化条件下、第２の炭化水素相１０８ｂ及び第３のオレフィンを新硫酸フィード１０６と接触させて、アルキレート及び未反応イソパラフィンを含む第３の炭化水素相１１０と、第１のアルキル化ゾーン１０へ供給してもよい第１の部分廃硫酸１１２ａとを形成してもよい。
【００５１】
次いで、重質なアルキレート生成物画分１１６と、反応器１０、２０、４０のうちの１つ又はそれぞれへとリサイクルしてもよい軽質なイソパラフィン画分１１８とを分離する蒸留塔等のセパレーター３０へ得られた炭化水素１１０を供給してもよい。
【００５２】
次に図４を参照して、本明細書中の実施形態に係るアルキル化ゾーンの簡略化プロセス図を説明する。アルキル化ゾーンは、反応ゾーン及び分離ゾーンを有していてもよい。例えば、アルキル化ゾーン４００は、上部反応セクション４００ａ及び底部分離セクション４００ｂを有していてもよい。オレフィン４０４、イソパラフィン４０６、及び硫酸４０８の緊密な接触を促進するために、接触構造体４０２が上部セクション４００ａに配置されていてもよい。
【００５３】
上述の通り、オレフィンの少なくとも一部又は全部がイソパラフィンと反応してアルキレートを形成するように、アルキル化ゾーン４００の条件を保持してもよい。次いで、得られた反応混合物を下部セクション４００ｂでデカンテーションするなどして分離することで、アルキレート、未反応イソパラフィン、及び存在している場合は未反応オレフィンを含む炭化水素画分４２０と廃酸又は部分廃酸画分４２２とを回収してもよい。
【００５４】
接触構造体を使用する場合、硫酸、イソパラフィン、及びオレフィンフィードストリームを接触させるためにアルキル化反応器４００の上部セクション４００ａに配置してもよい。いくつかの実施形態において、本明細書で記載した実施形態で使用される接触構造体又は分散装置は、少なくとも５０パーセントの空隙、他の実施形態においては少なくとも６０パーセントの空隙、他の実施形態においては少なくとも７０パーセントの空隙、他の実施形態においては少なくとも８０パーセントの空隙、更に他の実施形態においては最大９９パーセントの空隙を有していてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、接触構造体としては、マルチフィラメント部材及び構造要素、例えば共編み（ｃｏ−ｋｎｉｔ）金網、分散装置、又は他の好適な接触構造体が挙げられる。例えば、米国特許第６，７７４，２７５号明細書（参照により本願に援用）に記載の接触構造体を使用してもよい。
【００５５】
いくつかの実施形態において、アルキル化反応器４００の反応ゾーンにパルスフロー機構を採用してもよい。パルスは、物質及び熱の伝達速度が大きいことを特徴としていてもよい。接触構造体の濡れを増大させ、且つ並列細流同士を連続して混合することで、フローの不均等分布を低減できる。加えて、局所的なホットスポットの形成を抑制できるため、本質的により安全なプロセスが得られる。パルスによって、停滞した液体ホールドアップを、その停滞性が消失する地点まで連続して動かすことができる。停滞したホールドアップはトリクルフロー操作における全液体ホールドアップの１０〜３０パーセントであるので、パルスフロー機構の動的特性によって、半径方向の混合性の改善などにより反応器の性能を向上させることができる。
【００５６】
上述の通り、アルキル化ゾーンから回収した部分廃酸画分４２２の一部又は全部を別のアルキル化ゾーン（図示せず）へ供給してもよい。いくつかの実施形態において、酸画分４５８の一部４２４も同じアルキル化反応器４００へとリサイクルすることで、例えば、第１のアルキル化反応器４００において所望の酸濃度を保持してもよい。残った酸を廃酸画分４２６として回収してもよく、それを異なる反応器へ送ったり、廃酸回収部として回収したりしてもよい。
【００５７】
加えて、反応熱によっていくらかの蒸気４４０を生成してもよく、それを除去してもよい。望ましい場合には、コンプレッサー４４２等を用いて該蒸気を凝縮又は圧縮し、回収した液状炭化水素画分４２０と混合して、炭化水素画分４４４を形成してもよい。いくつかの実施形態において、回収した炭化水素画分４４４を、下流のアルキル化ゾーン又は生成物回収ゾーンへ送られる第１の部分４５０と、同じアルキル化反応器４００へとリサイクルされてもよい第２の部分４５２とに分割することで、例えば、所望のオレフィンフィード濃度を保持し且つ／又は温度を制御してもよい。
