Chemisches Umsetzungsverfahren bei konstantem Wasserstoffhalogenid-Partialdruck Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft ein chemisches Umsetzungsverfahren, vorzugsweise ein Isomerisierungsverfahren, von mindestens einem Kohlenwasserstoff in Gegenwart einer ionischen Flüssigkeit und eines Wasserstoffhalogenids (HX). Die chemische Umsetzung wird in einer Vorrichtung (V1 ) durchgeführt, wobei in der Vorrichtung (V1 ) sich eine Gasphase in direktem Kontakt mit einem flüssigen Reaktionsgemisch befindet. Die Gasphase und das flüssige Reaktionsgemisch enthalten jeweils das Wasserstoffhalogenid, im flüssigen Reaktionsgemisch sind zusätzlich mindestens ein Kohlenwasserstoff und die ionische Flüssigkeit enthalten. In die Vorrichtung (V1 ) wird gasförmiges HX eingeleitet, so dass in der Gasphase der Wasserstoffhalogenid- Partialdruck konstant gehalten wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann (unter anderem) die bei der jeweiligen chemischen Umsetzung, insbesondere bei einer Isomerisierung, eingesetzte ionische Flüssigkeit regeneriert werden.

Ionische Flüssigkeiten, insbesondere saure ionische Flüssigkeiten, eignen sich unter anderem als Katalysatoren für die Isomerisierung von Kohlenwasserstoffen. Eine entsprechende Verwendung einer ionischen Flüssigkeit ist beispielsweise in WO 201 1/069929 offenbart, wo eine spezielle Auswahl von ionischen Flüssigkeiten in Gegenwart eines Olefins zur Isomerisierung von gesättigten Kohlenwasserstoffen eingesetzt wird, insbesondere zur Isomerisierung von Methylcyclopentan (MCP) zu Cyclohexan. Ein sinngemäßes Verfahren ist in WO 201 1/069957 beschrieben, allerdings erfolgt dort die Isomerisierung nicht in Gegenwart eines Olefins, sondern mit einer Kupfer (Il)-Verbindung.

Im Allgemeinen sind ionische Flüssigkeiten einerseits und Kohlenwasserstoffe (organische Phasen) andererseits nicht oder nur sehr schwer mischbar, sie bilden zwei getrennte Phasen aus. Um die genannte Katalysewirkung nutzen zu können, muss ein intensiver Kontakt zwischen organischer Phase und der ionischer Flüssigkeit hergestellt werden. Hierzu werden die beiden Phasen häufig in Rührkesseln mit intensivem Rühren unter Erhalt von Dispersionen durchmischt. In Abhängigkeit von Parametern wie Art der ionischen Flüssigkeit bzw. der organischen Phase oder dem Phasenverhältnis kann die Dispersion entweder als Dispersion einer ionischen Flüssigkeit in der organischen Phase vorliegen oder es kann sich um eine Dispersion der organischen Phase in der ionischen Flüssigkeit handeln.

Vor allem bei einer kontinuierlichen Fahrweise wird bei einem chemischen Umsetzungsverfahren, insbesondere bei einer Isomerisierung, über die organische Phase ständig eine Teilmenge und/oder Bestandteile der eingesetzten ionischen Flüssigkeit, insbesondere des Anionenteils, in Form von Metallhalogeniden wie Aluminiumchlorid und/oder Halogenwasserstoffen wie HCl, ausgetragen, wodurch eine Verringerung der Aktivität der beim chemischen Umsetzungsverfahren, vorzugsweise als Katalysator, eingesetzten ionischen Flüssigkeit festzustellen ist.

EP-A 2 455 358 betrifft Verfahren zur Regenerierung und zum Aktivitätserhalt einer als Katalysator eingesetzten ionischen Flüssigkeit, insbesondere im Zusammenhang mit der Herstellung von Alkylaten durch Alkylierungsreaktionen. Dabei werden Wasserstoffhalogenid oder halogenierte Kohlenwasserstoffe zum Katalysator (saure ionische Flüssigkeit) in den Einspeisungsstrom während der Alkylierungsreaktion zugegeben. Die Zugabe des Wasserstoffhalogenids oder des halogenierten Kohlenwasserstoffes kann auch kontinuierlich erfolgen. Weiterhin offenbart EP-A 2 455 358 ein sinngemäßes Verfahren zur Herstellung von Alkylaten durch Alkylierungsreaktion unter Verwendung von Isobuten und C4-Alkenen als Einspeisungsstrom und sauren ionischen Flüssigkeiten als Katalysator. In keinem der beiden in EP-A 2 455 358 offenbarten Verfahren wird jedoch die Zugabe eines Wasserstoffhalogenids so durchgeführt, dass über dem entsprechenden Reaktionsgemisch in einer Gasphase der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck konstant gehalten wird.

A. Berenblyum (Applied Catalysis. A: General 315 (2006) 128-134) offenbart Untersuchungen zur katalytischen Aktivität von chloroaluminathaltigen ionischen Flüssigkeiten im Zusammenhang mit der Isomerisierung von Heptan. Dabei werden Untersuchungen zur HCI-Löslichkeit in der chloroaluminathaltigen ionischen Flüssigkeit sowie zur Aluminiumchloridverteilung zwischen chloroaluminathaltiger ionischer Flüssigkeit und Heptan durchgeführt. In dem untersuchten System wird HCl als katalytisch aktive Komponente und Aluminiumchlorid als Cokatalysator identifiziert. Der Aktivitätsverlust der chloroaluminathaltigen ionischen Flüssigkeit wird auf den Verlust an HCl und die Bildung eines in Säure löslichen Öles, das den Katalysator vergiftet, zurückgeführt. Die Versuche werden (zumindest teilweise) unter kontinuierlicher HCI- Zugabe durchgeführt, aber auch dort ist kein Hinweis enthalten, dass über dem entsprechenden Reaktionsgemisch in einer Gasphase der Wasserstoffhalogenid- Partialdruck konstant gehalten wird.

US-A 2010/0065476 offenbart Verfahren zur Messung und Anpassung des Flusses eines halogenhaltigen Additivs in einem kontinuierlichen Reaktorprozess, beispielsweise in Alkylierungen von Olefinen oder Aromaten oder in Dehydrierungsverfahren. Die halogenhaltigen Additive können Brönstedsäuren wie Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff oder fluorierte Alkansulfonsäuren sowie Metallhalogenide wie Natriumchlorid oder Kupferchlorid sein. Weiterhin offenbart dieses Dokument Vorrichtungen zur Durchführung der entsprechenden Verfahren, umfassend einen Reaktor, der eine ionische Flüssigkeit enthält, Messvorrichtungen zur Bestimmung der Halogenkonzentration im Reaktorauslass und ein Kontrollsystem zur Steuerung der Halogenkonzentration. Die Zugabe des halogenhaltigen Additivs ist im Verfahren gemäß US-A 2010/0065476 nicht zwingend auf eine Form festgelegt, da als halogenhaltiges Additiv beispielsweise bei Raumtemperatur gasförmiger Chlorwasserstoff oder ein Feststoff wie Natriumchlorid verwendet werden kann, der beispielsweise auch in gelöster Form in den kontinuierlichen Reaktorprozess zugegeben werden kann. Sofern ein gasförmiges halogenhaltiges Additiv wie Chlorwasserstoff verwendet wird, ist in US-A 2010/0065476 jedoch kein Hinweis enthalten, dass über dem jeweiligen Reaktionsgemisch in einer Gasphase der Partialdruck von beispielsweise Chlorwasserstoff konstant gehalten werden muss. Überdies enthält das in US-A 2010/0065476 beschriebene Verfahren eine ständige Probenahme und Halogenid-Analyse vom Feed-Strom zur Reaktion als zwingenden Bestandteil. Auf dieses aufwendige Vorgehen kann in der vorliegenden Erfindung prinzipiell verzichtet werden.

