Получаване на флуороводород в процеса на алкилиране
Обичайна техника, използвана в рафинерията за производство на високооктаново моторно гориво, е алкилирането на изопарафини с олефини в присъствието на катализатор, за предпочитане флуороводородна киселина или флуороводород (HF). Изтичащият поток от реактора за алкилиране обикновено преминава през утаител, където въглеводородната фаза се отделя от киселинната фаза. Въглеводородната фаза се подлага на фракциониране за отделяне на нискокипящи въглеводороди от продуктите на алкилиране. Киселинната фаза се охлажда и се връща в реактора за алкилиране. Въпреки това, рециклираната киселинна фаза трябва да бъде подложена на частично пречистване, за да се предотврати образуването на разтворими в киселина масла (ASO) и вода в системата.
Глава 1КАТАЛИТИЧНИ ПРОЦЕСИ НА АЛКИЛИРАНЕ ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА РАЗКЛОНЕНИ ВЪГЛЕВОДОРОДИ
Използването на процеси на каталитично алкилиране за получаване на разклонени въглеводороди със свойства, които ги правят подходящи за използване като компоненти на бензинови смеси, е добре известно в областта. Обикновено алкилирането на олефини с наситени въглеводороди, като изопарафини, се извършва чрез контакт на реагентите с киселинен катализатор за образуване на реакционна смес, утаяване на споменатата смес за отделяне на катализатора от въглеводородите и допълнително разделяне на въглеводородите, например чрез фракциониране, за възстановяване на продукта от реакцията на алкилиране. Обикновено продуктът от реакцията на алкилиране се нарича "алкилат", за предпочитане той съдържа въглеводороди, имащи 7-9 въглеродни атоми. За да имаме най-високо качество на бензиновите смеси, за предпочитане е въглеводородите, образувани впроцес на алкилиране, са силно разклонени.
Един от най-желаните катализатори за алкилиране е флуороводородна киселина, но използването на флуороводородна киселина като катализатор за алкилиране е свързано с определени недостатъци. Един от основните проблеми при използването на флуороводородна киселина като катализатор е, че тя е силно корозивна и токсична за хората. Токсичността на флуороводородна киселина за хората допълнително се усложнява от факта, че безводната флуороводородна киселина обикновено е газообразна при нормални атмосферни условия от 1 атмосфера налягане и 70°F (21°C). Възможно е да се създадат определени мерки за безопасност за налягането на парите на флуороводородна киселина при стандартни атмосферни условия, когато те присъстват в атмосферата. Тези мерки за безопасност се определят от лекотата, с която флуороводородна киселина се изпарява и изпуска в атмосферата.
Въпреки потенциалните проблеми с токсичността за човека и корозивните характеристики на флуороводородна киселина, индустрията е определила в миналото, че ползите от използването на флуороводородна киселина като катализатор за алкилиране надвишават потенциалните проблеми. Например, флуороводородна киселина е много ефективен катализатор за алкилиране, позволяващ реакцията на олефини с изопарафини при ниски налягания и температури на процеса. HF е особено подходящ за използване като катализатор за алкилиране на бутилени, а в случай на алкилиране на пропилей и амилени, HF е използван като ефективен катализатор, докато други катализатори за алкилиране, като сярна киселина, не са ефективни при такива процеси на алкилиране. В допълнение към това, полученият алкилатв процеси на алкилиране с флуороводородна киселина, е с много високо качество, притежаващ такива желани свойства, тъй като е смес от силно разклонени въглеводородни съединения, която осигурява високооктаново моторно гориво.
