RU2131861C1 - Процесс сернокислотного алкилирования изопарафинов олефинами и устройство для его осуществления - Google Patents

Процесс сернокислотного алкилирования изопарафинов олефинами и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2131861C1
RU2131861C1 RU96104331A RU96104331A RU2131861C1 RU 2131861 C1 RU2131861 C1 RU 2131861C1 RU 96104331 A RU96104331 A RU 96104331A RU 96104331 A RU96104331 A RU 96104331A RU 2131861 C1 RU2131861 C1 RU 2131861C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
emulsion
sulfuric acid
isoparaffin
reactor
olefin
Prior art date
Application number
RU96104331A
Other languages
English (en)
Other versions
RU96104331A (ru
Inventor
Г.Г. Алексанян
Н.Б. Либрович
Ю.А. Прочухан
Original Assignee
Оргрэл Интернэшнл Текнолоджиз Корпорейшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Оргрэл Интернэшнл Текнолоджиз Корпорейшн filed Critical Оргрэл Интернэшнл Текнолоджиз Корпорейшн
Publication of RU96104331A publication Critical patent/RU96104331A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2131861C1 publication Critical patent/RU2131861C1/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/311—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows for mixing more than two components; Devices specially adapted for generating foam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/26—Nozzle-type reactors, i.e. the distribution of the initial reactants within the reactor is effected by their introduction or injection through nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00—Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/001—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2/00—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms
    • C07C2/54—Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by addition of unsaturated hydrocarbons to saturated hydrocarbons or to hydrocarbons containing a six-membered aromatic ring with no unsaturation outside the aromatic ring
    • C07C2/56—Addition to acyclic hydrocarbons
    • C07C2/58—Catalytic processes
    • C07C2/62—Catalytic processes with acids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00054—Controlling or regulating the heat exchange system
    • B01J2219/00056—Controlling or regulating the heat exchange system involving measured parameters
    • B01J2219/00058—Temperature measurement
    • B01J2219/00063—Temperature measurement of the reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00162—Controlling or regulating processes controlling the pressure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2527/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • C07C2527/02—Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
    • C07C2527/053—Sulfates or other compounds comprising the anion (SnO3n+1)2-
    • C07C2527/054—Sulfuric acid or other acids with the formula H2Sn03n+1

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

Описывается процесс алкилирования олефинов с изопарафином с использованием серной кислоты в качестве катализатора. В первоначальной стадии процесса в отдельной эмульсионной зоне готовится мелкодисперсная эмульсия изопарафина с серной кислотой. Приготовление эмульсии осуществляется путем впрыска изопарафина в кислотную среду через систему форсунок, позволяя тем самым продувать изопарафин на высокой скорости через кислоту и формировать однородную эмульсию. Это позволяет достичь необходимого перемешивания без использования мешалок или иных перемешивающих устройств, работа которых обычно связана со значительными трудовыми и финансовыми затратами. Далее указанная эмульсия, приготовление которой представляет себой уже законченную фазу как таковую, подается в зону реакции, отделенную от эмульсионной зоны, куда подается олефин, преимущественно через множество точек и перпендикулярно эмульсионному потоку. Преимущество заключается в том, что такая технология позволяет контролировать эту стадию таким образом, чтобы поддерживать низкое объемное соотношение серной кислоты и углеводорода, присутствующих в реакционной зоне, в пределах 0,3: 1 - 0,5: 1. Вышеуказанный процесс позволяет понижать расходные нормы на сырье, особенно на серную кислоту, посредством метода смешения сырья и его соотношений, а также посредством непосредственного анализа процесса реакции алкилирования. Кроме того он улучшает качество целевого продукта и позволяет использовать оптимизированное, малогабаритное, высокопроизводительное, экологически чистое устройство для оуществления заявленного процесса. 3 с. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил., 9 табл.

