專利名稱：酸催化劑的傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上說涉及傳送流體的方法和設(shè)備。一方面本發(fā)明涉及在烷基化過程中流體傳送的設(shè)備。另一方面本發(fā)明涉及在烷基化過程中在將酸催化劑從送輸設(shè)備傳輸?shù)缴a(chǎn)容器期間減少酸物質(zhì)損失的方法。
在石油工業(yè)中生產(chǎn)高辛烷值發(fā)動機燃料的通常方法是在一種催化劑存在下用鏈烯使異構(gòu)烷烴烷基化，較佳的催化劑是液態(tài)氫氟酸或氟化氫(HF)。這種方法通常稱為HF烷基化法或簡單地稱為烷基化法。來自含有烴類和酸的烷基化反應(yīng)器的流出物通常在豎直放置的沉降器沿長度的中間點流入沉降器中。在沉降器中將烴相與酸相分離，烴相位于沉降器的上部而酸相位于沉降器的下部。因此在沉降器中形成了酸相與烴相的液-液界面。
在正常作業(yè)中一部分液態(tài)氫氟酸相從沉降器下部排出、冷卻然后循環(huán)到烷基化反應(yīng)器中以便在烷基化過程中重復(fù)使用。已知在烷基化過程中當(dāng)酸催化劑通過該體系反復(fù)循環(huán)時，水有在酸催化劑中積聚的傾向。同樣已知在烷基化反應(yīng)中生成了一種稱為酸可溶油的物質(zhì)，該物質(zhì)起催化劑相稀釋劑的作用。一般地酸可溶油的生產(chǎn)大大地超過了稀釋催化劑的需要量。
烷基化體系中通常的作法是使酸型催化劑包含一種所謂的“再蒸餾”體系，在正常作業(yè)中至少一部分酸催化劑連續(xù)地流過該體系以除去水和酸溶性油。這種對酸催化劑的提純導(dǎo)致的產(chǎn)品為無水酸而少量氟化氫和水的共沸混合物作為付產(chǎn)品。氟化氫與水的付產(chǎn)品混合物的分離是相當(dāng)困難的，因此一般丟棄。
由于HF酸在水與氟化氫的共沸混合物中作為有機結(jié)合的氟化物從再蒸餾體系中流失，因此必須連續(xù)地或周期性間歇地向烷基化催化劑體系中加入補充酸。為了無論什么時候都能得到補充氫氟酸，把新無水酸貯存在HF酸貯罐中，需要時把新酸輸送到烷基化過程中。可把酸直接地從HF酸貯罐輸送到反應(yīng)區(qū)本身中或輸送到沉降器中。
甚至在偶然地例如一月一次地加入補充酸的HF酸烷基化體系中，在任何一次中為了補充僅僅加入在烷基化過程中使用的HF酸總用量體積的百分之十。因此進行HF酸補充所需要的HF酸貯罐的體積大約等于烷基化過程中所需要的HF酸總量體積的百分之十。
然而為了安全地進行HF烷基化過程，酸貯罐應(yīng)有足夠的體積以貯存用于烷基化過程的HF酸的總量。該貯存空間必須為安全的貯存罐，在其中整個過程中使用的HF酸的總量被安全地貯存以防緊急情況比如該過程中某一地方泄漏的發(fā)生。酸總用量包括在反應(yīng)器、冷卻器和沉降器中的需要量與大約過量10%用于補充的貯量。由于該貯存罐依一定尺寸制造以便貯存HF酸總用量，但是在正常操作中僅含有補充貯存所要求的酸的量，在酸貯罐中存在著相當(dāng)大的蒸氣空間。補充酸從貯罐向烷基化過程的傳輸通常用加壓空氣實現(xiàn)。該傳輸一般包括用一種氣體比如氮氣對貯罐中相當(dāng)大的蒸氣空間加壓以便把液態(tài)HF酸從貯罐傳輸?shù)綁毫Υ蠹s100至150磅/平方英寸(表壓)的烷基化過程中。
裝滿補充酸所需要的新無水液態(tài)HF酸通常用鋼制鐵路油罐車或運貨拖車運輸?shù)绞褂没蛸A存裝置中，必須把酸從液態(tài)HF酸的蒸氣壓力為大約35-60表壓的油罐車或運貨拖車傳輸?shù)狡渲幸簯B(tài)HF酸催化劑的壓力為傳輸?shù)皆撨^程中所需要的大約150-175磅/平方英寸(表壓)的HF酸烷基化貯存罐中。