【００５８】
アルキル化ゾーンへ供給される硫酸は、新硫酸及び／又はリサイクル硫酸を含んでいてもよい。いくつかの実施形態において、アルキル化反応器へ進む硫酸相の濃度は、９９．８重量パーセント未満の強度の硫酸／水の混合物又はそれ以下として滴定される濃度で保持してもよい。別の実施形態において、硫酸は、２０〜９６重量パーセントの硫酸／水混合物として滴定される濃度範囲、他の実施形態においては２５〜７５重量パーセントの硫酸／水混合物として滴定される濃度範囲、更に別の実施形態においては３０〜７０重量パーセントの硫酸／水混合物として滴定される濃度範囲に保持してもよい。なお、このような場合の酸相は、硫酸、硫酸エステル、ＡＳＯ（酸可溶性油）、及び水で構成されている。水を大量には含んではおらず、典型的には０〜５重量％であり、酸含量を記載する目的で「〜として滴定される」という用語を用いて、同じ酸度を有する硫酸／水混合物を示しており、本明細書中で使用される酸混合物は化学組成の点でより複雑であることが理解される。酸度の測定は、例えばＭＥＴＴＬＥＲ  ＤＬ−７７又はＭＥＴＴＬＥＲ  Ｔ−９０滴定装置を用いて実施してもよい。
【００５９】
いくつかの実施形態において、アルキル化ゾーンへ供給される廃酸に加えて新酸を供給してもよい。新酸ストリーム、アルキル化反応器へとリサイクルされる回収酸の一部、及び別のアルキル化ゾーン又は酸回収部へ送られる廃酸の一部の流量を制御することで、各アルキル化反応器において所望の又は最適な酸強度を達成してもよい。上述の通り、（イソパラフィンフィード／炭化水素フローに対して）最後のアルキル化ゾーンにおける酸強度が上流のアルキル化ゾーンにおける酸強度よりも大きくなるように、酸及びリサイクル酸のフローを保持してもよい。
【００６０】
ｎ個の反応器を有する反応システムの場合、（炭化水素フローについて）最終又は最後の反応器の酸強度が最も高くてもよい。言い換えると、反応器ｎにおける酸強度が反応器１〜ｎ−１よりも大きい場合（すなわち、反応器ｎの酸強度＞反応器１〜ｎ−Ｊの酸強度）、有利な硫黄分離を実現できる。
【００６１】
図１の実施形態では、例えば、第２のアルキル化ゾーン２０における酸強度を８０〜９９％の範囲の濃度で保持してもよく、第１のアルキル化ゾーン１０における酸強度を８０〜９９％の範囲だが反応器２０よりは低い濃度で保持してもよい。図２の実施形態では、例えば、第３のアルキル化ゾーン２０における酸強度を８０〜９９％の範囲の濃度で保持してもよく、第２のアルキル化ゾーン４０における酸強度を８０〜９９％の範囲の濃度で保持してもよく、第１のアルキル化ゾーン１０における酸強度を８０〜９９％の範囲だが反応器２０よりは低い濃度で保持してもよい。図３の実施形態では、例えば、アルキル化ゾーン２０における酸強度を８０〜９９％の範囲の濃度で保持してもよく、アルキル化ゾーン１０における酸強度を８０〜９９％の範囲の濃度で保持してもよく、アルキル化ゾーン４０における酸強度を８０〜９９％の範囲だが反応器２０よりは低い濃度で保持してもよい。
【００６２】
いくつかの実施形態において、例えばアルキル化ゾーン２０等のプロピレンアルキル化反応器へ供給されるプロピレンフィードストックに対する硫酸の質量比は、０．１：１〜３０：１の範囲であってもよい。別の実施形態において、プロピレンアルキル化反応器へ供給されるプロピレンフィードストックに対する硫酸の質量比は、０．１：１〜２０：１の範囲であってもよく、更に別の実施形態においては１：１〜１０：１の範囲であってもよい。
【００６３】