Description

Предпосылки изобретения
а) Область изобретения
Настоящее изобретение относится к процессу алкилирования олефинов, в частности к процессу, где алкилирование олефина изопарафином происходит с использованием серной кислоты в качестве катализатора.
Изобретение также относится к устройству для смешения и реагирования, по крайней мере, двух, но предпочтительно трех жидких компонентов, которое хорошо приспособлено для проведения вышеуказанного процесса, хотя такое устройство может быть использовано для проведения множества других процессов, как это будет изложено ниже.
б) Краткое описание предшествующих изобретений
Алкилирование является хорошо известным процессом, используемым в настоящее время в нефтеперерабатывающей промышленности для производства высокооктанового моторного топлива с помощью различных комбинаций олефинов (таких как пропилен, бутилен или амилен) с изопарафинами (особенности изобутаном). Этот процесс обычно проходит в жидкой фазе. Серная или фтористоводородная кислоты используются в качестве катализатора.
Как указано выше, процесс, в соответствии с изобретением, в основном связан с алкилированием олефинов, где серная кислота используется в качестве катализатора.
Как известно, сернокислотное алкилирование страдает от ряда недостатков, связанных с неудовлетворительным качеством и несовершенством оборудования и производственных условий, включая, в частности, скорость самой реакции. Установки алкилирования, использующие серную кислоту в качестве катализатора, зачастую работают при объемных соотношениях изопарафина к олефину в пределах от 5: 1 до 8: 1 и при объемном соотношении серной кислоты к углеводородам примерно 1:1,5.
На существующих установках среднее потребление кислоты на метрическую тонну алкилата составляет примерно 80 кг.
Среди известных в настоящее время процессов можно выделить следующие:
1 - олефин, изопарафин и серная кислота подаются отдельно в реактор, где они реагируют при интенсивном перемешивании с целью образования реакционной среды (эмульсии) (см. , например, патент США N 3227774 и авт. свид. СССР N 1452071 и N 1459186);
2 - олефин и изопарафин сначала смешиваются, затем полученная смесь подается или впрыскивается в реактор алкилирования, содержащий эмульсию, образованную серной кислотой и углеводородами (см., например, патенты США N 3867103; N 3956417 и N 5095168);
3 - олефин и серная кислота сначала смешиваются с целью получения соответствующего алкилсульфата, который затем подается вместе с изопарафином в реактор (см., например, патент США N 3000994 и патент Канады N 446901);
4 - изопарафин и серная кислота смешиваются с целью получения эмульсии, которая затем реагирует с олефином (см., например, патент США N 3544652).
В соответствии с изобретением, процесс относится к четвертому из указанных выше типов, то есть к типу, где изопарафин и серная кислота смешиваются отдельно для образования эмульсии, которая затем реагирует с олефином.
В патенте США N 3544652 от 1 декабря 1970 где описан процесс алкилирования олефина изопарафином в присутствии серной кислоты, где объемное соотношение изопарафина к олефину преимущественно равно 12:1, а объемное соотношение кислоты к углеводородам находится в пределах от 2,5:1 до 15:1, но преимущественно контролируется в рамках 6:1.
В этом процессе олефин реагирует с алкилирующей кислотоуглеводородной эмульсией, сформированной в результате тщательного перемешивания изопарафина с серной кислотой до контакта с олефином. Реакция проходит адиабатически, преимущественно в потоке, в реакторе, называемом "контактор алкилирования", куда олефин впрыскивается при высокой скорости перемешивания через множество точек подачи. Реактор снабжен перемешивающим устройством, достаточным для образования и поддержания эмульсии изопарафина с серной кислотой, а также тщательного и однородного перемешивания эмульсии с олефином в точках ее подачи в реактор.
Температура алкилирующей смеси постоянно поднимается на 5-15oC в ходе движения жидкого потока, уменьшая таким образом вязкость самой смеси и влияя на поток и перемешивание.
Процесс, описанный в патенте США, проходит в основном при температуре от 5 до 60oC и давлении, необходимом для поддержания реагентов в жидкой фазе (от 2 до 10 атм). Используется серная кислота с концентрацией от 88 до 99%, охлажденная до температуры около 4oC до смешивания с изопарафином.
В указанном патенте США даются весьма незначительные детали относительно приготовления эмульсии, а также впрыска олефина и его распределения внутри реакционной зоны (зон). Отвод тепла, образуемого в результате реакции, не осуществляется, и не дается никаких ссылок по поводу контроля за температурой, кислотностью и составом серной кислоты внутри реактора.
Цель изобретения и его описание.
Целью настоящего изобретения является внедрение процесса алкилирования олефинов, относящегося к указанному ранее "четвертому" типу, но значительно улучшенного по сравнению с существующими процессами, включая описанные выше. Преимуществами процесса являются следующие:
- снижение расходных норм на сырье, в особенности на серную кислоту, достигаемое посредством метода смешения сырья и его соотношений, а также посредством непосредственного анализа процесса реакции алкилирования;
- улучшение качества целевого продукта;
- использование оптимизированного, малогабаритного, высокопроизводительного, экологически чистого устройства для осуществления процесса.
В соответствии с изобретением, первая цель достигается посредством процесса сернокислотного алкилирования по крайней мере одного олефина с одним изопарафином, включающего следующие стадии:
а) подача серной кислоты в зону приготовления эмульсии;
б) впрыск изопарафина(ов) через систему форсунок в зону приготовления эмульсии таким образом, чтобы, не используя импеллера ("мешалки") либо иных перемешивающих устройств, сформировать однородную эмульсию изопарафина(ов) с серной кислотой;
в) впрыск олефина(ов) в предварительно полученную эмульсию в реакционной зоне, отделенной от зоны приготовления эмульсии, с целью формирования реакционной смеси;
г) осуществление реакции реакционной смеси в зоне реакции;
д) высвобождение (продукта) из реакционной смеси.
Если указанный процесс используется для получения алкилатов, употребляемых в качестве моторного топлива, олефин преимущественно состоит из бутиленов, а изопарафин преимущественно представляет собой изобутан. Другие изопарафины, например, изопентан, также могут присутствовать, но не желательны, поскольку обычно рассматриваются как компоненты, ухудшающие качество алкилата.
Таким образом, в соответствии с изобретением, в ходе процесса в отдельной эмульсионной зоне вначале готовится мелкодисперсная эмульсия изопарафина с серной кислотой. Приготовление эмульсии осуществляется посредством впрыска изопарафина в кислотную среду через систему форсунок, позволяя таким образом "продувать" изопарафин на высокой скорости через кислоту и формировать чрезвычайно однородную эмульсию. Это позволяет контролировать стадию (а) указанного процесса таким образом, чтобы поддерживать низкое объемное соотношение серной кислоты к углеводородам, присутствующим в реакционной зоне, в пределах от 0,3:1 до 0,5:1, что является существенным преимуществом. Это также позволяет достичь надлежащего перемешивания без использования импеллеров либо иных перемешивающих устройств, работа которых обычно связана со значительными трудовыми и финансовыми затратами.
Далее указанная эмульсия, приготовление которой представляет из себя уже "законченную" фазу как таковую, подается в зону реакции, отделенную от эмульсионной зоны, куда подается олефин, преимущественно через множество точек и перпендикулярно эмульсионному потоку. К преимуществам процесса относится то, что впрыск олефина может контролироваться, и таким образом объемное соотношение указанных ранее, по крайней мере, одного изопарафина к одному олефину выше, чем 2:1.
Использование "реактивного принципа в реакторах", когда один из реагентов впрыскивания через систему форсунок в среду другого реагента, уже известно. Так, например, патенты США N 3133128; 3696168 и N 3867103 описывают реакторы алкилирования олефинов, в которых смесь олефина с изопарафином впрыскивается через систему форсунок в среду распыленной серной кислоты для формирования реакционной эмульсии. Однако ни один из этих патентов не описывает или не предлагает даже отдаленно проводить процесс алкилирования в двух отдельных зонах, а именно, в первой зоне, где формируется в высшей степени однородная эмульсия изопарафина с серной кислотой, и второй зоне, расположенной ниже по движению общего потока и отделенной от первой, где в эмульсию впрыскивается олефин.
Следует указать, что в обеих зонах реагенты (то есть изопарафин, который впрыскивается через форсунки, сформированная эмульсия, которая вводится в зону реакции, и олефин, который впрыскивается в реакционную зону) подвергаются адиабатическому расширению, благодаря которому осуществляется значительный отвод тепла реакции, что таким образом позволяет самой реакции проходить практически в изометрических условиях. Далее, для контроля над температурой реакции можно контролировать температуру потока изопарафина, который впрыскивается в зоне приготовления эмульсии при температурах от -10o до +5oC, температуру серной кислоты, которая подается в ту же эмульсионную зону при температуре от 5o до 20oC, а желательно - от 8o до 10oC, а также температуру олефина, который впрыскивается в реакционную зону при температурах от -10o до +5oC, а желательно - при 0oC. Подобный контроль может быть осуществлен с помощью внешнего охлаждения сырья.
Так, в указанном процессе, в соответствии с изобретением, реакция успешно проходит в изобарическо-изотермическом режиме благодаря следующему:
- компоновке оборудования, в котором зона приготовления эмульсии и зона реакции отделены друг от друга;
- однородности формируемой эмульсии как по качеству, так и по распространению в объеме;
- надлежащему контролю за температурами изопарафина и/или серной кислоты и/или олефина.