實現(xiàn)HF酸從運輸設(shè)備到貯罐的傳輸通常是排出貯存罐中的壓力而用氮氣對運輸設(shè)備加壓，以便迫使液態(tài)酸在運輸設(shè)備容許的較低壓力水平下通過從運輸設(shè)備到酸貯罐的傳輸線。
在正常操作中，在HF酸貯罐中液態(tài)HF酸液面以上比較大的氣體或蒸氣空間因此充滿了把酸催化劑傳輸?shù)皆撨^程所需要的加壓氣體，以及在HF酸貯罐中現(xiàn)有溫度和壓力的條件下會蒸發(fā)的氟化氫。在貯罐排氣時，比如在裝滿補充酸時，排出的氣體帶有大量氟化氫，這樣氟化氫就從烷基化體系損失。這種在裝滿補充酸時氟化氫的損失不但形成了有價物質(zhì)經(jīng)濟上的損失而且導(dǎo)致了潛在的環(huán)境健康危害，因為中和這種含HF蒸氣不總是百分之百地有效。因此希望消除隨從含有液態(tài)氫氟酸的貯罐中排出的氣體損失的氟化氫蒸氣或至少使之減至最小。
因此本發(fā)明的一個目的是改善在操作HF烷基化過程中的環(huán)境安全。
本發(fā)明的另一個目的是改進石油精煉過程或其中所使用的設(shè)備的安全。
本發(fā)明的又一個目的是提高HF烷基化過程操作的效率。
本發(fā)明的又一個目的是提供減少氫氟酸蒸氣從貯罐并不時再裝填補充HF酸的罐中損失的設(shè)備和方法。
按照本發(fā)明，如用于烷基化過程時有一足以貯存全部酸用量的酸貯罐，此外還有一體積較小的補充酸催化劑貯存罐以便僅僅貯存需要的補充酸催化劑的量。另外，按照本發(fā)明，補充酸催化劑貯罐在把液態(tài)HF酸催化劑從運輸設(shè)備傳輸?shù)?，例如，一種生產(chǎn)容器比如沉降器或酸總量貯罐時用作為壓力鎖氣室。這里壓力鎖氣室是一種在每一端帶有門的盒子并可用于把物質(zhì)從在一壓力水平下的貯罐傳輸?shù)皆诹硪粔毫λ较碌牧硪毁A罐。
在一較佳實施方案中，酸從運輸設(shè)備傳輸?shù)缴a(chǎn)容器，其中包括在一壓力水平下從運輸設(shè)備上卸下液態(tài)酸催化劑并在僅使小體積補充酸貯存排氣時使酸催化劑流入補充酸貯罐，然后把液態(tài)酸催化劑從補充酸貯罐壓力傳輸?shù)狡渲袎毫Ω哂趥鬏斣O(shè)備的生產(chǎn)容器。
在這種配置中，酸總貯罐與較小體積的補充酸貯罐并列連接。烷基化過程要求的酸的初始加料可直接地給入大的酸總貯罐中，然后壓力傳輸?shù)匠两灯?。然后可把補充酸貯存在較小體積的補充酸貯罐中，并按要求把替換補充酸直接從運輸設(shè)備給入補充酸貯罐中而不影響大的酸總貯罐。這樣就沒有必要給酸總貯罐的大蒸汽空間加壓以把補充酸傳輸?shù)缴a(chǎn)容器。更重要的是，當(dāng)從運輸設(shè)備傳輸酸以再裝足補充酸儲量從而涉及到在酸總貯罐中會蒸發(fā)的HF時，沒有必要使酸總貯存罐中的大蒸汽空間排氣。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點從下面對最佳實施方案的詳細描述中會很明顯的，如附圖所示

圖1是表示一個簡單HF烷基化過程的生產(chǎn)過程的示意圖。
圖2是表示本發(fā)明的運輸設(shè)備的加壓氣體卸料體系的生產(chǎn)過程的示意圖。
圖3是適于實施本發(fā)明的配置中再生反應(yīng)器、沉降器、補充酸貯存罐、酸總貯存罐以及酸冷卻器的部分切開的主視圖。
本發(fā)明可用于要求補充酸催化劑補足酸催化劑損失的任何催化劑精制過程，酸催化劑的損失比如為除去酸催化劑中的水和酸可溶油所一般使用的酸提純步驟中。