US-A 2007/0249485 offenbart ein Verfahren zur Regenerierung von als Katalysator eingesetzten gebrauchten sauren ionischen Flüssigkeiten, wobei die entsprechende ionische Flüssigkeit mit mindestens einem Metall in einer Regenerierungszone in Abwesenheit von Wasserstoff in Kontakt gebracht wird. Als Metall kann beispielsweise Aluminium, Gallium oder Zink eingesetzt werden, die ionische Flüssigkeit wird vorzugsweise zur Katalyse von Friedel-Crafts-Reaktionen eingesetzt. Ein sinngemäßes Verfahren ist in US-A 2007/0142217 offenbart, wobei dort die Regenerierung zusätzlich in Gegenwart von einer Brönstedsäure wie Chlorwasserstoff durchgeführt wird. WO 201 1/006848 offenbart ein Verfahren zur Umrüstung einer Alkylierungseinheit für HF oder Sulfonsäure und einer Alkylierungseinheit für ionische Flüssigkeiten. In diesem Verfahren wird unter anderem die als Katalysator eingesetzte ionische Flüssigkeit regeneriert, indem Halogenwasserstoff oder ein Halogenalkan zugegeben wird. In WO 201 1/006848 ist jedoch kein Hinweis enthalten, dass bei Verwendung eines Halogenwasserstoffs über dem entsprechenden Reaktionsgemisch in einer Gasphase der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck konstant gehalten wird.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines neuen Verfahrens zur chemischen Umsetzung von mindestens einem Kohlenwasserstoff in Gegenwart einer ionischen Flüssigkeit, insbesondere zur Isomerisierung von mindestens einem Kohlenwasserstoff in Gegenwart einer ionischen Flüssigkeit.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein chemisches Umsetzungsverfahren von mindestens einem Kohlenwasserstoff in einer Vorrichtung (V1 ) in Gegenwart einer ionischen Flüssigkeit und eines Wasserstoffhalogenids (HX), dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Vorrichtung (V1 ) ein flüssiges Reaktionsgemisch, enthaltend mindestens einen Kohlenwasserstoff, das Wasserstoffhalogenid und die ionische Flüssigkeit, und eine Gasphase, enthaltend das Wasserstoffhalogenid, befinden, wobei das flüssige Reaktionsgemisch und die Gasphase in direktem Kontakt miteinander stehen und wobei in die Vorrichtung (V1 ) gasförmiges Wasserstoffhalogenid eingeleitet wird, so dass während der chemischen Umsetzung der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck in der Gasphase konstant gehalten wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise eine chemische Umsetzung, insbesondere eine Isomerisierung, von Kohlenwasserstoffen durchgeführt werden. Aufgrund der gasförmigen Zugabe eines Wasserstoffhalogenids (HX) bei konstantem Wasserstoffhalogenid-Partialdruck in der Gasphase wird die katalytische Aktivität der entsprechenden ionischen Flüssigkeit weitgehend konstant gehalten. Der Effekt kann noch verstärkt werden, wenn zusätzlich zum Wasserstoffhalogenid, vorzugsweise Chlorwasserstoff, ein Metallhalogenid, insbesondere Aluminiumchlorid, zu der sich in der Vorrichtung (V1 ) befindlichen ionischen Flüssigkeit hinzugegeben wird bzw. diese ständig mit dem Metallhalogenid in Kontakt steht.

In besonders einfacher und somit vorteilhafter Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden, indem der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck in der Vorrichtung (V1 ) dadurch konstant gehalten wird, dass der Druck in der Vorrichtung (V1 ) derart geregelt wird, dass gasförmiges Wasserstoffhalogenid wiederkehrend oder kontinuierlich in die Vorrichtung (V1 ) eingeleitet wird. Vorzugsweise wird bei dieser Ausführungsform das gasförmige Wasserstoffhalogenid aus einem Reservoir in die Vorrichtung (V1 ) eingeleitet, wobei sich zwischen der Vorrichtung (V1 ) und dem Reservoir ein Absperrorgan, vorzugsweise ein Ventil oder ein Hahn, befindet. Mit apparatetechnisch relativ einfachem Aufwand kann somit der Druck in der Gasphase (über dem Reaktionsgemisch) in der Vorrichtung (V1 ) kontinuierlich gemessen werden, wobei bei Unterschreitung eines (vorab festgelegten) Schwellenwertes für den Druck das Absperrorgan geöffnet, während bei Überschreitung des Schwellenwertes für den Druck das Absperrorgan wiederum geschlossen wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn (zusätzlich zur Wasserstoffhalogenid-Zugabe in die Vorrichtung (V1 )) das Metallhalogenid nicht direkt in die Vorrichtung (V1 ) zur ionischen Flüssigkeit zugegeben wird, sondern wenn das Metallhalogenid zunächst außerhalb der Vorrichtung (V1 ) in einer Vorrichtung bzw. Apparatur (V2) mit einer der sich in der Vorrichtung (V1 ) befindlichen Hauptkomponenten vorvermischt wird. Dies kann zunächst die ionische Flüssigkeit selber sein, die aus dem Reaktionsaustrag der Vorrichtung (V1 ) stammt und mit einer Phasentrenneinheit, vorzugsweise einem Phasenscheider, vom Reaktionsaustrag abgetrennt und in die Vorrichtung (V1 ) wieder rückgeführt wird. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Zugabe des Metallhalogenids in den Einspeisungsstrom, der die Kohlenwasserstoffe enthält, die in der Vorrichtung (V1 ) einer chemischen Umsetzung, insbesondere einer Isomerisierung, unterzogen werden sollen. Bei dieser Variante ist der apparative Aufwand der Metallhalogenidzugabe einfacher, weil die entsprechende Apparatur (V2), losgelöst von ihrer konkreten Funktionsweise, nicht aus korrosionsstabilem Material hergestellt sein muss, was bei einer Zugabe zur rückgeleiteten ionischen Flüssigkeit oder einer Zugabe direkt in die Vorrichtung (V1 ) in der Regel notwendig ist, da viele ionische Flüssigkeiten stark korrosiv wirken. Weiterhin ist es bei einer Zugabe des Metallhalogenids zu dem kohlenwasserstoffhaltigen Strom auch nicht notwendig, dass die entsprechende Apparatur für hohe Reaktionsdrücke ausgelegt sein muss.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße chemische Umsetzungsverfahren von mindestens einem Kohlenwasserstoff in Gegenwart einer ionischen Flüssigkeit bei konstantem Wasserstoffhalogenid-Partialdruck in der Gasphase der Vorrichtung (V1 ) näher definiert.

Unter dem Begriff „chemisches Umsetzungsverfahren" oder„chemische Umsetzung" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung prinzipiell jede dem Fachmann bekannte chemische Umsetzung oder chemische Reaktion verstanden, bei der mindestens ein Kohlenwasserstoff chemisch umgesetzt, modifiziert oder in einer sonstigen Weise hinsichtlich seiner Zusammensetzung oder Struktur verändert wird.

Bevorzugt ist das chemische Umsetzungsverfahren ausgewählt aus einer Alkylierung, einer Polymerisation, einer Dimerisierung, einer Oligomerisierung, einer Acylierung, einer Metathese, einer Polymerisation oder Copolymerisation, einer Isomerisierung, einer Carbonylierung oder Kombinationen davon. Alkylierungen, Isomerisierungen, Polymerisationen etc. sind dem Fachmann bekannt. Besonders bevorzugt im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist das chemische Umsetzungsverfahren eine Isomerisierung.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die chemische Umsetzung, vorzugsweise die Isomerisierung, in einer Vorrichtung (V1 ) durchgeführt, die dem Fachmann bekannt ist. Geeignete Vorrichtungen (V1 ) sind beispielsweise Reaktoren, sonstige Reaktionsapparate, Rührkessel oder eine Rührkesselkaskade. Bevorzugt ist die Vorrichtung (V1 ) ein Reaktor oder eine Rührkesselkaskade.