В соответствии с предпочтительным конструктивным оформлением изобретения, стадии (а) и (б) могут успешно контролироваться, чтобы таким образом поток эмульсии в эмульсионной зоне двигался со скоростью от 0,2 до 2 м/с. В этом случае стадия (в) может контролироваться таким образом, чтобы поток реакционной смеси, полученной после впрыскивания, как было указано, по крайней мере одного олефина, двигался в пределах зоны реакции со скоростью от 0,04 до 0,27 м/с. В зависимости от выбранных скоростей потоков контакт между реагентами может продолжаться от нескольких секунд до 60 секунд, снижая таким образом до минимума возможность прохождения побочных реакций, таких как олигомеризация олефинов и автоалкилирование изопарафина.
В соответствии с другой частью предпочтительного конструктивного оформления изобретения, условия прохождения указанного процесса, как описано в изобретении, могут быть также в значительной степени оптимизированы посредством следующего:
- изменением функции кислотности Ho серной кислоты как в эмульсионной зоне, так и в зоне реакции, контролем качества серной кислоты, подаваемой на стадии (в), температуры и давления серной кислоты, по крайней мере одного изопарафина и по крайней мере одного олефина, подаваемых или впрыскиваемых в стадиях (а), (б) и (в), чтобы такая функция кислотности Ho находилась в пределах от -10,6 до -9,5; и/или
- измерением концентрации недиссоциированных молекул серной кислоты внутри как эмульсионной зоны, так и зоны реакции, и контролем качества серной кислоты, подаваемой в стадии (а), температуры и давления серной кислоты, по крайней мере одного изопарафина и по крайней мере одного олефина, подаваемых или впрыскиваемых в стадиях (а), (б) и (в), чтобы такая концентрация находилась в пределах от 6,8 до 16,9 г•моль/л.
Как будет далее указано, описанный в настоящем изобретении процесс прошел испытания.
В ходе таких испытаний среднее потребление серной кислоты на метрическую тонну полученного алкилата составляло от 30 до 40 кг, что значительно ниже, чем на существующих установках.
Указанный процесс получения алкилата с использованием серной кислоты в качестве катализатора является весьма эффективным и экологически безопасным. Значительно сокращено количество отходов. Площадь, занимаемая установкой, и трудозатраты также сокращены. Оборудование для осуществления процесса является герметичным.
Испытания также продемонстрировали, что описанный в изобретении процесс позволяет сформировать легкую нестабильную эмульсию. Разделение реакционной смеси на углеводород и кислотную фазу занимает 5-8 секунд, позволяя таким образом уменьшить время отстоя.
Поскольку описанный в изобретении процесс не требует импеллеров ("мешалок") или иных перемешивающих устройств, подвергающихся значительной коррозии, оборудование для такого описанного в изобретении процесса весьма просто в управлении и обслуживании. Такое оборудование может быть герметичным и успешно работать при низких давлениях от 1 до 7,5 избыточных атмосфер, предпочтительно при 1,5 избыточной атмосферы, обеспечивая таким образом стабильную гидродинамику. Такое оборудование имеет компактные размеры, и его надежность в работе позволяет выходить на нормальный режим в течение 5-7 минут, в сравнении с 20-30 минутами на существующих традиционных установках.
Описанный в изобретении процесс может быть легко автоматизирован.
Как указывалось, для контроля над параметрами процесса и поддержания оптимальных рабочих условий была разработана новая уникальная система экспресс-контроля. Эта система экспресс-контроля разработана на базе изменений физических и химических параметров катализатора в ходе процесса. Функция кислотности Ho и содержание недиссоциированной серной кислоты в катализаторе являются основными физическими и химическими параметрами катализатора (серной кислоты) и органических разбавителей.
В соответствии с изобретением, обе эти величины могут измеряться в ходе процесса с интервалами от 1 до 10 минут при точности плюс-минус пять процентов (±5%), что позволяет контролировать весь производственный процесс. Такое измерение функции кислотности Ho, являющейся отрицательным логарифмом кислотности кислотного раствора, может быть проведено с помощью измерения скорости образования углекислого газа (CO) после добавления определенного количества карбоксильной кислоты в образец серной кислоты, взятой из емкости или самого реактора. Поскольку скорость разложения карбоксильных кислот, таких, например, как муравьиная кислота, прямо пропорциональна кислотности реакционной среды, можно на основании скорости образования CO, легко определить результат кислотности образца и, соответственно, функцию кислотности Ho катализатора.
Указанный процесс и характеристики устройства позволяют быстро модифицировать такие параметры, как давление и температуры входящих компонентов с тем, чтобы быстро привести эти параметры в соответствие с изменяющимися свойствами катализатора. К примеру, при алкилировании олефинов такие свойства подаваемой кислоты, как вязкость, точка замерзания и другие, изменяются по мере ее реагирования с другими компонентами; впервые такой процесс позволяет немедленно менять параметры входящих потоков олефинов, изопарафинов и кислоты, чтобы таким образом очень быстро достичь оптимального режима внутри реактора.
Таким образом, вкратце говоря, (1) при увеличении удельной производительности и более рациональном использовании входящих компонентов, (2) сокращении потребления компонентов и энергетических затрат, а также (3) при сокращении потребления кислоты, упомянутый процесс, в соответствии с изобретением, позволяет значительно снизить расходы на производство алкилата при одновременном увеличении объема производства.
Отсутствие импеллеров и герметичность используемого оборудования также позволяет осуществлять процесс при низких давлениях и делают его экологически чистым, повышая таким образом уровень безопасности всего процесса для окружающей среды.
Другой целью настоящего изобретения является устройство, приспособленное в особенности для осуществления указанного выше процесса, хотя такое устройство может быть использовано и для проведения множества других процессов, при которых два или три жидких компонентов должны быть тщательно перемешаны и активно реагировать друг с другом.
В соответствии с изобретением, такая цель достигается с помощью устройства, состоящего из следующих компонентов:
а) емкости для приготовления эмульсии, в основном цилиндрической формы по продольной оси, имеющей длину l1 и диаметр D1; такая емкость имеет с одного конца расположенный в центре под определенным углом выход диаметром D6, который меньше диаметра D1;
б) специального приспособления для впрыска в емкость, где первый компонент должен впоследствии перемешиваться и реагировать, где приспособление для впрыска представляет собой систему установленных по оси форсунок со средним диаметром D2, расположенных внутри другого конца емкости;
в) приспособления для перпендикулярной подачи в емкость второго компонента, который должен впоследствии перемешиваться и реагировать;
г) реактора, в основном цилиндрической формы, расположенного по продольной оси в одном направлении с осью емкости, имеющего длину l5 и диаметр D4, который больше диаметра D1, где такой реактор имеет вход диаметром D6, расположенный по центру по продольной оси в одном конце реактора и соединенный с выходом емкости, и где такой реактор имеет выход, расположенный по центру по продольной оси.
Приспособление для впрыска (б) состоит предпочтительно из перфорированной пластины, установленной в поперечнике входа в емкость и расположенной по потоку выше приспособления (в) для подачи второго компонента, и первого патрубка входа в емкость, расположенного по потоку выше перфорированной пластины. Первый компонент подается в емкость через первый патрубок и впрыскивается в зону приготовления эмульсии через форсунки длиной l2, идущие от пластины в направлении выхода из емкости.
Приспособление (в) для подачи второго компонента состоит предпочтительно из распределительной камеры в форме рукава, окружающего емкость. Распределительная камера соединена с емкостью кольцеобразным радиальным отверстием, расположенным перпендикулярно к основному потоку внутри емкости вблизи перфорированной пластины ниже по потоку. Второй патрубок диаметром D3 используется для подачи второго компонента, который должен подаваться в распределительную камеру. Второй патрубок имеет вход в распределительную камеру на расстоянии l3 от перпендикулярного входа в емкость.
Основное устройство может использоваться для тщательного перемешивания двух компонентов с целью их реагирования.
Так, например, устройство может использоваться для полимеризации α- олефинов. В процессе полимеризации катализатор, являющийся предпочтительно жидкой смесью AlCl3, может подаваться через первый патрубок и форсунки, где сырье полимеризуется, а смесь олефинов с углеводородами подается через второй патрубок и распределительную камеру. Реакция полимеризации происходит внутри емкости приготовления эмульсии, куда подается катализатор и сырье, в то время как реактор, расположенный ниже по потоку по отношению к емкости, действует как камера контроля за температурой реакции с целью избежания перегрева.
В ходе процесса полимеризации молекулярная масса получаемого продукта может регулироваться надлежащим изменением давления внутри устройства. Увеличение давления внутри устройства повлечет за собой увеличение температуры и, соответственно, приведет к уменьшению молекулярной массы продукта реакции.
Таким образом, молекулярная масса продукта реакции может быть легко изменена в пределах между 300 и 10.000, и может реагировать до 100% α- олефина.
В соответствии с изобретением, указанное устройство может также быть использовано для получения бутил-каучука и синтетических каучуков. В этом случае каучуковый мономер может быть подан через второй патрубок, а катализатор Циглера-Натта, различные стопперы и другие регулирующие реакцию компоненты впрыскиваются через первый патрубок и форсунки.
Это же устройство может быть использовано для следующего:
- производство синтетической олифы путем подачи пиперилена через второй патрубок и впрыска катализатора, например, треххлористого алюминия (AlCl3), через форсунки;
- реакция смеси бутенов с серной кислотой для производства метил-этил-кетона, используемого в качестве растворителя лаков и клеев, а также в качестве сырья для нефтеперерабатывающей промышленности;
- окисление тяжелых углеводородов для производства строительных и дорожных битумов;
- получение катализатора Циглера-Натта;