依據(jù)HF酸催化劑描述本發(fā)明，然而在烷基化過程中可使用各種烷基化催化劑，包括熟知的酸催化劑比如硫酸、氫氟酸、磷酸、以及其它烷基化催化劑。
在下面的討論中，出現(xiàn)在多于一幅附圖上的部件在部件出現(xiàn)的每一附圖上用同一數(shù)字表示。
現(xiàn)在參照附圖特別是圖1，圖中給出了烷基化反應(yīng)器10，反應(yīng)器10有與之相連的進口導(dǎo)管12以供應(yīng)液態(tài)氫氟酸。冷卻器14用于冷卻導(dǎo)管12中流動的酸。異鏈烷烴比如異丁烷的給料流經(jīng)管16給入反應(yīng)器10。鏈烯給料流經(jīng)導(dǎo)管17給入反應(yīng)器10，舉例說鏈烯給料流可以是丙烯和丁烯的混合物。烷基化反應(yīng)在反應(yīng)器10中經(jīng)使烴類與HF酸催化劑直接接觸而完成。HF酸/烴反應(yīng)混合物經(jīng)導(dǎo)管20從反應(yīng)器10中排出，導(dǎo)管20與催化劑沉降器18連通。
在催化劑沉降器18中，反應(yīng)流出物被分成位于催化劑沉降器18上部的烴相以及位于催化劑沉降器18下部的催化劑相。包括反應(yīng)器10、冷卻器14、和沉降器18的容器系統(tǒng)包含一個酸催化劑的設(shè)備，以便使得酸催化劑22的液面達到催化劑沉降器18中。
位于沉降器18上部的烴相經(jīng)與適當(dāng)分離設(shè)備比如分餾器(圖中未給出)連通的導(dǎo)管24而排出。沉降器18的酸相經(jīng)與酸提純裝置28連通的導(dǎo)管26而排出。從沉降器18的下部排出的一部分酸在加熱器27中加熱并在酸提純裝置28中通過從水和酸可溶油中蒸餾酸而被提純。被提純的酸經(jīng)導(dǎo)管30返回沉降器18而水和酸可溶油從導(dǎo)管29中排出。從沉降器18的下部排出的酸的剩余部分經(jīng)導(dǎo)管12流入冷卻器14并回到反應(yīng)器10中。需要時，補充酸催化劑經(jīng)導(dǎo)管32在加壓氣體壓力下從貯罐供應(yīng)。
現(xiàn)在參照圖2，圖中給出了一運輸設(shè)備卸料裝置40，該裝置可包括具有一個包含安全閥、蒸氣閥和離析閥的閥裝置的鐵路油罐車或運貨拖車。壓力不超過運輸設(shè)備安全閥設(shè)定值的加壓氣體，通常為氮氣，經(jīng)導(dǎo)管42、44和壓力調(diào)節(jié)閥46給人運輸設(shè)備。經(jīng)導(dǎo)管42與加壓氣體供應(yīng)源連通的壓力安全閥48的作用是保證不超過加壓氣體的安全壓力。使用加壓氣體把運輸設(shè)備中的液態(tài)HF酸催化劑用卸料設(shè)備40經(jīng)導(dǎo)管49和閥50卸入補充酸貯罐52。與酸總貯罐60相比罐52貯存體積較小的補充酸。使用補充酸貯罐52，可把酸從運輸設(shè)備中給入到烷基化過程而不必使酸總貯存罐60的大蒸氣空間排氣，從而避免了總罐60中HF酸蒸氣的損失。
運輸設(shè)備的加壓氣體卸料程序要求建立從運輸設(shè)備和相連的卸料設(shè)備40到補充酸貯罐52的流動通路，并平衡運輸設(shè)備和罐52中的壓力。平衡壓力可經(jīng)關(guān)閉閥68、69、74和75使罐52與烷基化過程分離然后經(jīng)導(dǎo)管54和閥56通過HF吸收系統(tǒng)使罐52排氣來實現(xiàn)。在把液態(tài)酸催化劑從運輸設(shè)備加壓傳輸?shù)窖a充酸貯存罐52之后，那么在把液態(tài)HF酸傳輸?shù)酵榛^程之前就可把罐52與運輸設(shè)備分離。