Prinzipiell können im erfindungsgemäßen Verfahren in der Vorrichtung (V1 ) beliebige Kohlenwasserstoffe enthalten sein. Der Fachmann weiß aufgrund seines allgemeinen Fachwissens, für welches konkrete chemische Umsetzungsverfahren welche Kohlenwasserstoffe und in welchen Zusammensetzungen am besten geeignet sind. Gegebenenfalls können auch (in Form von Gemischen) Verbindungen enthalten sein, die selber keine Kohlenwasserstoffe sind. Im nachfolgenden Text wird die Zusammensetzung der in der Vorrichtung (V1 ) enthaltenen Kohlenwasserstoffe anhand der im Rahmen der vorliegenden Erfindung als chemischer Umsetzung bevorzugten Isomerisierung verdeutlicht.

Vorzugsweise wird bei der chemischen Umsetzung in der Vorrichtung (V1 ), insbesondere bei der Isomerisierung, als Kohlenwasserstoff Methylcyclopentan (MCP) oder ein Gemisch aus Methylcyclopentan (MCP) mit mindestens einem weiteren Kohlenwasserstoff, ausgewählt aus Cyclohexan, n-Hexan, iso-Hexane n-Heptan, iso-Heptane, Methylcyclohexan oder Dimethylcyclopentane eingesetzt. Die entsprechenden Kohlenwasserstoffe werden also in die Vorrichtung (V1 ) eingespeist.

Mehr bevorzugt wird bei der chemischen Umsetzung, insbesondere bei der Isomerisierung, ein Gemisch aus Methylcyclopentan (MCP) mit mindestens einem weiteren Kohlenwasserstoff, ausgewählt aus Cyclohexan, n-Hexan, iso-Hexane n-Heptan, iso-Heptane, Methylcyclohexan oder Dimethylcyclopentane eingesetzt, wobei das Konzentrationsverhältnis MCP/Cyclohexan vorzugsweise mindestens 0,2 beträgt. Besonders bevorzugt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung Methylcyclopentan (MCP) zu Cyclohexan isomerisiert.

Vorzugsweise wird im erfindungsgemäßen Verfahren nach der chemischen Umsetzung, insbesondere nach der Isomerisierung, als Kohlenwasserstoff Cyclohexan oder ein Gemisch aus Cyclohexan mit mindestens einem weiteren Kohlenwasserstoff, ausgewählt aus Methylcyclopentan (MCP), n-Hexan, iso-Hexan, n-Heptan, iso-Heptan, Methylcyclohexan oder Dimethylcyclopentan, erhalten.

Besonders bevorzugt wird nach der chemischen Umsetzung, insbesondere nach der Isomerisierung, ein Gemisch aus Cyclohexan, MCP und mindestens einem weiteren Kohlenwasserstoff erhalten. Vorzugsweise ist der weitere Kohlenwasserstoff ausgewählt aus n-Hexan, iso-Hexan, n-Heptan, iso-Heptan, Methylcyclohexan oder Dimethylcyclopentan. Weiterhin ist es im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, dass nach der Isomerisierung im erhaltenen Gemisch, das vorzugsweise in der weiter unten beschriebenen Phase (B) enthalten ist, ein geringerer Anteil an MCP und offenkettigen linearen Kohlenwasserstoffen vorliegt im Vergleich zu der entsprechenden Zusammensetzung der Kohlenwasserstoffe bzw. der Phase (B) vor der Isomerisierung. Als ionische Flüssigkeiten eignen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung prinzipiell alle dem Fachmann bekannten ionischen Flüssigkeiten. Ein Überblick hinsichtlich geeigneter ionischer Flüssigkeiten kann für den Fall der Isomerisierung beispielsweise WO 201 1/069929 entnommen werden. Bevorzugt ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine saure ionische Flüssigkeit.

Bevorzugt werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung (saure) ionische Flüssigkeiten eingesetzt, bei denen das Anion mindestens eine Metallkomponente und mindestens eine Halogenkomponente umfasst.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die ionische Flüssigkeit vorzugsweise als Katalysator in einer chemischen Umsetzung eingesetzt wird, vorzugsweise bei der Alkylierung oder Isomerisierung, insbesondere bei einer Isomerisierung. Darüber hinaus können sie ein Lösungsvermögen für einen sonstigen, in der entsprechenden Umsetzung eingesetzten Katalysator besitzen.

Vorzugsweise wird im erfindungsgemäßen Verfahren bei der (vorzugsweise sauren) ionischen Flüssigkeit im Anion der ionischen Flüssigkeit die Metallkomponente ausgewählt aus AI, B, Ga, In, Fe, Zn und Ti und/oder die Halogenkomponente ausgewählt aus F, Cl, Br oder I, insbesondere aus Cl oder Br. Mehr bevorzugt weist die (vorzugsweise saure) ionische Flüssigkeit als Anion ein Halogenoalumination mit der Zusammensetzung Al _n X _(3n+1) mit 1 < n < 2,5 und X = Halogen, vorzugsweise X = F, Cl, Br oder I, insbesondere X = Cl, auf.

Als Kationen sind prinzipiell alle dem Fachmann bekannten Kationen geeignet. Beispiele hierfür sind ein unsubstituiertes oder zumindest teilweise alkyliertes Ammoniumion oder ein gegebenenfalls Alkyl-Seitenketten aufweisendes heterocyclisches (einwertiges) Kation, insbesondere ein Pyridiniumion, ein Imidazoliumion, ein Pyridaziniumion, ein Pyrazoliumion, ein Imidazoliniumion, ein Thiazoliumion, ein Triazoliumion, ein Pyrrolidiniumion, ein Imidazolidiniumion oder ein Phosphoniumion. Vorzugsweise enthält das zumindest teilweise alkylierte Ammoniumion einen, zwei oder drei Alkylreste mit (jeweils) 1 bis 10 Kohlenstoffatomen. Sofern zwei oder drei Alkylsubstituenten mit den entsprechenden Ammoniumionen vorhanden sind, kann die jeweilige Kettenlänge unabhängig voneinander gewählt werden, vorzugsweise weisen alle Alkylsubstituenten die gleiche Kettenlänge auf. Besonders bevorzugt sind trialkylierte Ammoniumionen mit einer Kettenlänge von 1 bis 3 Kohlenstoffatomen. Das heterocyclische Kation ist vorzugsweise ein Imidazoliumion oder ein Pyridiniumion.

Vorzugsweise weist die ionische Flüssigkeit als Kation ein Ammoniumion auf, mehr bevorzugt Trialkylammonium, und/oder als Anion ein Chloroalumination der Zusammensetzung Al _x CI _3x+1 mit 1 < x < 2,5.

Besonders bevorzugt enthält die ionische Flüssigkeit, insbesondere die saure ionische Flüssigkeit, als Kation ein zumindest teilweise alkyliertes Ammoniumion und als Anion ein Chloroalumination mit der Zusammensetzung Al _n CI _(3n+1) mit 1 < n < 2,5. Beispiele für solche besonders bevorzugten ionischen Flüssigkeiten sind Trimethylammoniumchloroaluminat und Triethylammoniumchloroaluminat. Als Wasserstoffhalogenid (HX) können prinzipiell alle denkbaren Wasserstoffhalogenide eingesetzt werden, beispielsweise Fluorwasserstoff (HF), Chlorwasserstoff (HCl), Bromwasserstoff (HBr) oder lodwasserstoff (Hl). Gegebenenfalls können die Wasserstoffhalogenide auch als Gemisch eingesetzt werden, vorzugsweise wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch nur ein Wasserstoffhalogenid eingesetzt.