- процесс гидролиза сложных эфиров с использованием серной кислоты в качестве катализатора;
- процесс нитрирования ароматических соединений с использованием нитрирующей смеси серной и азотной кислот;
- сульфирование ароматических и гетероциклических соединений с использованием серной кислоты в качестве реагента и катализатора одновременно;
и т.д.
В случае, если проводимая реакция включает третий компонент, как в случае алкилирования олефина, то указанное и описанное устройство, в соответствии с изобретением, может также включать приспособление (д) для перпендикулярной подачи в реактор третьего компонента.
Такое приспособление (д) удачно сочетает патрубок подачи диаметром 5 и длиной l6, расположенный в центре и по оси внутри реактора. Это патрубок имеет вход за пределами реактора, через который подается третий компонент. Этот патрубок также имеет закрытый конец, заканчивающийся на коротком расстоянии l7 от входа в реактор, а также множество, предпочтительно больше 10, перпендикулярных отверстий диаметром d6, равномерно расположенных вдоль его длины.
Предпочтительно, чтобы закрытый конец патрубка был конусообразной формы под углом от 45 до 60o по отношению к входу в реактор.
Если устройство в соответствии с изобретением используется для алкилирования олефинов, то изопарафин, например изобутан, может подаваться через первый патрубок и впрыскиваться в емкость через форсунки. Одновременно серная кислота может подаваться в емкость через второй патрубок и распределительную камеру. Это позволяет получить эмульсию серной кислоты и изобутана. Эта эмульсия затем подается в реактор, куда впрыскивается через соответствующий патрубок олефин.
Следует указать, что устройство, снабженное патрубком для ввода в реактор третьего реагирующего компонента, также может быть использовано при других реакциях с тремя компонентами. Так, например, оно может быть использовано для получения хлорсодержащих углеводородов, таких как метилхлорид CH3Cl или дихлорэтан C2H4Cl2, хлорсодержащих ароматических соединений или хлоркаучука с применением катализаторов, таких как AlCl3 или FeCl3, впрыскиваемых через форсунки в углеводород, ароматического соединения или каучукового мономера, подаваемых через второй патрубок, в то время как хлор в инертном растворителе подается через соответствующий патрубок в реактор.
В соответствии с предпочтительным конструктивным оформлением изобретения, размеры различных структурных компонентов устройства, как описано в изобретении, выбраны следующим образом:
соотношение D1/D2 находится в пределах от 9,5:1 до 24:1
соотношение D1/D6 - в пределах 2:1 до 2,3:1, предпочтительно 2:1
соотношение D1/D4 находится в пределах от 1:2 до 1:4
соотношение D4/D5 находится в пределах от 8:1 до 16:1
соотношение l1/l2 находится в пределах от 3,3:1 до 5:1
соотношение l1/l5 находится в пределах от 1:2 до 1:3
соотношение l5/l6 находится в пределах от 1,1:1 до 1,3:1
соотношение l7 находится в пределах от 2 до 6 диаметров D5;
соотношение l3/D3 - от 3:1 до 1:1, предпочтительно от 2:1 до 1:1;
соотношение d6/D5 находится в пределах от 1:6 до 1:10.
Расстояние между выходом емкости и входом реактора может быть выбрано таким образом, чтобы соотношение l1/l4 находилось в пределах от 1,1:1 до 2,1:1.
Предпочтительно также, чтобы сумма поперечных площадей форсунок была выбрана таким образом, чтобы быть равной площади в поперечнике второго патрубка, а расстояние между форсунками - меньше их диаметра D2, умноженного на 2.
На практике общая длина устройства может быть примерно равна 5 метрам, а диаметр D4 реактора может быть примерно равен 0,6 метра. В этом случае вес устройства может составлять примерно 1200 кг. С помощью такого устройства, другие структурные размеры которого могут быть легко определены с помощью вышеприведенных соотношений, может быть получено более 150 метрических тонн алкилата в день. При надлежащем выборе вышеприведенных соотношений может быть получено до 450 метрических тонн алкилата в день.
Краткое описание фигур.
Указанный процесс в соответствии с изобретением и способ его проведения будут более понятны после прочтения следующего неограничивающего описания со ссылками на сопроводительные фигуры:
фиг. 1 показывает схему потоков установки алкилирования, включающий описываемое в изобретении устройство;
фиг. 2 показывает схему описываемого в изобретении устройства в разрезе в том виде, в каком оно используется в процессе алкилирования, проиллюстрированном на фиг. 1;
фиг. 3 показывает схему в разрезе форсунки, используемой в устройстве, показанном на фиг. 2;
фиг. 4 показывает схему вида сверху перфорированной пластины, поддерживающей форсунки устройства, показанного на фиг. 2;
фиг. 5 показывает схему в разрезе окончания патрубка ввода третьего компонента в реактор устройства, показанного на фиг. 2.
Описание предпочтительного конструктивного оформления
Как было указано, фиг. 1 показывает схему потоков установки алкилирования, включающей описываемое в изобретении устройство.
Как видно на фигуре, на указанной установке из емкостей 1 и 3 по магистралям 1-a 3-a изопарафин, предпочтительно изобутан, и катализатор (серная кислота) подаются в емкость 4 приготовления эмульсии изобутан-серная кислота. Полученная в емкости 4 эмульсия подается в реактор 5, где смешивается с олефином, который может быть изобутиленом или содержащей изобутилен смесью. Олефин подается из емкости 2 по магистрали 2-a. После завершения реакции эмульсия подается через магистраль 5-г в отстойную зону 8, откуда углеводородная фаза поступает на ректификационную колонну 10 через магистраль 8-а. Изобутан, выделяемый в результате кипения в реакторе 5, возвращается в емкость 1 через отстойную зону 8 и магистраль 1-г. Катализатор (серная кислота) после отстоя в отстойной зоне 8 через магистраль 3-г возвращается в емкость 3. Отработанная кислота может быть удалена из системы через устройство сброса 9. Выделяемый в процессе ректификации в колонне 10 изобутан через магистраль 1-б возвращается в емкость 1, а алкилат подается в товарный парк 11 по магистрали 10-а. В ходе продолжающегося процесса из емкости 4 подготовки эмульсии изобутан-серная кислота и реактора 5 с помощью системы отборников по коллекторам 4-а и 5-а отбираются образцы реакционной смеси. Эти образцы подаются в устройство 6 для проведения экспресс-анализа кислотности, а также в устройство 7 для измерения состава кислотной фазы алкилирования (катализатора).
Как было указано, изобретение составляет устройство для проведения реакции алкилирования на установке и процесс, который проходит внутри такого устройства, основными компонентами которого являются:
- емкость 4 приготовления эмульсии изобутан-серная кислота;
- отдельный реактор 5, куда впрыскивается олефин.
Как показано на фиг. 2, указанный блок 4 для приготовления эмульсии представляет собой емкость, в основном цилиндрической формы, расположенную вдоль продольной оси, длиной l1 и диаметром D1. Эта емкость 4 с одного конца снабжена расположенным продольно в центре входом 14 в виде патрубка длиной l4 и диаметром D6, который меньше диаметра D1.
Имеется приспособление для впрыска изопарафина в емкость 4. Это приспособление состоит из перфорированной пластины 13, установленной в поперечнике входа в емкость 4 напротив выхода 14. Оно также состоит из системы продольно расположенных форсунок 12 длиной l2 и внешним диаметром D2, идущих от перфорированной пластины 13 по направлению к выходу 14 емкости 4. Приспособление для впрыска также состоит из первого патрубка, соединенного с магистралью 1-а. Этот первый патрубок имеет выход в емкость выше по потоку относительно перфорированной пластины 13.
Также имеется приспособление для подачи серной кислоты перпендикулярно основному потоку в емкость 4 таким образом, чтобы она "продувалась" изопарафином, подаваемым через магистраль 1-а и форсунки 12 с целью формирования эмульсии.
Как показано, такое приспособление для подачи серной кислоты состоит из распределительной камеры в форме рукава, окружающего емкость 4, который напрямую соединен с емкостью посредством кольцеобразного поперечного отверстия, сделанного внутри емкости 4 вблизи перфорированной пластины 13 ниже по потоку относительно этой пластины. Приспособление для подачи серной кислоты также состоит из второго патрубка диаметром D3, который соединен с магистралью 3-а. Этот второй патрубок имеет выход в распределительную камеру на расстоянии l3 от перпендикулярно расположенного отверстия.
Как было указано, емкость 4 соединена с реактором 5. Такой реактор 5 имеет в основном цилиндрическую форму и расположен по продольной оси в одном направлении с емкостью 4, его длина l5 и диаметр D4, который больше, чем диаметр D1. Реактор также снабжен с одного конца входом диаметром D6, расположенным по центру по продольной оси и напрямую соединенным с выходом 14 емкости 4. Реактор имеет выход в форме патрубка 21 для выхода потока, расположенный в противоположной части реактора по центру по продольной оси.
Также имеется приспособление для подачи олефина в реактор 5 перпендикулярно основному потоку. Это приспособление состоит из большого патрубка 16 диаметром D5 и длиной l6, расположенного по центру вдоль потока внутри реактора. Этот патрубок 16 имеет выход из реактора 5, соединенный с магистралью 2-а. Он также имеет закрытый конец 18, расположенный на коротком расстоянии l7 от входа в реактор, и множество перпендикулярно расположенных отверстий 17 диаметром d6, равномерно распределенных по длине патрубка. Как это показано на фиг. 5, закрытый конец 18 патрубка подачи олефина 16 имеет коническую форму под углом от 45 до 60o по отношению ко входу в реактор 5.
Для наилучшей работы устройства диаметры и длина структурных компонентов емкости 4 и реактора 5 выбраны следующим образом:
соотношение D1/D2 находится в пределах от 9,5:1 до 24:1
соотношение D1/D6 - в пределах от 2:1 до 2,3:1, предпочтительно 2:1
соотношение D1/D4 находится в пределах от 1:2 до 1:4
соотношение D4/D5 находится в пределах от 8:1 до 16:1
соотношение l1/l2 находится в пределах от 3,3:1 до 5:1
соотношение l1/l4 находится в пределах от 1,1 до 2.1:1
соотношение l1/l5 находится в пределах от 1:2 до 1:3
соотношение l5/l6 находится в пределах от 1,1:1 до 1,3:1
соотношение l7 находится в пределах от 2 до 6 диаметров D5;
соотношение l3/D3 находится в пределах от 2:1 до 1:1 и