アルキル化ゾーンの反応条件は、上述の通り、フィードの種類や反応器で保持される酸強度によって異なり得る。重質物の形成を最小限に抑えつつ、上述の通り、オレフィンの少なくとも一部がイソパラフィンと反応してアルキレートを形成するように、アルキル化反応器の条件を保持してもよい。例えば、いくつかの実施形態において、アルキル化反応器の温度を−７℃〜３８℃（２０°Ｆ〜１００°Ｆ）の範囲に保持してもよく、別の実施形態においては−４℃〜１８℃（２５°Ｆ〜６５°Ｆ）の範囲に保持してもよく、別の実施形態においては−１℃〜１０℃（３０°Ｆ〜５０°Ｆ）の範囲に保持してもよく、更に別の実施形態においては−７℃〜４℃（２０°Ｆ〜４０°Ｆ）の範囲に保持してもよい。アルキル化反応器の圧力は、いくつかの実施形態においては約５〜約５００ｐｓｉｇの範囲であってもよく、別の実施形態においては約１０〜２５０ｐｓｉｇの範囲であってもよく、更に別の実施形態においては約２０〜１５０ｐｓｉｇの範囲であってもよい。いくつかの実施形態で採用される温度及び圧力の組み合わせは、フィード及び生成物を液相で保持するのに十分なものである。
【００６４】
いくつかの実施形態における反応器２０等のプロピレンアルキル化反応器の場合、反応条件として、温度が０℃〜１９℃（３２°Ｆ〜６５°Ｆ）の範囲であってもよい。これらの条件の場合、プロピレンの変換率を最大化できる。いくつかの実施形態において、プロピレンアルキル化反応器で使用される酸強度が高いほど反応器の温度を高くでき、例えば約１０℃〜約３８℃（５０°Ｆ〜１００°Ｆ）の範囲にできる。
【００６５】
図１に示したもの等の２段反応器システムの場合、例えば、第１及び第２のアルキル化ゾーンにおけるアルキル化条件として、第１のアルキル化ゾーンの反応温度が第２のアルキル化ゾーンの反応温度より低い。例えば、第１のアルキル化ゾーン１０における反応温度は約−７℃〜約３８℃の範囲であってもよく、第２のアルキル化ゾーン２０における反応温度は約−７℃〜約３８℃の範囲であってもよい。
【００６６】
同様に、３段反応器システムの場合、（炭化水素フローについて）最終反応器の温度が最も高くてもよい。第１及び第２のアルキル化ゾーンにおけるアルキル化条件として、第１のアルキル化ゾーンの反応温度が第２のアルキル化ゾーンの反応温度より低くてもよく、第２及び第３のアルキル化ゾーンにおけるアルキル化条件として、第２のアルキル化ゾーンの反応温度が第３のアルキル化ゾーンの反応温度より低い（ＴＲ１＞ＴＲ２＞ＴＲ３）。別の実施形態において、第１、第２、及び第３のアルキル化ゾーンにおけるアルキル化条件として、第１又は第２のアルキル化ゾーンの反応温度が第３のアルキル化ゾーンの反応温度より低くてもよい。例えば、図２で示したプロセスの場合、最終プロピレンアルキル化反応器３０を約−７℃〜約３８℃の範囲の温度で作動させてもよく、一方、ブテン及び／又はペンテンを反応させる第１及び第２のアルキル化ゾーン１０、４０が約−７℃〜約３８℃の範囲であってもよい。
【００６７】
いくつかの実施形態において、（アルキル化反応ゾーンそれぞれについて）全反応器フィードにおけるオレフィン／イソパラフィンモル比は、約１：１．５〜約１：３０の範囲、例えば約１：５〜約１：１５の範囲であってもよい。より低いオレフィン／イソパラフィン比を採用してもよい。
【００６８】
２段反応器システムの場合、例えば、（イソパラフィンフローに対して）第１の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比は、第２の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比より大きい。最終反応器は、イソパラフィン／オレフィンモル比が最も小さくてもよい。例えば、図１の実施形態において、第１の反応ゾーン１０への全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比は、第２の反応ゾーン２０への全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比より大きい。いくつかの実施形態において、第１の反応ゾーン１０への全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比は、第２の反応ゾーン２０への全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比の少なくとも１．５倍であり、別の実施形態においては少なくとも１．７５倍であり、更に別の実施形態においては少なくとも２倍である。