使用經(jīng)導(dǎo)管62和閥64供應(yīng)的加壓氣體把罐52中的液態(tài)HF酸經(jīng)閥69傳輸?shù)酵榛^程或經(jīng)閥68傳輸?shù)剿峥傎A罐60，其中給罐52加壓到不超過壓力安全閥57、58或59的設(shè)定值的壓力水平。HF酸從補充酸貯罐52傳輸?shù)剿峥傎A罐60是由使HF酸流過導(dǎo)管66和閥68實現(xiàn)的，HF酸從罐52直接傳輸?shù)酵榛^程是由HF酸流過導(dǎo)管66和70及閥69實現(xiàn)的。此外，經(jīng)導(dǎo)管62和63以及閥65供給酸總貯罐60的加壓氣體可被用于經(jīng)導(dǎo)管70和閥68和69為該過程提供初始催化劑給料或用于把HF酸催化劑給入烷基化過程。圖2中還給出了閥74和導(dǎo)管76，可用它們把HF酸催化劑的初始給料從運輸設(shè)備提供給總貯罐60，圖2中還給出了導(dǎo)管71和閥73，可用它們?yōu)樗峥傎A罐60排氣并經(jīng)導(dǎo)管76把酸催化劑給入罐60。
圖3中給出了適用于本發(fā)明的生產(chǎn)容器的配置。圖示的反應(yīng)體系借助于與冷卻器14相連的兩個支管10和12中的液體的差重而維持HF酸經(jīng)酸冷卻器14的高循環(huán)。圖3中進一步給出了概括地用80表示的HF吸收體系，其中在排出廢氣之前把氟化氫從廢氣中吸收。
本發(fā)明可用于把HF酸運輸?shù)接脩粼O(shè)備的各種運輸設(shè)備，比如鐵路油罐車、運貨拖車、等等、按照本發(fā)明，過程設(shè)備包括一個大的酸總貯罐和一個相對較小的補充酸貯罐。在烷基化過程中經(jīng)把補充酸貯存在較小的酸貯罐52中而使酸蒸氣的損失減至最小，在把酸催化劑從運輸設(shè)備傳輸?shù)酵榛^程中經(jīng)把補充酸貯罐52用作為壓力鎖氣室而使酸蒸氣的損失進一步減至最小。
參照前述公開及所附權(quán)利要求，可對本發(fā)明進行各種改進而不偏離本發(fā)明的精神和范圍，因此這種變化和改進在本發(fā)明所要求保護的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種裝置，它包括生產(chǎn)容器設(shè)備，在第一壓力水平下與烷基化過程相連用于裝液態(tài)酸催化劑；一個補充酸催化劑貯存罐，與該烷基化過程相連，具有一個進口及一個出口，其體積大大地小于該生產(chǎn)容器設(shè)備的體積；運輸設(shè)備卸料設(shè)備，用于在第二壓力水平的蒸氣壓力下為裝有液態(tài)酸催化劑的運輸設(shè)備卸料；以及傳輸設(shè)備，使用該補充催化劑貯存罐設(shè)備作為壓力鎖氣室，用于從該裝有在第二壓力水平下的液態(tài)酸催化劑的運輸設(shè)備上把液態(tài)酸催化劑卸下，使液體和催化劑流過裝有在第一壓力水平下的液態(tài)酸催化劑的生產(chǎn)容器設(shè)備。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中傳輸設(shè)備包括用于建立從運輸設(shè)備卸料設(shè)備到補充酸催化劑貯存罐設(shè)備的第一流動通路的第一導(dǎo)管;用于使液態(tài)酸催化劑從運輸設(shè)備經(jīng)第一流動通路流到補充酸催化劑貯存罐的裝置;在通過第一流動通路接受液態(tài)酸催化劑時使補充酸催化劑貯存罐排氣的設(shè)備;一個可操作地設(shè)置在第一導(dǎo)管上的第一關(guān)閉閥;一個用于建立從補充酸催化劑貯存罐出品到生產(chǎn)容器設(shè)備的第二流動通路的第二導(dǎo)管;使液態(tài)酸催化劑經(jīng)第二流動通路流到生產(chǎn)容器設(shè)備的設(shè)備;以及一個可操作地設(shè)置在第二流動通路的第二關(guān)閉閥。