Един проблем, който се среща при разработването на подходящ състав за заместване на флуороводородна киселина като катализатор за алкилиране, имащ желаните свойства за осигуряване на висококачествен продукт от реакцията на алкилиране и намалено налягане на парите, е корозивният характер на такива заместващи катализатори. Такива заместващи катализатори за алкилиране трябва не само да имат гореспоменатите желани физични свойства, но също така трябва да бъдат значително по-малко корозивни за метални компоненти, като например реакционни съдове, тръбопроводи, оборудване и други аксесоари на системата за процес на алкилиране, за да може катализаторът да има търговска стойност. В случай на използване на флуороводород като катализатор за алкилиране, известно е, че за да се сведе до минимум корозивният му ефект върху компонентите на въглеродната стомана на системата за процес на алкилиране, най-добре е да се използва флуороводород с минимална концентрация на вода. Наистина, корозивният ефект на флуороводорода върху въглеродната стомана се увеличава с увеличаване на концентрацията на вода. По отношение на съставите, предложени като подходящи заместители на флуороводорода като катализатор за алкилиране, всички също са открити като силно корозивни за въглеродната стомана.
И така, целта на изобретението е да се разработи нов катализатор за алкилиране, притежаващ желаното свойство да осигурява висококачествен продукт от реакцията на алкилиране, когато се използваза алкилиране на олефини с парафини, но с по-ниско налягане на парите от флуороводородна киселина.
Халогеноводородният компонент на каталитичния състав или каталитична смес може да бъде избран от групата съединения, състояща се от флуороводород (HF), хлороводород (HCl), бромоводород (HBr) и смес от две или повече от тях. Въпреки това, предпочитаният халогеноводороден компонент е флуороводород, който може да се използва в състава на катализатора в безводна форма или във водна форма, при условие че количеството вода, съдържащо се във водния разтвор, не е такова, че да е ограничаващата концентрация на вода в катализатора за алкилиране или съставът надвишава желаните граници, описани тук.
Сулфоновият компонент е важен и критичен компонент от състава на катализатора, тъй като той изпълнява няколко функции и поради неочакваните физични свойства, които придава на състава на катализатора. Една важна функция на присъствието на сулфоновия компонент в състава е да понижи налягането на парите или да действа като понижаващ ефект върху цялостния състав на катализатора. Съществен аспект на настоящото изобретение е, че сулфоновият компонент е разтворим във водородния халиден компонент и че сулфоновият компонент е по същество несмесим с олефиновия въглеводород, което позволява лесно отделяне на въглеводородите от състава на катализатора. Също така е важно присъствието на сулфоновия компонент да има минимален вреден ефект върху селективността и активността на реакцията на алкилиране.
Като цяло, специалистите в областта на катализираното от флуороводород алкилиране на олефини знаят, че за да се получи най-висококачествен алкилат в горния процесалкилиране на олефини, от съществено значение е хидрофлуоридният катализатор да бъде възможно най-чист от замърсители. Въз основа на известните ефекти на замърсителите на флуороводородния катализатор върху активността и селективността на процеса на алкилиране за получаване на висококачествен алкилат, специалистите в областта биха очаквали, че добавянето на малки до големи количества сулфоново съединение към хидрофлуориден катализатор би имало обичайния вреден ефект върху неговата каталитична ефективност. Установено е обаче, че присъствието на незначителни количества сулфоново съединение в комбинация с флуороводород ще има много малък неблагоприятен ефект върху работата на получената смес като катализатор за алкилиране, но в допълнение, изненадващо е установено, че вместо вреден ефект върху каталитичното действие, малки концентрации от по-малко от около 30 тегл.% от сулфоновия компонент в комбинация с флуороводород могат да повишат ефективността на получения състав като котка анализатор за процеса на алкилиране.
Новият състав на катализатора, както е описан тук, решава много от проблемите, свързани с използването на флуороводородна киселина като катализатор, тъй като осигурява предимствата на по-ниско налягане на парите при нормални условия в сравнение с флуороводородна киселина. Но в допълнение към предимството на по-ниското налягане на парите при нормални условия, новият каталитичен състав може да се използва и в типични процеси на алкилиране, осигурявайки практически скорости на реакция при ниски работни налягания и ниски работни температури за получаване на висококачествен алкилатпродукт, който е подходящ за използване като компонент за смесване на бензиново моторно гориво. Допълнително предимство на новия каталитичен състав е, че той е по-лесен за търговска употреба от флуороводородна киселина.