Vorzugsweise wird das Wasserstoffhalogenid (HX) verwendet, dessen Halogenkomponente (X) mit der Halogenkomponente im Anion der vorstehend beschriebenen (sauren) ionischen Flüssigkeit (zumindest teilweise) übereinstimmt. Vorzugsweise ist das Wasserstoffhalogenid (HX) Chlorwasserstoff (HCl) oder Bromwasserstoff (HBr). Besonders bevorzugt ist das Wasserstoffhalogenid (HX) Chlorwasserstoff (HCl). Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Wasserstoffhalogenid (HX) trocken ist, insbesondere handelt es sich dabei um trockenen Chlorwasserstoff. In der Vorrichtung (V1 ) befindet sich ein flüssiges Reaktionsgemisch, das (als Komponenten) mindestens einen Kohlenwasserstoff, das Wasserstoffhalogenid (HX) und die ionische Flüssigkeit enthält. Die einzelnen Komponenten des flüssigen Reaktionsgemischs entsprechend den vorstehenden Definitionen, gegebenenfalls können auch 2 oder mehr Wasserstoffhalogenide und/oder ionische Flüssigkeiten darin enthalten sein. In anderen Worten ausgedrückt handelt es sich bei dem flüssigen Reaktionsgemisch um die Komponenten, die an der vorstehend beschriebenen chemischen Umsetzung, vorzugsweise an der Isomerisierung, (aktiv) teilnehmen.

In der Vorrichtung (V1 ), und insbesondere im flüssigen Reaktionsgemisch, werden die ionische Flüssigkeit als Katalysator und das Wasserstoffhalogenid als Cokatalysator in einer chemischen Umsetzung eingesetzt, vorzugsweise bei einer Alkylierung oder Isomerisierung, insbesondere bei einer Isomerisierung.

Weiterhin befindet sich in der Vorrichtung (V1 ) eine Gasphase, enthaltend das Wasserstoffhalogenid (HX). Das Wasserstoffhalogenid in der Gasphase und das Wasserstoffhalogenid in dem flüssigen Reaktionsgemisch stimmen hinsichtlich der chemischen Definition überein.

In der Vorrichtung (V1 ) stehen das flüssige Reaktionsgemisch und die Gasphase in direktem Kontakt miteinander. Dabei bildet in aller Regel das flüssige Reaktionsgemisch eine, zwei oder noch mehr separate, also von der Gasphase verschiedene, Phasen aus. Das flüssige Reaktionsgemisch und die Gasphase können beispielsweise als räumlich voneinander getrennte Phasen vorliegen, das heißt in der Vorrichtung (V1 ) befindet sich beispielsweise im unteren Teil das aus einer oder zwei separaten Phasen bestehende flüssige Reaktionsgemisch, wobei sich die Gasphase wiederum im oberen Teil der entsprechenden Vorrichtung (V1 ) befindet. An der Grenzfläche zwischen flüssigen Reaktionsgemisch und der Gasphase liegt also ein direkter Kontakt zwischen den beiden zu betrachten „Hauptphasen" (also flüssiges Reaktionsgemisch sowie Gasphase) vor. Weiterhin ist es möglich, dass das flüssige Reaktionsgemisch und die Gasphase, beispielsweise durch intensives Rühren, durchmischt werden, wobei aber die Trennung in Reaktionsgemisch einerseits sowie Gasphase andererseits aufrechterhalten bleibt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird in die Vorrichtung (V1 ) mindestens ein Wasserstoffhalogenid (HX), vorzugsweise Chlorwasserstoff (HCl), gasförmig eingeleitet. Aufgrund der gasförmigen Einleitung des Wasserstoffhalogenids bildet sich in der Vorrichtung (V1 ) die vorstehend beschriebene Gasphase aus. Die gasförmige Einleitung des Wasserstoffhalogenids wird dabei so durchgeführt, dass während der chemischen Umsetzung, insbesondere während der Isomerisierung, der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck in der Gasphase konstant gehalten wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „konstanter Wasserstoffhalogenid-Partialdruck" (in der Gasphase) Folgendes verstanden. Der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck ist (in der Gasphase) dann konstant, wenn dieser im Verlauf der Betriebszeit der Vorrichtung (V1 ) höchstens 20 %, bevorzugt höchstens 10 %, mehr bevorzugt höchstens 5 %, insbesondere höchstens 1 % vom über die Betriebszeit der Vorrichtung (V1 ) ermittelten Mittelwert abweicht. Dabei wird unter der Betriebszeit der normale bestimmungsgemäße Betrieb der Vorrichtung (V1 ) verstanden, ohne Berücksichtigung von Anfahr- oder Abfahrvorgängen der Vorrichtung (V1 ) sowie von Betriebsstörungen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck (PHX) wie folgt definiert:

PHX = XHX Ptotai (Gleichung 1 ) mit

χ _Η χ = Molenbruch des Wasserstoffhalogenids in der Gasphase, und

Ptotai = Gesamtdruck der Gasphase über dem Reaktionsgemisch.

Der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck ρ _Η χ errechnet sich für den Fall, dass in der Gasphase über dem Reaktionsgemisch keine oder nur vernachlässigbar geringe Mengen an Stoffen außer Wasserstoffhalogenid und Kohlenwasserstoff vorliegen wie folgt: PHX = Ptotai - PKW (Gleichung 2) mit

Ptotai = Gesamtdruck der Gasphase über dem Reaktionsgemisch,

PKW = Dampfdruck der Kohlenwasserstoffe des Reaktionsgemischs bei Reaktionstemperatur

Der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck ρ _Η χ kann vorzugsweise bestimmt werden, indem aus der Gasphase der Vorrichtung (V1 ) eine Probe definierter Menge genommen und der HX-Molenbruch nach einer dem Fachmann bekannten Methode (z.B. Einleiten des Gases in eine definierte NaOH-Lösung und anschließende Rücktitration) bestimmt wird und der so bestimmte Molenbruch gemäß Gleichung 1 mit dem Gesamtdruck der Gasphase in (V1 ) multipliziert wird.

Der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck ρ _Η χ kann gegebenenfalls aber auch gemäß Gleichung 2 abgeschätzt werden, sofern PKW bekannt ist. p _K w sowie p _to t _a i können nach den dem Fachmann bekannten Methoden bestimmt werden, insbesondere Messung des Drucks p _to t _a i mittels einer üblichen Druckmesseinrichtung und Ermittlung von PKW mittels einer Temperatur-Dampfdruck-Korrelation (Dampfdruckkurve), die für einen gegebenen Kohlenwasserstoff, bzw. ein Kohlenwasserstoff-Gemisch in der Regel bekannt ist oder durch dem Fachmann bekannte Messmethoden ermittelt werden kann. Der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck in der Gasphase kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens prinzipiell beliebige Werte annehmen. Vorzugsweise beträgt der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck in der Gasphase zwischen 1 , 1 und 5 bara, bevorzugt zwischen 2 und 4 bara. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck in der Gasphase konstant gehalten, indem der Druck in der Vorrichtung (V1 ) durch wiederkehrende oder kontinuierliche Einleitung von gasförmigem Wasserstoffhalogenid in die Vorrichtung (V1 ) geregelt wird. Unter einer„kontinuierlichen Einleitung von gasförmigem Wasserstoffhalogenid" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die entsprechende Zugabe über einen längeren Zeitraum, vorzugsweise über mindestens 50 %, mehr bevorzugt über mindestens 70 %, noch mehr bevorzugt über mindestens 90 %, insbesondere über die gesamte Reaktionsdauer erfolgt. Vorzugsweise wird die kontinuierliche Einleitung so durchgeführt, dass die entsprechende Vorrichtung zur gasförmigen Einleitung (Zugabe) des Wasserstoffhalogenids über die vorgenannten Zeiträume in Betrieb ist. Unter einer„wiederkehrenden Einleitung von gasförmigem Wasserstoffhalogenid" des Wasserstoffhalogenids wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die entsprechende gasförmige Einleitung (Zugabe) in regelmäßigen oder unregelmäßigen Zeitabständen erfolgt. Die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Zugaben betragen mindestens 1 h, vorzugsweise mindestens einen Tag. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter dem Begriff „wiederkehrend" weiterhin mindestens zwei, beispielsweise 3, 4, 5, 10 oder auch 100 einzelne Zugaben verstanden. Die konkrete Anzahl der Einzelzugaben hängt von der Betriebsdauer ab. Diese geht idealerweise gegen Unendlich.