3.權(quán)利要求2的裝置，其中運輸設(shè)備卸料設(shè)備包括一個加壓氣體源;把加壓氣體源連接到運輸設(shè)備的蒸氣閥上的設(shè)備;以及把第一導(dǎo)管連接到運輸設(shè)備的排出閥上的設(shè)備。
4.權(quán)利要求3的設(shè)備，其中酸催化劑為氫氧酸，加壓氣體為氮氣。
5.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中第一壓力水平大于第二壓力水平。
6.權(quán)利要求1的裝置，其中生產(chǎn)容器為一沉降器。
7.在一個使用具有體積大大地小于在烷基化過程中使用的酸催化劑的總量所占的體積的補充酸催化劑貯存罐的烷基化過程中，一種傳輸大量酸催化劑的方法，其中在裝有在第一壓力水平的蒸氣壓下的液態(tài)酸催化劑的運輸設(shè)備中的酸催化劑被傳輸?shù)皆诘诙毫λ降纳a(chǎn)容器，該方法包括下述步驟在使補充酸貯存罐排氣時暫時地把補充酸貯存罐與生產(chǎn)容器分開;把補充酸貯存罐與運輸設(shè)備分開并使被充酸貯存罐停止排氣;把所說量的補充酸催化劑從運輸設(shè)備卸入補充酸貯存罐中;再在補充酸貯存罐到生產(chǎn)容器建立一流動通路;以及把所說量的補充酸催化劑從補充酸貯存罐壓力傳輸?shù)皆诘诙毫λ降纳a(chǎn)容器。
8.權(quán)利要求7的方法，其中從運輸設(shè)備卸下所說量的補充酸催化劑的步驟包括從運輸設(shè)備到補充酸貯存罐建立第一流動通路，并在其中設(shè)備第一關(guān)閉閥;經(jīng)為運輸設(shè)備加壓而建立液態(tài)酸催化劑經(jīng)第一流動通路的流通，同時使貯存罐排氣，以及在傳輸所說量的補充酸催化劑之后關(guān)閉第一流動通路中的流通。
9.權(quán)利要求8的方法，其中把所說量的酸催化劑從補充酸貯存罐壓力傳輸?shù)缴a(chǎn)容器的步驟包括從補充酸貯存罐到與烷基化過程相連的生產(chǎn)容器建立第二流動通路，并在其中設(shè)置第二關(guān)閉閥;經(jīng)為補充酸催化劑貯存罐加壓使液態(tài)酸催化劑經(jīng)第二流動通路形成流動;以及之后在傳輸所說量的酸催化劑之后關(guān)閉在第二流動通路中的流動。
10.權(quán)利要求9的方法，其中酸催化劑為氫氟酸而加壓氣體為氮氣。
11.權(quán)利要求7的方法，其中第二壓力水平大大地大于第一壓力水平。
全文摘要
公開了用于把酸催化劑從在較低蒸汽壓力水平下運載液態(tài)酸的運輸設(shè)備傳輸?shù)皆诟邏毫λ较沦A存液態(tài)酸的烷基化過程的生產(chǎn)容器中，同時使損失到環(huán)境中的酸蒸汽減至最小。經(jīng)在運輸容器和貯罐間使用較小體積的壓力鎖氣室而實現(xiàn)酸傳輸而不必使生產(chǎn)容器排氣。在較佳實施方案中，小體積壓力鎖氣室也用作為補充酸的貯罐，按需要把補充酸給入烷基化過程。
文檔編號C07C2/62GK1051054SQ9010786
公開日1991年5月1日 申請日期1990年9月20日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月21日
發(fā)明者凱思·維尼·霍菲斯, 亨利·K·哈奇姆斯 申請人:菲利浦石油公司