соотношение d6/D5 находится в пределах от 1:6 до 1:10.
Предпочтительно, чтобы сумма поперечных площадей форсунок 12, через которые впрыскивается изопарафин, была равна площади в поперечнике второго патрубка, через который подается серная кислота. Также предпочтительно, как это показано на фиг. 4, чтобы форсунки 12 находились друг от друга на расстоянии, меньшем, чем их внешний диаметр D2x2.
Устройство, показанное на фиг. 2, снабжено датчиком температуры 19, пробоотборниками 20, а также системой отбора анализов кислоты 6 и 7 (см. фиг. 1), состоящей из инфракрасного спектрометра, используемого МНПВО (метод многократного нарушенного полного внутреннего отражения), и кинетического устройства для определения функции кислотности Ho.
Устройство работает следующим образом.
В емкость приготовления эмульсии 4 подается через магистраль 1-а изопарафин и через магистраль 3-а - серная кислота. Благодаря форсункам 12 изопарафин высокодисперсен и равномерно распределен по объему емкости 4 ниже по потоку по отношению к пластине 13. Образованная в емкости 4 эмульсия изопарафин-серная кислота поступает в реактор 5 через патрубок 14, где смешивается с олефином, подаваемым в реактор через патрубок 16, который действует как устройство распределения, снабженное системой отверстий 17, обеспечивающих нормальную подачу олефина в поток эмульсии изопарафин-серная кислота. Как было указано, закрытая торцевая часть 18 патрубка подачи олефина 16 снабжена конусом, обеспечивающим равномерный поток эмульсии, поступаемый в реактор 5.
Реагенты вступают в контакт в реакторе 5 и, по завершении реакции, выводятся из реактора 5 через патрубок 21.
Как было указано, емкость приготовления эмульсии изопарафин-серная кислота 4 и реактор 5 снабжены датчиком температуры (термопарами) 19 и пробоотборниками 20. Выделяющееся тепло снимается за счет адиабатического расширения, а также за счет равномерного распределения реагентов в потоке, практически исключающего локальные флюктуации концентраций реагентов и локальные перегревы.
Указанное устройство не имеет внешней охлаждающей системы благодаря работе реактора в изотермическом режиме. Это является одной из основных особенностей, а также преимуществом изобретения. Устройство не имеет импеллеров ("мешалок") или каких-либо иных приспособлений для перемешивания реагентов, что значительно упрощает его производство, обслуживание и работу.
Результаты испытаний.
Описанное здесь устройство было опробовано на практике в ходе множества испытаний по сернокислотному алкилированию олефинов. Использовавшееся в ходе испытаний устройство имело общую длину около 5 метров и включало в себя реактор с диаметром D4 около 0,6 метра. Размеры других структурных компонентов различались в ходе ряда испытаний с целью проведения сравнений, что будет описано далее.
Все испытания проводились с использованием следующего сырья:
- катализатор: - серная кислота при концентрации 85-99% по массе;
- изопарафин% - изобутан со степенью чистоты 40-80% по массе;
- олефин: - бутанбутиленовая фракция, содержащая 50% по массе бутиленов (из которых по массе: изобутилен - 10-20%; α- бутилен - 6-14; и α- бутилен - 10-24%), а также 4-5% по массе изопентана и 2% по массе амиленов.
Серная кислота и иозбутан подавались и перемешивались в емкости приготовления эмульсии 4 устройства, после чего полученная эмульсия поступала в реактор 5, как было описано выше.
Серная кислота подавалась в емкость приготовления эмульсии изобутан-серная кислота 4 при температуре от 5 до 10oC. Такая температура контролировалась и изменялась в ходе процесса в зависимости от изменения вязкости кислоты.
Бутан-бутиленовая фракция подавались в реактор 5 при температуре от -10 до +5oC.
Реакция контролировалась таким образом, чтобы температура внутри реактора оставалась в пределах от 8 до 20oC, а избыточное давление между 1 и 7,5 кг/см2. Объемное соотношение серной кислоты и углеводородов в основном поддерживалось в пределах между 0,3:1 и 0,5:1, а соотношение изопарафин-олефин в основном поддерживалось в пределах от 3:1 до 5:1.
Примеры испытаний 1-7.
С целью выяснения важности скоростей потоков эмульсии и олефина, подаваемых в реактор, испытания проводились при различных скоростях потоков V1, а также при различных скоростях потока реакционной смеси V2.
В ходе этих испытаний объемное соотношение изопарафин-олефин было 4:1. а серная кислота - углеводороды - 0,5:1. Результаты этих испытаний показаны в таблице 1 (см. в конце описания).
Примечание: В данной и последующих таблицах октановые числа выше 94,0 измерялись исследовательским методом. Октановые числа ниже 94,0 получены моторным методом.
Из таблицы 1 видно, что выход алкилата и его качество значительно снижаются при скоростях V1 и V2 ниже 0,2 и 0,04 м/с соответственно, а также выше 2,0 и 0,27 м/с соответственно.
Примеры испытаний 8-19.
С целью выяснения важности для реакции объемных соотношений изопарафин-олефин и серная кислота - углеводороды было проведены испытания с различными соотношениями сырья, в то время как скорости потоков эмульсии V1 и реакционной смеси V2 были постоянными и поддерживались на уровне 1,2 м/с и 0,16 м/с соответственно.
Результаты, показанные в таблице 2 (см. в конце описания), показывают, что увеличение соотношения кислота-углеводороды от 0,1 до 0,3:1 приводит к заметному росту выхода качественного алкилата. Однако при соотношении выше 0,5:1 его качество (например, октановое число) резко падает.
Эти испытания также показывают, что при соотношении изопарафин-олефин ниже 2:1 резко снижается качество алкилата. Для этого соотношения нет верхнего предела. Однако испытания показывает, что любое увеличение этого соотношения выше 5:1 экономически не выгодно, так как не дает заметных изменений ни в качестве, ни в количестве производимого продукта.
Примеры испытаний 20-29.
С целью проверки изменений функции кислотности Ho при добавлении в исходную кислоту воды (Ho вод), и измерявшейся в процессе алкилирования (Ho алк), а также взаимовлияния между Ho алк и октановым числом производимого продукта были проведены следующие испытания в тех же условиях, что в примере испытаний N 4. Результаты этих испытаний показаны в таблице 3 (см. в конце описания).
Таблица 3 показывает, что одной и той же аналитической концентрации серной кислоты, определенной по титрованию, могут отвечать различные значения функции кислотности Ho, зависящие от содержания воды в кислотной фазе.
Таблица 3 также показывает, что разбавление кислоты водой приводит к более резкому изменению значений Ho вод, чем Ho алк. Это доказывает, что определение аналитической концентрации серной кислоты по титрованию не является объективной характеристикой кислотности катализатора. На самом деле функция кислотности Ho алк, измерявшаяся в ходе процесса, характеризует качество кислотной фазы более точно.
Было обнаружено, что кислотность имеет тенденцию к росту в начале процесса, при адаптации ("приработке") катализатора. Также обнаружено, что наилучшее качество алкилата соответствует функции кислотности Ho около -10,2.
Примеры испытаний 30-39
Также были проведены испытания по определению изменений равновесных концентраций недиссоциированных молекул H2SO4 при добавлении в исходную кислоту воды
Figure 00000002
и в процессе алкилирования
Figure 00000003
, а также изменений октанового числа конечного алкилата в зависимости от изменений
Figure 00000004
. Результаты этих испытаний приведены в таблице 4 (см. в конце описания).
Таблица 4 показывает, что разбавление серной кислоты водой приводит к более резкому снижению концентрации недиссоциированных молекул H2SO4, чем ее разбавление в процессе алкилирования.
Таблица 4 также показывает, что уменьшение концентрации
Figure 00000005
от 16,9 до 14,4 г•моль/л приводит к улучшению качества конечного алкилата. Это может быть связано с накоплением в кислотной фазе бисульфатных соединений с органическими компонентами. Однако дальнейшее уменьшение концентрации
Figure 00000006
приводит к ухудшению качества продукта. Учитывая, что добавки промоторов в кислотную фазу сдвигают равновесие диссоциации серной кислоты, вышеуказанные испытания показали, что надлежащий контроль за изменениями концентраций недиссоциированных молекул H2SO4 позволяет эффективно регулировать оптимальный состав катализатора.
Примеры испытаний 40-82
Были проведены испытания по проверке важности геометрических размеров различных структурных компонентов описанного в изобретении устройства на качество и выход продукта. Эти испытания проведены в тех же условиях, которые показаны в примере испытаний N 4. Результаты этих испытаний показаны в таблицах 5-7 (см. в конце описания).
Таблица 5 показывает, что лучшими по выходу и качеству продукта являются соотношения D1/D2 от 9,5: 1 до 23,8:1; D1/D4 от 1:2 до 1:4; D1/D6, равное около 2:1, и D4/D5 от 8:1 до 16:1.
Таблица 6 показывает, что лучшими по выходу и качеству продукта являются соотношения l1/l5 от 1:2 до 1:3; l1/l2 от 3,3:1 до 5:1; l1/l4 от 1,1:1 до 2,1:1; l3/D3 от 2:1 до 1:1; l5/l6 от 1:1 до 1,3:1; а l7 в пределах от 2D5 до 6D5.
Таблица 7 показывает, что лучшие выход и качество продукта достигаются под углом α конуса патрубка ввода олефина от 45 до 60o.
Примеры испытаний 83-86
Далее, при тех же условиях (скорости потоков и соотношения), что и приведенные в примере N 4, были проведены испытания для определения влияния температуры серной кислоты, подаваемой в емкость, на качество алкилата. Во время этих испытаний исходная концентрация серной кислоты составляла 95% по массе. Результаты испытаний приведены в таблице 8.
Таблица 8 показывает, что исходная температура кислоты влияет на качество целевого продукта. Таблица также показывает, что увеличение температуры выше 20oC резко интенсифицирует вторичные процессы смолообразования, что снижает качество продукта. Несмотря на то, что хорошие результаты в приведенных выше испытаниях были получены при 0oC, но при этом концентрация кислоты составляла 95%, весьма важно, чтобы температура кислоты была не ниже 5oC, и тогда процесс будет оптимальным при различных концентрациях кислоты.
Пример испытаний N 87
Испытание было проведено с целью определения фракционного состава алкилата с октановым числом (по моторному методу) 94,3. Такой алкилат производился при 93-процентном растворе серной кислоты. Результаты испытания приведены в таблице 9.