In anderen Worten ausgedrückt wird unter einer wiederkehrenden Einleitung von gasförmigem Wasserstoffhalogenid im Rahmen der vorliegenden Erfindung die zeitlich voneinander abgegrenzte Zugabe mehrerer Teilmengen an Metallhalogenid verstanden. Die Zugabe einer einzelnen Teilmenge kann von mehreren Sekunden bis zu mehreren Minuten dauern, gegebenenfalls sind auch etwas längere Zeiträume denkbar. Erfindungsgemäß ist der zeitliche Abstand zwischen der jeweiligen Zugabe einer einzelnen Teilmenge mindestens zehnfach so groß wie die Dauer der Zugabe der entsprechenden Teilmenge. Gegebenenfalls kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Ausführungsform einer „wiederkehrenden Zugabe" mit der Ausführungsform einer„kontinuierlichen Zugabe" auch miteinander kombiniert werden.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Gasphase in der Vorrichtung (V1 ) über ein Absperrorgan mit einem Reservoir in Verbindung steht, wobei das Reservoir zu mindestens 90 Mol-%, besonders bevorzugt zu mehr als 98 Mol-%, das Wasserstoffhalogenid enthält und einen Druck aufweist, der größer ist als der Wasserstoffhalogenid-Partialdruck der Gasphase in der Vorrichtung (V1 ).

Vorzugsweise wird bei dieser Ausführungsform das gasförmige Wasserstoffhalogenid aus einem Reservoir in die Vorrichtung (V1 ) eingeleitet, wobei sich zwischen der Vorrichtung (V1 ) und dem Reservoir ein Absperrorgan, vorzugsweise ein Ventil oder ein Hahn, befindet. Mit apparatetechnisch relativ einfachem Aufwand kann somit der Druck in der Gasphase (über dem Reaktionsgemisch) in der Vorrichtung (V1 ) wiederkehrend, vorzugsweise aber kontinuierlich gemessen werden, wobei bei Unterschreitung eines (vorab festgelegten) Schwellenwertes für den Druck das Absperrorgan geöffnet, während bei Überschreitung des Schwellenwertes für den Druck das Absperrorgan wiederum geschlossen wird.

Weiterhin ist es in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass der Druck in der Vorrichtung (V1 ) konstant gehalten wird, indem ein Zweipunktregelungssystem verwendet wird, das auf ein Absperrorgan zu einem Wasserstoffhalogenid-Reservoir wirkt. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind in der Vorrichtung (V1 ) -neben der gasförmigen Phase- zwei weitere Phasen (A und B) enthalten, die gemeinsam das flüssige Reaktionsgemisch ausbilden. Gegebenenfalls können im flüssigen Reaktionsgemisch auch noch weitere Phasen enthalten sein. Dabei enthält die Phase (A) mindestens eine ionische Flüssigkeit gemäß der oben gegebenen Beschreibung, wobei der Anteil an ionischer Flüssigkeit in der Phase (A) größer als 50 Gew.-% ist. Die Phase (A) ist vorzugsweise eine ionische Flüssigkeiten enthaltende Phase, die nicht oder nur sehr schwer mit Kohlenwasserstoffen mischbar ist und/oder die maximal 10 Gew.-% an Kohlenwasserstoffen enthält. In der Regel ist das Wasserstoffhalogenid (HX) sowohl in der Phase (A) als auch in der Phase (B) enthalten.

Beispielsweise können in der Phase (A) Gemische aus zwei oder mehr ionischen Flüssigkeiten enthalten sein, vorzugsweise enthält die Phase (A) eine ionische Flüssigkeit. Neben der ionischen Flüssigkeit können in der Phase (A) auch weitere Komponenten enthalten sein, die mit der ionischen Flüssigkeit mischbar sind. Dies können Kohlenwasserstoffe aus der weiter unten beschriebenen Phase (B) sein, die in der Regel eine begrenzte Löslichkeit in ionischen Flüssigkeiten aufweisen. Weiterhin kann Phase (A) auch Cokatalysatoren enthalten, die bei Isomensierungsreaktionen unter Verwendung von ionischen Flüssigkeiten eingesetzt werden. Ein bevorzugtes Beispiel für solche Cokatalysatoren sind die vorstehend bereits erwähnten Halogenwasserstoffe, insbesondere Chlorwasserstoff. Darüber hinaus können in der Phase (A) auch Bestandteile oder Zerfallsprodukte der ionischen Flüssigkeiten, die beispielsweise während des Isomerisierungsprozesses entstehen können, enthalten sein. Vorzugsweise ist in Phase (A) der Anteil an ionischer Flüssigkeit größer als 80 Gew.-%.

Die Phase (B) ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung dadurch charakterisiert, dass sie mindestens einen Kohlenwasserstoff enthält, wobei der Gehalt an Kohlenwasserstoff in der Phase (B) größer als 50 Gew.-% ist. Die Phase (B) ist vorzugsweise eine kohlenwasserstoffhaltige Phase, die nicht oder nur sehr schwer mit ionischen Flüssigkeiten mischbar ist und/oder die maximal 1 Gew.-% an ionischen Flüssigkeiten (bezogen auf das Gesamtgewicht der Phase) enthält.

Die konkrete Zusammensetzung der Phase (B) ist abhängig vom gewählten chemischen Umsetzungsverfahren. Die Phase (B) erfährt im Laufe eines chemischen Umsetzungsverfahrens eine Änderung ihrer Zusammensetzung. Die konkreten Kohlenwasserstoffe, die in der Phase (B) vor sowie nach der chemischen Umsetzung, insbesondere der Isomerisierung, enthalten sein können, sind vorstehend bereits beschrieben worden. Weiterhin ist es bevorzugt, dass in der Vorrichtung (V1 ) die ionische Flüssigkeit zu größer 50 Gew.-% in einer Phase (A) enthalten ist, die eine höhere Viskosität aufweist als eine Phase (B), in der zu größer 50 Gew.-% mindestens ein Kohlenwasserstoff enthalten ist, und die Phasen (A) und (B) sich in unmittelbarem Kontakt miteinander befinden, beispielsweise indem sie miteinander ein heterogenes Gemisch ausbilden.