【００６９】
同様に、３段反応器システムの場合、第１の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比は、第２の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比より大きくてもよく、第２の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比は、第３の反応ゾーンへの全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比より大きい（ＩＲＩ：ＯＲ１＞ＩＲ２：０Ｒ２＞ＩＲ３：０ＲＪ）。いくつかの実施形態において、第１の反応ゾーン１０への全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比は、第２の反応ゾーン４０への全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比の少なくとも１．５倍であってもよく、別の実施形態においては少なくとも１．７５倍であってもよく、更に別の実施形態においては少なくとも２倍であってもよい。同様に、第２の反応ゾーン４０への全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比は、第３の反応ゾーン２０への全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比の少なくとも１．５倍であってもよく、別の実施形態においては少なくとも１．７５倍であってもよく、更に別の実施形態においては少なくとも２倍であってもよい。同様に、図３に示した実施形態の場合、第１又は第２の反応ゾーン１０、４０への全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比は、第３の反応ゾーン３０への全フィードにおけるイソパラフィン／オレフィンモル比より大きい。
【００７０】
本明細書中の実施形態に従って形成されるアルキル化生成物は、Ｃ７〜Ｃ１０炭化水素を含んでいてもよい。本明細書中に開示したプロセス及びシステムの実施形態を用いて形成されるアルキレートは、ガソリンとして使用してもよい。いくつかの実施形態において、Ｃ７及びＣ８アルキレート生成物を他の成分とブレンドしてガソリンを生成してもよい。
【００７１】
上述の通り、本明細書中の実施形態は、炭化水素及び酸フローの逆カスケード化を行うアルキル化システムに関する。１段反応器システムについて説明したが、例えば図１、２、又は３に関して記載したようなオレフィン、パラフィン、及び酸の直列フローと並列に作動する複数の反応器を１つ以上の反応ゾーンが有する場合等、フローが直列フローと並列フローとの組み合わせであってもよいことも想定される。反応ゾーンが反応ゾーン内に直列及び／又は並列フローを有していてもよい別の実施形態も想定されるが、本明細書中で記載した酸の逆カスケード化を利用することが有利である。例えば、反応ゾーン１０は、反応器２０から受ける酸フローの他、供給されるイソパラフィン及び／又はオレフィンについても並列に作動する複数の反応器を有していてもよい。同様に、反応ゾーン２０及び４０は、酸、イソパラフィン、及びオレフィンフィードについて並列に作動する複数の反応器を有していてもよい。
【００７２】
本明細書中の実施形態は、エネルギー消費の削減、酸消費の低減、アルキレート生成物のオクタン価の上昇、アルキレート生成物中の硫黄含量の低減等の利点のうち１つ以上を提供できる点で有利である。
【００７３】
本開示には限られた数の実施形態しか含まれていないが、本開示の範囲を逸脱しない他の実施形態も考えられることが、本開示の利益を享受する当業者には理解できるであろう。従って、本範囲は添付の特許請求の範囲のみにより限定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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