Claims (19)

1. Процесс сернокислотного алкилирования по крайней мере одного олефина и по крайней мере одного изопарафина с использованием стадий приготовления эмульсии по крайней мере одного изопарафина с серной кислотой и формирования реакционной смеси, отличающийся тем, что процесс состоит из следующих стадий:
а) подают серную кислоту в зону приготовления эмульсии;
б) впрыскивают указанный по крайней мере один изопарафин через систему форсунок в зону приготовления эмульсии таким образом, чтобы без каких-либо импеллеров или иных перемешивающих приспособлений приготовить однородную эмульсию по крайней мере одного изопарафина с серной кислотой;
в) впрыскивают указанный по крайней мере один олефин в приготовленную эмульсию в реакционную зону, отделенную от зоны приготовления эмульсии, с формированием реакционной смеси;
г) осуществляют реакцию реакционной смеси внутри реакционной зоны;
д) отводят прореагировавшую смесь из реакционной зоны.
2. Процесс по п.1, отличающийся тем, что состоит из следующих дополнительных стадий:
е) контролируют стадии (а) и (б) таким образом, чтобы эмульсия двигалась внутри зоны приготовления эмульсии со скоростью потока от 0,2 до 2 м/с;
ж) контролируют стадию (в) таким образом, чтобы реакционная смесь, сформированная после впрыска по крайней мере одного олефина, двигалась внутри реакционной зоны со скоростью потока от 0,04 до 0,27 м/с.
3. Процесс по п.2, отличающийся тем, что в стадии (в) по крайней мере один олефин впрыскивают через множество точек подачи в направлении, перпендикулярном потоку указанной эмульсии.
4. Процесс по п.3, отличающийся тем, что состоит из следующих дополнительных стадий:
з) контролируют стадию (а) таким образом, чтобы объемное соотношение серной кислоты и углеводородов, присутствующих в реакционной зоне, находилось в пределах 0,3 - 0,5 : 1;
и) одновременно контролируют стадию (б) и стадию (в) таким образом, чтобы объемное соотношение по крайней мере одного изопарафина по крайней мере одного олефина было выше 2 : 1.
5. Процесс по п.4, отличающийся тем, что в стадии (а) по крайней мере один изопарафин является изобутаном, где изобутан подается при температуре (-10) - (5)oС, а серная кислота подается при температуре 5 - 20oС; в стадии (в) по крайней мере один олефин впрыскивается при температуре от (-10) - (5)oС; в зоне приготовления эмульсии и реакционной зоне поддерживается давление между 1 и 7,5 избыточной атмосферы.
6. Процесс по п.4, отличающийся тем, что состоит из следующих дополнительных стадий:
к) измеряют функции кислотности Ho серной кислоты как внутри зоны приготовления эмульсии, так и внутри реакционной зоны;
л) контролируют качество серной кислоты, подаваемой в стадии (а), а также температуры и давления серной кислоты по крайней мере одного изопарафина и по крайней мере одного олефина, подаваемых или впрыскиваемых в стадии (а), (б) и (в) таким образом, чтобы указанная функция кислотности Ho находилась в пределах от -10,6 до -9,5.
7. Процесс по п.5, отличающийся тем, что состоит из следующих дополнительных стадий:
м) измеряют концентрацию недиссоциированных молекул серной кислоты внутри как зоны приготовления эмульсии, так и реакционной зоны;
н) контролируют качество серной кислоты, подаваемой в стадии (а), а также температуры и давления серной кислоты по крайней мере одного изопарафина и по крайней мере одного олефина, подаваемых или впрыскиваемых в стадии (а), (б) и (в) таким образом, чтобы указанная концентрация находилась в пределах от 6,8 до 16,9 г • моль/л.
8. Процесс по п.7, отличающийся тем, что в стадии (а) по крайней мере один изопарафин является изобутаном, где изобутан подается при температуре (-10) - (5)oС, а кислота подается при температуре 5 - 20oС; в стадии (в) по крайней мере один олефин подается при температуре (-10) - (5)oС и в зоне приготовления эмульсии и реакционной зоне давление поддерживается в пределах 1 - 7,5 избыточной атмосферы.
9. Устройство для перемешивания и реагирования по крайней мере двух жидких компонентов, включающее реактор, в основном цилиндрической формы, отличающееся тем, что оно включает:
а) емкость для приготовления эмульсии в основном цилиндрической формы по продольной оси, имеющей длину l1 и D1, причем емкость имеет с одного конца расположенный в центре под определенным углом выход диаметром D6, который меньше диаметра D1;
б) приспособление для впрыска в указанную емкость первого из указанных перемешивающихся и реагирующих компонентов, причем приспособление для впрыска представляет собой систему установленных по оси форсунок длиной l2 со средним диаметром D2, расположенных внутри емкости напротив выхода;
в) приспособление для перпендикулярной подачи в емкость второго из указанных перемешивающихся и реагирующих компонентов;
г) реактор в основном цилиндрической формы, расположенный по продольной оси в одном направлении с осью емкости, имеющей длину l5 и диаметр D4, который больше диаметра D1, причем реактор имеет вход диаметром D6 и длиной l4, расположенный по центру по продольной оси в одном конце реактора и соединенный с выходом емкости и имеет в противоположном конце выход, расположенный по центру по продольной оси.
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что приспособление для впрыска включает следующие элементы: перфорированную пластину, установленную в поперечнике входа в указанную емкость и расположенную по потоку выше указанного приспособления для подачи (в), от которой идут указанные форсунки в направлении выхода из указанной емкости; и отверстие первого патрубка в указанную емкость, расположенное выше по потоку от указанной перфорированной пластины, через которое указанный первый компонент подается в емкость.
11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что приспособление для подачи включает следующие элементы: распределительную камеру в форме рукава, окружающего емкость, причем распределительная камера соединена с емкостью кольцеобразным радиальным отверстием, расположенным внутри указанной емкости вблизи указанной перфорированной пластины ниже по потоку; и отверстие второго патрубка для подачи второго компонента, диаметром D3, входящее в указанную распределительную камеру, находящееся на расстоянии I3 от указанного радиального отверстия.
12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что приспособление (л) для радиальной подачи в реактор третьего из перемешивающихся и реагирующих компонентов содержит патрубок подачи диаметром D5, расположенный в центре и по оси по длине l6 внутри указанного реактора, причем патрубок имеет вход за пределами реактора, через который подается третий компонент, этот патрубок имеет закрытый конец, заканчивающийся на коротком расстоянии l7 от входа в реактор, а также множество радиальных отверстий диаметром D6, расположенных по окружности вдоль его длины.
13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что закрытый конец патрубка подачи имеет конусообразную форму под углом 45 - 60o по отношению к входу в указанный реактор.
14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что соотношение D1/D2 находится в пределах 9,5 : 1 - 24 : 1; соотношение D1/D6 находится в пределах 2 : 1 - 2,3 : 1; соотношение D1/D4 находится в пределах 1 : 2 - 1 : 4; соотношение D4/D5 находится в пределах 8 : 1 - 16 : 1; соотношение l1/l2 находится в пределах 3,3 : 1 - 5 : 1; соотношение I1/I5 находится в пределах 1 : 2 - 1 : 3; соотношение l5/l6 находится в пределах 1,1 : 1 - 1,3 : 1; соотношение l7 находится в пределах 2 - 6 диаметров D5; соотношение D6/D5 находится в пределах 1 : 6 - 1 : 10.
15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что соотношение l3/D3 находится в пределах 2 : 1 - 1 : 1.
16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что расстояние между выходом емкости и входом реактора выбрано таким образом, чтобы соотношение l1/l4 находилось в пределах 1,1 : 1 - 2,1 : 1.
17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что сумма поперечных площадей форсунок равна площади в поперечнике второго патрубка.
18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что форсунки отстоят друг от друга на расстоянии меньшем, чем их диаметр D2, помноженный на 2.
19. Процесс сернокислотного алкилирования по крайней мере одного олефина и по крайней мере одного изопарафина с использованием стадии приготовления однородной эмульсии по крайней мере одного изопарафина с серной кислотой, формирования реакционной смеси, реагирование указанной реакционной смеси и вывод прореагировавшей смеси, отличающийся тем, что процесс состоит из следующих стадий:
а) подают серную кислоту в устройство по п.18 через второй патрубок устройства и впрыскивают по крайней мере один изопарафин через первый патрубок и форсунки устройства с целью приготовления однородной эмульсии, двигающейся внутри емкости для приготовления эмульсии со скоростью потока 0,2 - 2 м/с;
б) впрыскивают по крайней мере один олефин в эмульсию через патрубок подачи в реакторе устройства с целью формирования реакционной смеси, двигающейся внутри реактора со скоростью потока 0,04 - 0,27 м/с;
в) реагирование реакционной смеси;
г) вывод прореагировавшей смеси.
RU96104331A 1993-08-03 1994-07-25 Процесс сернокислотного алкилирования изопарафинов олефинами и устройство для его осуществления RU2131861C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/101302 1993-08-03
US08/101,302 US5443799A (en) 1993-08-03 1993-08-03 Process for the alkylation of olefins and apparatus for carrying out this process and others
PCT/IB1994/000226 WO1995004019A1 (en) 1993-08-03 1994-07-25 Process for the alkylation of olefins and apparatus for carrying out this process and others