In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die chemische Umsetzung, insbesondere die Isomerisierung, in einer Dispersion (D1 ), in der die Phase (B) in der Phase (A) dispergiert ist. Die Dispergierrichtung (das heißt die Information, welche Phase in disperser Form in der der jeweils anderen Phase vorliegt) kann bestimmt werden, indem eine Probe, gegebenenfalls nach Zusatz eines selektiv die eine Phase einfärbenden Farbstoffs, unter einem Lichtmikroskop mit Durchlicht untersucht wird. Die Phasen (A) und (B) weisen dabei die vorstehenden Definitionen auf. Die Dispersion (D1 ) kann nach dem Fachmann bekannten Methoden hergestellt werden, beispielsweise kann eine solche Dispersion durch intensives Verrühren der Phasen erzeugt werden. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt in der Dispersion (D1 ) das Volumenverhältnis der Phase (A) zu Phase (B) im Bereich von 2,5 bis 4 zu 1 [Vol/Vol], bevorzugt im Bereich von 2,5 bis 3 zu 1 [Vol/Vol].

Weiterhin wird in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in die Vorrichtung (V1 ) während der chemischen Umsetzung, vorzugsweise während der Isomerisierung, mindestens ein Metallhalogenid zugegeben. Die Zugabe des Metallhalogenids erfolgt also zusätzlich zum Einleiten (Zugabe) des gasförmigen Wasserstoffhalogenids (HX). Die Zugabe des Metallhalogenids in die Vorrichtung (V1 ) kann wiederkehrend oder kontinuierlich durchgeführt werden.

Vorzugsweise stimmen das Anion der ionischen Flüssigkeit und das Metallhalogenid hinsichtlich der jeweiligen Halogenkomponente und der Metallkomponente überein. Prinzipiell sind alle dem Fachmann bekannten Metallhalogenide, die dieses Kriterium erfüllen, geeignet. Vorzugsweise ist das Metallhalogenid ausgewählt aus AIX ₃ , BX ₃ , GaX ₃ , lnX ₃ , FeX ₃ , ZnX ₂ und T1X4 mit X = Halogen, bevorzugt X = Cl oder Br, noch mehr bevorzugt X = Cl. Insbesondere ist das Metallhalogenid AICI ₃ . Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Halogenkomponenten von ionischer Flüssigkeit, dem Wasserstoffhalogenid (HX) und dem Metallhalogenid übereinstimmen.

Enthält die in der Vorrichtung (V1 ) eingesetzte ionische Flüssigkeit als Anion beispielsweise AI ₂ CI ₇ -, kann als Metallhalogenid entsprechend AICI ₃ eingesetzt werden. Im Fall von gemischtkomponentigen Anionen wie beispielsweise AI ₂ BrCI ₆ ^" kann beispielsweise ein entsprechendes Gemisch aus AICI ₃ und AIBr ₃ eingesetzt werden. Sinngemäßes gilt auch für den Fall, dass die Metallkomponente des Anions der entsprechenden ionischen Flüssigkeit zwei oder mehr Komponenten wie beispielsweise AI oder Cu enthält hinsichtlich der Auswahl der entsprechenden Metallkomponente des eingesetzten Metallhalogenids. Die Zugabe von mindestens einem Metallhalogenid in die Vorrichtung (V1 ) kann wiederkehrend oder kontinuierlich erfolgen. Dabei kann das Metallhalogenid in flüssiger oder fester Form zugegeben werden. Dabei ist auch festzuhalten, dass das Metallhalogenid nicht direkt in die Vorrichtung (V1 ) zugegeben werden muss, sondern das Metallhalogenid kann zunächst auch in einer anderen Vorrichtung, beispielsweise in einer Kontaktvorrichtung (V2), einer oder mehreren der am chemischen Umsetzungsverfahren beteiligten Komponenten zugegeben werden. Aus dieser anderen Vorrichtung wird das Metallhalogenid zusammen mit der bzw. den genannten Komponente(n) in die Vorrichtung (V1 ) geführt (mittelbare Zugabe des Metallhalogenids nach (V1 )). Das (Über-)Führen oder (Über-)Leiten des Metallhalogenids zusammen mit der bzw. den genannten Komponente(n) aus der anderen Vorrichtung in die Vorrichtung (V1 ) erfolgt nach den dem Fachmann bekannten Methoden, beispielsweise unter Verwendung von Pumpen.

Bevorzugt für die Zugabe des Metallhalogenids sind die beiden Ausführungsformen die im nachfolgenden Text im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 näher definiert werden. Bei beiden Ausführungsformen handelt es sich um eine solche mittelbare Zugabe, wobei das Metallhalogenid zunächst über die Kontaktvorrichtung (V2) in das System zugegeben wird, von wo es in die Vorrichtung (V1 ) gelangt. Unter einer „kontinuierlichen Zugabe" des Metallhalogenids wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die entsprechende Zugabe über einen längeren Zeitraum, vorzugsweise über mindestens 50 %, mehr bevorzugt über mindestens 70 %, noch mehr bevorzugt über mindestens 90 %, insbesondere über die gesamte Reaktionsdauer erfolgt. Vorzugsweise wird die kontinuierliche Zugabe so durchgeführt, dass die entsprechende Vorrichtung zum Eintrag (Zugabe) des Metallhalogenids (z. B. eine Zellenradschleuse) über die vorgenannten Zeiträume in Betrieb ist.

Unter einer „wiederkehrenden Zugabe" des Metallhalogenids wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass die entsprechende Zugabe in regelmäßigen oder unregelmäßigen Zeitabständen erfolgt. Vorzugsweise wird die entsprechende Zugabe durch das Eintreten einer weiter unten beschriebenen Zugabebedingung veranlasst, insbesondere im Zusammenhang mit der Sättigungskonzentration in der Phase (B). Die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Zugaben betragen mindestens 1 h, vorzugsweise mindestens einen Tag. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter dem Begriff „wiederkehrend" weiterhin mindestens zwei, beispielsweise 3, 4, 5, 10 oder auch 100 einzelne Zugaben verstanden. Die konkrete Anzahl der Einzelzugaben hängt von der Betriebsdauer ab. Diese geht idealerweise gegen Unendlich.

In anderen Worten ausgedrückt wird unter einer wiederkehrenden Zugabe des Metallhalogenids im Rahmen der vorliegenden Erfindung die zeitlich voneinander abgegrenzte Zugabe mehrerer Chargen an Metallhalogenid verstanden. Die Zugabe einer einzelnen Charge kann von mehreren Sekunden bis zu mehreren Minuten dauern, gegebenenfalls sind auch etwas längere Zeiträume denkbar. Erfindungsgemäß ist der zeitliche Abstand zwischen der jeweiligen Zugabe einer einzelnen Charge mindestens zehnfach so groß wie die Dauer der Zugabe einer einzelnen Charge. Gegebenenfalls kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Ausführungsform einer „wiederkehrenden Zugabe" mit der Ausführungsform einer „kontinuierlichen Zugabe" auch miteinander kombiniert werden. Besonders bevorzugt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Zugabe des Metallhalogenids so durchgeführt, dass in der Vorrichtung (V1 ) eine Konzentration von

> 70 %, vorzugsweise von > 90 % der Sättigungskonzentration des Metallhalogenids eingestellt wird. Dabei ist es auch möglich, dass es zu einer Übersättigung an Metallhalogenid in der Vorrichtung (V1 ) kommt. Wenn dies der Fall ist, bildet sich in der Vorrichtung (V1 ) eine (zusätzliche) feste Phase an Metallhalogenid aus. Vorzugsweise wird in der (weiter unten beschriebenen) Phase (B) eine Konzentration von > 70 %, vorzugsweise von > 90 %, der Sättigungskonzentration des Metallhalogenids eingestellt. Dabei ist der Begriff„Sättigungskonzentration" zu verstehen gemäß I UPAC: Compendium of Chemical Terminology, 2. Ausgabe (the "Gold Book"), compiled by A. D. McNaught and A. Wilkinson. Blackwell Scientific Publications, Oxford (1997).

Vorzugsweise erfolgt bei einer wiederkehrenden Zugabe des Metallhalogenids die jeweils nächste Zugabe so, dass in der Vorrichtung (V1 ) sich eine Konzentration von

> 70 %, vorzugsweise von > 90 % der Sättigungskonzentration des Metallhalogenids, vorzugsweise in der Phase (B), wieder eingestellt. Die jeweils nächste Zugabe an

Metallhalogenid erfolgt also dann, wenn die Metallhalogenid-Konzentration die vorstehenden Grenzwerte unterschritten hat. Insbesondere erfolgt die wiederkehrende Zugabe des Metallhalogenids so, dass die vorgenannten auf die Sättigung bezogenen Konzentrationen an Metallhalogenid in der Phase (B) ständig aufrecht erhalten werden. Die jeweils nächste Zugabe an Metallhalogenid erfolgt also, bevor die Metallhalogenid- Konzentration die vorstehenden Grenzwerte unterschritten hat.

Vorzugsweise erfolgt die kontinuierliche Zugabe des Metallhalogenids so, dass in der Vorrichtung (V1 ) eine Konzentration von > 70 %, vorzugsweise von > 90 % der Sättigungskonzentration des Metallhalogenids kontinuierlich aufrechterhalten wird. Insbesondere wird dies in der Phase (B) aufrechterhalten. Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Metallhalogenid und das gasförmige Wasserstoffhalogenid (HX), vorzugsweise AICI ₃ und Chlorwasserstoff, gleichzeitig in die Vorrichtung (V1 ) zugegeben werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind in der Vorrichtung (V1 ) die folgenden Phasen enthalten: i) die Phase (A) enthaltend die ionische Flüssigkeit,

ii) die Phase (B) enthaltend mindestens einen Kohlenwasserstoff,

iii) gegebenenfalls die Phase (C) enthaltend festes Metallhalogenid, vorzugsweise festes AIX ₃ , und

iv) die Phase (D) enthaltend gasförmiges HX.

Das erfindungsgemäße Verfahren, insbesondere die Isomerisierung, wird vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt. Die bei der chemischen Umsetzung, insbesondere bei der Isomerisierung, entstandenen Verbindungen (Produkte) können nach den dem Fachmann bekannten Methoden aus der Vorrichtung (V1 ) ausgetragen werden. Beispielsweise kann aus der Vorrichtung (V1 ), in der die chemische Umsetzung durchgeführt wird, ein Strom ausgeleitet werden, in der die Phase (B) und die Phase (A) enthalten sind, wobei in der Phase (B) mindestens ein Kohlenwasserstoff enthalten ist, der bei der chemischen Umsetzung hergestellt wurde. Dieser Strom wiederum wird vorzugsweise in eine Phasentrennvorrichtung (Phasentrenneinheit) eingeleitet. Phasentrennvorrichtungen als solche sind dem Fachmann bekannt. Bei dieser Phasentrennvorrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen Phasenscheider.

Vorzugsweise ist die Vorrichtung (V1 ) ein Reaktor oder eine Rührkesselkaskade, und stromabwärts zur Vorrichtung (V1 ) befindet sich eine Phasentrennvorrichtung, vorzugsweise ein Phasenscheider. Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Reaktor oder die Rührkesselkaskade und gegebenenfalls die Phasentrennvorrichtung gasseitig gekoppelt sind.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass in der Phasentrennvorrichtung die Phase (A), enthaltend die ionische Flüssigkeit, von der Phase (B), enthaltend mindestens einen Kohlenwasserstoff, abgetrennt wird, wobei vorzugsweise die Phase (A) in die Vorrichtung (V1 ) rückgeleitet wird, insbesondere in den Reaktor oder zum Startpunkt der Rührkesselkaskade rückgeleitet wird. In der Phasentrennvorrichtung werden vorzugsweise ein erster Strom, enthaltend mindestens 70 Gew.-%, bevorzugt mindestens 90 %, der Phase (A), und ein zweiter Strom, enthaltend mindestens 70 %, bevorzugt mindestens 90 %, der Phase (B), voneinander abgetrennt. Die vorstehenden Angaben in % beziehen sich auf die entsprechenden Mengen, die im Strom enthalten sind, der in die Phasentrennvorrichtung eingeleitet wird. Weiterhin ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass der Vorrichtung (V1 ) eine Kontaktvorrichtung (V2), die vorzugsweise ein Fließbett, ein Wirbelbett oder ein Rührbehälter ist, vorgeschaltet ist, wobei das Metallhalogenid zunächst in die Kontaktvorrichtung (V2) zugegeben und von dort in die Vorrichtung (V1 ) geführt wird. Das Metallhalogenid kann in fester oder flüssiger, besonders bevorzugt in fester Form zugegeben werden.

Der Kontaktvorrichtung (V2) kann wiederum eine Vorrichtung (V3) zur FesWFlüssig- oder Flüssig/Flüssig-T rennung nachgeschaltet sein, die bevorzugt ein Phasenscheider, ein Schwerkraftabscheider, ein Hydrozyklon, ein Apparat mit Dead-End-Filter oder ein Querstromfilter ist. Gegebenenfalls ist die Vorrichtung (V3) zur FesWFlüssig- oder Flüssig/Flüssig-Trennung apparativ in die Kontaktvorrichtung (V2) integriert, beispielsweise derart, dass (V2) ein Rührbehälter ist, der eine Rührzone und eine oberhalb dieser angeordnete Ruhezone, in welcher eine durch Schwerkraft bewirkte Trennung von Feststoff und Flüssigkeit stattfindet, umfasst. Vorzugsweise wird ein in der Vorrichtung (V3) zur FesWFlüssig- oder Flüssig/Flüssig-Trennung abgetrennter, an Feststoff angereicherter Strom in die Kontaktvorrichtung (V2) zurückgeführt.

Unabhängig von der Anwesenheit einer nachgeschalteten Vorrichtung (V3) zur FesWFlüssig- oder Flüssig/Flüssig-Trennung ist es im Zusammenhang mit der Kontaktvorrichtung (V2) bevorzugt, dass das Metallhalogenid in die Kontaktvorrichtung (V2) wiederkehrend oder kontinuierlich mittels einer Vorrichtung zur Dosierung oder Förderung von Feststoff bzw. Flüssigkeit zugegeben wird; im Falle vom Feststoff bevorzugt mit einer Zellradschleuse oder einer pneumatischen Förderung, im Falle von Flüssigkeit bevorzugt mittels einer Pumpe.

Ebenso ist es bevorzugt, dass die Kontaktvorrichtung (V2) von einer Flüssigkeit durchströmt wird, die die in der Vorrichtung (V1 ) umzusetzenden Stoffe enthält und/oder die in die Vorrichtung (V1 ) zugeführt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Vorliegen einer zweiten, insbesondere festen, Phase in der Kontaktvorrichtung (V2) optisch oder mittels einer sonstigen geeigneten Vorrichtung bzw. Verfahren, bevorzugt mittels einer Trübungsmessung, ständig überwacht, und bei Verschwinden der zweiten Phase wird mittels einer Vorrichtung zur Dosierung oder Förderung von Feststoff Metallhalogenid in die Kontaktvorrichtung (V2) eingetragen. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Kontaktvorrichtung (V2) von der rückgeleiteten Phase (A), die aus der vorstehend beschriebenen Phasentrennvorrichtung, insbesondere den Phasenscheider, stammt, durchströmt und (V2) befindet sich zwischen Phasentrennvorrichtung und Vorrichtung (V1 ), wobei (V2) gegebenenfalls eine Vorrichtung (V3) zur Fest-/Flüssig-T rennung oder Flüssig-/Flüssig-T rennung nachgeschaltet ist.