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU96104331A RU96104331A (ru) 1998-06-10
RU2131861C1 true RU2131861C1 (ru) 1999-06-20

Family

ID=22283932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96104331A RU2131861C1 (ru) 1993-08-03 1994-07-25 Процесс сернокислотного алкилирования изопарафинов олефинами и устройство для его осуществления

Country Status (8)

Country Link
US (2) US5443799A (ru)
EP (1) EP0712386B1 (ru)
AU (1) AU682377B2 (ru)
CA (1) CA2167831A1 (ru)
DE (1) DE69408147T2 (ru)
ES (1) ES2114693T3 (ru)
RU (1) RU2131861C1 (ru)
WO (1) WO1995004019A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001094283A1 (en) * 2000-06-06 2001-12-13 Orgral International Technologies Corporation Method and device for the production of alkylates

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2736352B1 (fr) * 1995-07-06 1997-09-05 Inst Francais Du Petrole Procede d'alkylation aliphatique en emulsion inverse avec premelange catalyseur-olefine
US20060129016A1 (en) * 2004-12-10 2006-06-15 Anderson Mark C Methods for controlling water content of sulfuric acid in a sulfuric acid catalyzed process
US20070197848A1 (en) * 2006-02-17 2007-08-23 Refining Hydrocarbon Technologies Llc Low temperature low cost sulfuric acid alkylation process
US8304584B2 (en) 2007-06-27 2012-11-06 H R D Corporation Method of making alkylene glycols
US8278494B2 (en) 2007-06-27 2012-10-02 H R D Corporation Method of making linear alkylbenzenes
US7491856B2 (en) 2007-06-27 2009-02-17 H R D Corporation Method of making alkylene glycols
US8198499B2 (en) * 2007-12-28 2012-06-12 Chevron U.S.A. Inc. Ionic liquid catalyzed alkylation process employing nozzles and system implementing such process
US20090171133A1 (en) * 2007-12-28 2009-07-02 Chevron U.S.A. Inc. Ionic liquid catalyst alkylation using a loop reactor
US8034988B2 (en) * 2008-09-19 2011-10-11 Catalytic Distillation Technologies Process for the alkylation of isobutane with dilute propylene
US20100204964A1 (en) * 2009-02-09 2010-08-12 Utah State University Lidar-assisted multi-image matching for 3-d model and sensor pose refinement
US20110282114A1 (en) 2010-05-14 2011-11-17 Chevron U.S.A. Inc. Method of feeding reactants in a process for the production of alkylate gasoline
CN103357369B (zh) * 2012-03-29 2015-11-25 中国石油化工股份有限公司 一种烷基化反应装置及方法
CN103861545A (zh) * 2012-12-11 2014-06-18 中国石油化工集团公司 一种液体酸烷基化反应器及方法
CN103865570B (zh) * 2012-12-11 2016-05-11 中国石油化工集团公司 一种烷基化反应器及方法
CN104549108B (zh) * 2013-10-24 2016-07-06 中国石油化工股份有限公司 一种烷基化反应器和烷基化反应工艺
CN104560143B (zh) * 2013-10-24 2016-03-02 中国石油化工股份有限公司 一种两段进料烷基化反应工艺方法
CN104549114B (zh) * 2013-10-24 2016-06-22 中国石油化工股份有限公司 一种烷基化反应器和烷基化反应的方法
CN104560144B (zh) * 2013-10-24 2016-03-02 中国石油化工股份有限公司 一种分段进料烷基化反应方法
CN104587816B (zh) * 2013-11-04 2017-02-22 中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院 一种含硫含烃废气的处理方法
CN105016946B (zh) * 2014-04-29 2017-09-29 中国石油化工股份有限公司 一种液体酸催化的异构烷烃与烯烃的烷基化反应方法和装置
CN105219428B (zh) * 2015-11-03 2017-10-27 中石化炼化工程（集团）股份有限公司 一种硫酸烷基化反应的方法
CN110893335B (zh) * 2018-09-12 2021-10-12 中国石化工程建设有限公司 液体酸烷基化反应器及烷基化反应方法
CN109999749A (zh) * 2019-03-15 2019-07-12 中国煤层气集团有限公司 两相或多相反应容器
CN111167378B (zh) * 2020-01-29 2022-09-02 浙江建业化工股份有限公司 连续式两段酯化反应生产醋酸正丙酯的方法

Family Cites Families (54)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA707226A (en) * 1965-04-06 L. Coldren Clarke Mixing gases at supersonic velocity
CA446901A (en) * 1948-02-24 Jacob De Jong Johan Production of saturated hydrocarbons
US881434A (en) * 1907-07-29 1908-03-10 Frank O Moburg Apparatus for boiling lime and sulfur.
US1285824A (en) * 1916-05-10 1918-11-26 Walter O Snelling Preparation of metal nitrates.
US1295824A (en) * 1918-12-20 1919-02-25 Alexander W Beers Folding package-box.
US1371205A (en) * 1920-02-25 1921-03-08 Nashlund Axel Factory air-clarifier and fume-collector
US2014212A (en) * 1932-04-30 1935-09-10 Universal Oil Prod Co Coking hydrocarbon oils
US2420999A (en) * 1942-08-11 1947-05-27 Phillips Petroleum Co Apparatus for the manufacture of amorphous carbon
US2440423A (en) * 1944-05-04 1948-04-27 Columbian Carbon Apparatus for manufacture of carbon black
US2664450A (en) * 1950-05-18 1953-12-29 Basf Ag Process for the production of acetylene by incomplete combustion of hydrocarbons
US2747974A (en) * 1953-08-18 1956-05-29 Olin Mathieson Mixer
US3000994A (en) * 1957-09-23 1961-09-19 Myrtle H Watson Alkylation of isoparaffins with alkyl sulfates
FR1217303A (fr) * 1958-01-02 1960-05-03 Exxon Research Engineering Co Procédé pour empêcher ou diminuer la polymérisation des oléfines dans l'alkylation des hydrocarbures paraffiniques
NL242328A (ru) * 1958-08-15
US2976127A (en) * 1958-12-01 1961-03-21 Continental Carbon Co Apparatus for making carbon black
US3006739A (en) * 1958-12-03 1961-10-31 Phillips Petroleum Co Apparatus for contacting immiscible fluids
NL253164A (ru) * 1959-07-08
US3133128A (en) * 1960-09-12 1964-05-12 Universal Oil Prod Co Contacting of fluids
US3098108A (en) * 1960-12-16 1963-07-16 Exxon Research Engineering Co Coalescing sulphuric acid-hydrocarbon emulsions
BE639087A (ru) * 1962-10-23
US3238021A (en) * 1963-01-21 1966-03-01 Monsanto Co Mixing equipment
US3227774A (en) * 1965-01-21 1966-01-04 Texaco Development Corp Sulfuric alkylation acid recovery
DE1264433B (de) * 1965-07-30 1968-03-28 Basf Ag Vorrichtung zur Herstellung von acetylenhaltigen Gasen
US3512219A (en) * 1965-10-19 1970-05-19 American Potash & Chem Corp Injection reactor for titanium dioxide production
US3544652A (en) * 1966-07-15 1970-12-01 Pullman Inc Alkylation with sulfuric acid
US3438741A (en) * 1966-08-25 1969-04-15 Monsanto Co Apparatus for flame reaction of hydrocarbons
US3859367A (en) * 1968-10-23 1975-01-07 Asahi Denka Kogyo Kk Process and apparatus for the production of glycerol dichlorohydrin
US3655343A (en) * 1970-04-13 1972-04-11 Owens Illinois Inc Apparatus for oxidizing a spent pulping liquor
US3696168A (en) * 1970-09-21 1972-10-03 Phillips Petroleum Co Nozzle structure and arrangement for producing high octane alkylate
US3716343A (en) * 1970-11-02 1973-02-13 Phillips Petroleum Co Apparatus for increasing quality and quantity of product from an existing chemical apparatus operation
US3758613A (en) * 1971-06-03 1973-09-11 Universal Oil Prod Co Hydrogen fluoride-catalyzed alkylation with a venturi-shaped reactor
US3818938A (en) * 1972-10-16 1974-06-25 Universal Oil Prod Co Fluid mixing apparatus
US3867103A (en) * 1973-06-25 1975-02-18 Universal Oil Prod Co Alkylation apparatus
US3925502A (en) * 1973-06-25 1975-12-09 Universal Oil Prod Co Alkylation process
CA1018452A (en) * 1973-12-14 1977-10-04 Chem-Trol Pollution Services Centrifugal reactor
US3956417A (en) * 1974-10-18 1976-05-11 Texaco Inc. Isoparaffin-olefin alkylation utilizing a continuous sulfuric acid phase in a tubular reaction zone
US4017263A (en) * 1974-10-18 1977-04-12 Texaco Inc. Apparatus for sulfuric acid catalyzed alkylation process
JPS5250306A (en) * 1975-10-22 1977-04-22 Kureha Chem Ind Co Ltd Method and apparatus for decoking
IT1085350B (it) * 1977-04-19 1985-05-28 Montedison Spa Metodo per la preparazione di esafluoruro di zolfo ad elevata purezza,ed apparecchiatura per realizzarlo
US4134734A (en) * 1977-12-06 1979-01-16 Uop Inc. Detergent alkylation reactor
SU856534A1 (ru) * 1978-03-01 1981-08-23 Предприятие П/Я Р-6956 Аппарат дл проведени экзо- и эндотермических жидкофазных процессов
US4289732A (en) * 1978-12-13 1981-09-15 The Upjohn Company Apparatus for intimately admixing two chemically reactive liquid components
US4276439A (en) * 1979-10-02 1981-06-30 Phillips Petroleum Company Catalytic alkylation method and apparatus with hydrocarbon recycle
US4426544A (en) * 1982-07-01 1984-01-17 Uop Inc. Power recovery in motor fuel alkylation process
CA1213128A (en) * 1982-10-07 1986-10-28 Arie L. Mos Reactor for exothermic or endothermic chemical processes
US4752452A (en) * 1983-03-10 1988-06-21 Union Oil Company Of California Aqueous ammonia process and mixing apparatus therefor
NL8401064A (nl) * 1984-04-04 1985-11-01 Dow Chemical Nederland Werkwijze voor de dehydrogenering van een koolwaterstof, een apparaat voor het uitvoeren van chemische reacties en een methode voor het daarin uitvoeren van die reacties.
FR2621833B1 (fr) * 1987-10-14 1990-03-23 Total France Dispositif d'injection d'une charge d'hydrocarbures dans un reacteur de craquage catalytique
DE3916465A1 (de) * 1989-05-20 1990-11-22 Bayer Ag Herstellung kugelfoermiger dispersionen durch kristallisation von emulsionen
CA2036174C (en) * 1989-09-12 1994-03-01 John M. Rae Jet-impingement reactor
US5095168A (en) * 1989-11-08 1992-03-10 Stratco, Inc. Cold temperature alkylation process
US5227556A (en) * 1990-04-17 1993-07-13 The Dow Chemical Company Turbulent flow process, monoalkyl aromatic production process and reactor for such process
US5061406A (en) * 1990-09-25 1991-10-29 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation In-line gas/liquid dispersion
US5292986A (en) * 1992-04-20 1994-03-08 Phillips Petroleum Company Isoparaffin-olefin alkylation catalyst composition and process

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001094283A1 (en) * 2000-06-06 2001-12-13 Orgral International Technologies Corporation Method and device for the production of alkylates

Also Published As

Publication number Publication date
AU7131494A (en) 1995-02-28
DE69408147D1 (de) 1998-02-26
US5777189A (en) 1998-07-07
EP0712386B1 (en) 1998-01-21
ES2114693T3 (es) 1998-06-01
DE69408147T2 (de) 1998-09-03
WO1995004019A1 (en) 1995-02-09
US5443799A (en) 1995-08-22
EP0712386A1 (en) 1996-05-22
AU682377B2 (en) 1997-10-02
CA2167831A1 (en) 1995-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2131861C1 (ru) Процесс сернокислотного алкилирования изопарафинов олефинами и устройство для его осуществления
US6423211B1 (en) Method for reducing organic fluoride levels in hydrocarbons
AU2013277339B2 (en) Polyisobutylene composition having internal vinylidene and process for preparing the polyisobutylene polymer composition
KR100714336B1 (ko) 고반응성 폴리이소부텐의 제조 방법
RU96104331A (ru) Процесс алкилирования олефинов и устройство для осуществления этого и других процессов
CN105251433B (zh) 一种液体酸烷基化反应器及其应用方法
US3435092A (en) Alkylation utilizing fine dispersion of reactants in a constant catalyst mass
Li et al. Process intensification of sulfuric acid alkylation using a microstructured chemical system
CN105268394A (zh) 一种液体酸烷基化反应器及其应用方法
CA2310858A1 (en) Method and device for the production of alkylates
US3925502A (en) Alkylation process
US2852581A (en) Process and apparatus for alkylation of hydrocarbons
US3501536A (en) Alkylation with spiralling flow path of reactants and alkylate
US3155742A (en) Alkylation process
US2438852A (en) Multistage alkylation method
US2701184A (en) Apparatus for carrying out catalytic reactions between hydrocarbon materials
US11890589B2 (en) Alkylation reaction apparatus, reaction system, and liquid acid catalyzed alkylation reaction process
US10618858B2 (en) Ionic liquid reactor with hydrocyclones
CN104028175B (zh) 改进的连续混合撤热化工生产装置
GB2181145A (en) Process and apparatus for producing isobutylene polymers
CN203955195U (zh) 改进的连续混合撤热化工生产装置
RU2102369C1 (ru) Способ алкилирования парафинового сырья олефинами
SU1627243A1 (ru) Полимеризатор
US2927009A (en) Hydrocarbon conversion apparatus
US3972957A (en) HF alkylation reaction temperature control system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040726