Aus dem Austrag der Vorrichtung (V1 ), insbesondere aus dem kohlenwasserstoffhaltigen Austrag einer der Vorrichtung (V1 ) nachgeschalteten Phasentrenneinheit, vorzugsweise eines Phasenscheiders, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Cyclohexan isoliert. Verfahren und Vorrichtungen zur Abtrennung von Cyclohexan aus einem solchen Austrag bzw. Strom, insbesondere wenn es sich um ein Kohlenwasserstoffgemisch handelt, sind dem Fachmann bekannt. Gegebenenfalls können vor der Abtrennung des Cyclohexans noch weitere Aufreinigungsschritte (beispielsweise eine Wäsche mit einer wässrigen und/oder alkalischen Phase) durchgeführt werden, die dem Fachmann ebenfalls bekannt sind.

In Figur 1 wird das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nochmals verdeutlicht, die vorzugsweise als Isomerisierung durchgeführt wird. „MX" bedeutet Metallhalogenid, „f bedeutet fest und „I" bedeutet flüssig bzw. gelöst.„I L" bedeutet ionische Flüssigkeit.„AO" bedeutet Absperrorgan, das mit dem Reservoir (R) verbunden ist. „PC" bedeutet eine Druckmesseinrichtung, die mit einer Regeleinrichtung in der Weise verbunden ist, dass sie auf mindestens eine den Druck beeinflussende Einrichtung („Aktor") wirkt. „A" bedeutet Phase (A), wobei die entsprechende Hauptkomponente dieser Phase in Klammern gesetzt ist (im vorliegenden Fall ionische Flüssigkeit, die in der Vorrichtung (V1 ) vorgelegt ist). „B" bedeutet Phase (B), wobei „KW1 " für ein erstes Kohlenwasserstoffgemisch steht und „KW2" für ein zweites Kohlenwasserstoffgemisch, das in der Vorrichtung (V1 ) im Rahmen einer chemischen Umsetzung, vorzugsweise einer Isomerisierung, aus KW1 gebildet wird.

Die umzusetzende mindestens einen Kohlenwasserstoff enthaltende Phase B (KW1 ) wird kontinuierlich in die Vorrichtung (V1 ) geführt, gegebenenfalls wird zusätzlich ein Metallhalogenid (MX) in (V1 ) eingeführt. (V1 ) enthält unter Betriebsbedingungen flüssiges Reaktionsgemisch und eine mit diesem in Kontakt stehende Gasphase. Diese ist über das Absperrorgan (AO) mit dem Reservoir (R) verbunden, das ein Gas enthält, welches zu mehr als 90 Mol-% besonders bevorzugt zu mehr als 98 Mol-%, aus dem Wasserstoffhalogenid besteht und einen Druck oberhalb des Druck der Gasphase über dem Reaktionsgemisch aufweist. In (V1 ) befindet sich in der Gasphase eine Druckmesseinrichtung, die mit einer Regeleinrichtung verbunden ist. Die Gesamtheit aus Druckmesseinrichtung und Regeleinrichtung ist in Fig. 1 als (PC) bezeichnet. (PC) steuert die Stellung des Absperrorgans (AO) in der Weise, dass bei Unterschreitung eines Schwellenwerts für den Druck das Absperrorgan geöffnet, bei Überschreitung eines Schwellenwerts für den Druck das Absperrorgan dagegen geschlossen wird. Die detaillierte Ausführung dieser Regelung kann nach verschiedenen dem Fachmann 5 bekannten Arten erfolgen.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Beispiele verdeutlicht. Allgemeine Versuchsbedingungen:

10

Für die Versuche werden folgenden Substanzen bzw. Zusammensetzungen verwendet:

Ionische Flüssigkeit (A) mit der Zusammensetzung (CH ₃ ) ₃ NHAI ₂ CI ₇ , ein 15 Kohlenwasserstoff-Gemisch (B) mit den Komponenten Methylcyclopentan, Cyclohexan, n-Hexan und Isohexan und zusätzlich, für das erfindungsgemäße Beispiel, gasförmiges HCl. Die ionische Flüssigkeit wird nachfolgend auch als „IL" bezeichnet und die Kohlenwasserstoffgemische B und B1 als „Organik" oder „organische Phase".

20

Die Versuchsanordnung ist in der Figur 2 dargestellt.

In einem 250-ml-Doppelmantelrührreaktor (V1 ) wird die ionische Flüssigkeit (CH ₃ ) ₃ NHAl ₂ CI ₇ bei 60 °C vorgelegt. Das Kohlenwasserstoff-Gemisch (MCP, CH, n-

25 Hexan, Isohexan) wird waagengesteuert zudosiert (30 g/h) und aus einem Phasenscheider (PT), der direkt an den Reaktor montiert ist, wieder entnommen. Im Reaktor (V1 ) findet die Umsetzung des Kohlenwasserstoff-Gemisches, eine Isomerisierung von Methylcyclopentan zu Cyclohexan, statt. Das isomerisierte Kohlenwasserstoff-Gemisch wird als B1 bezeichnet. Der Füllstand des Reaktors wird

30 hierbei durch Einstellen des variablen Überlaufs zwischen V1 und PT geregelt. Dabei wird eine Dispersion von B1 in A in den Phasenscheider geleitet, in welchem sich die beiden Phasen trennen. Die ionische Flüssigkeit als schwerere Phase (A) fällt dabei als untere Phase an und wird durch eine Pumpe wieder zurück in den Reaktor (V1 ) befördert. Die obere organische Phase (B1 ) wird abgezogen und per

35 Gaschromatographie auf ihre Zusammensetzung analysiert.

Beispiel 1 :

Zusammensetzung Organische Phase (B) Start:

40 27 Gew.-% n-Hexan

52 Gew.-% MCP

20 Gew.-% CH 1 Gew.-% i-Hexane

Reaktionstemperatur: 60 °C

Füllmenge: 185 ml (257 g) I L

Organikzulauf: 30 g/h

5 HCI-Zufuhr: 20 Nml/h (0-1 18 h)

40 Nml/h (ab 1 18 h)

Phasenverhältnis IL/Organik ~ 5 (V/V)

Rührer: Blattrührer, Drehzahl = 900 U/min

10 Durchführung

Bei diesem Versuch werden zusätzlich mit einer Gasbürette in den Gasraum des Reaktors 20 Nml/h HCI-Gas dosiert. Bezogen auf den Organikzulauf von 30 g/h entspricht das 0, 1 Gew.-%. Nach einer Versuchszeit von 1 18 h wird die HCI-Dosierung 15 auf 40 Nml/h HCl erhöht (entspricht 0,2 Gew.-%). Bilanzversuche haben gezeigt, dass sich das HCI-Gas, das in den Gasraum des Reaktors dosiert wird, sehr schnell in der Organik löst. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass mindestens 95 % des HCI-Gases in die Flüssigphase eingelöst werden.

20 Ergebnisse

Durch die Kontaktierung mit gasförmigem HCl kann ein konstanter MCP-Umsatz über einen langen Zeitraum erreicht werden, und das schnelle Absinken der Aktivität wie im

25 Vergleichsbeispiel kann somit unterbunden werden.

Vergleichsbeispiel 2:

Zusammensetzung Organische Phase (B) Start:

30 27 Gew.-% n-Hexan

52 Gew.-% MCP

20 Gew.-% CH

1 Gew.-% i-Hexane

Reaktionstemperatur: 60 °C Füllmenge: 185 ml (257 g) IL

Organikzulauf: 30 g/h

Phasenverhältnis IL/Organik ~ 5 (V/V)

Rührer: Blattrührer, Drehzahl = 900 U/min

Ergebnisse

Nach anfänglicher hoher Aktivität sinkt der MCP Umsatz innerhalb von 180 Stunden auf unter 30 %.