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Dokumentenidentifikation DE69502658T2 08.10.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0679607
Titel Transport von Flusssäure
Anmelder Phillips Petroleum Co., Bartlesville, Okla., US
Erfinder Randolph, Bruce B., Bartlesville, Oklahoma 74006, US;
Anderson, Richard L., Bartlesville, OK 74006, US;
Eldridge, Robert B., Bartlesville, OK 74006, US
Vertreter Patent- und Rechtsanwälte Bardehle, Pagenberg, Dost, Altenburg, Geissler, Isenbruck, 81679 München
DE-Aktenzeichen 69502658
Vertragsstaaten BE, DE, ES, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 27.04.1995
EP-Aktenzeichen 951063742
EP-Offenlegungsdatum 02.11.1995
EP date of grant 27.05.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.10.1998
IPC-Hauptklasse C01B 7/19

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung bezüglich der Sicherheit bei der Handhabung und beim Transport von Fluorwasserstoff.

Fluorwasserstoff oder Fluorwasserstoffsäure (HF) ist für den Menschen stark toxisch und kann stark korrodierend wirken. Die Toxizität von Fluorwasserstoffsäure für den Menschen wird durch die Flüchtigkeit von wasserfreier Fluorwasserstoffsäure, die typischerweise unter normalen atmosphärischen Bedingungen von 1 Atmosphäre Druck und 21,1ºC (70ºF) ein Gas ist, weiter erschwert. Aufgrund des niedrigen Dampfdrucks von Fluorwasserstoffsäure bei standardmäßigen atmosphärischen Bedingungen besteht die Möglichkeit, daß verschüttete Fluorwasserstoffsäure bei Kontakt mit der Atmosphäre bestimmte Sicherheitsprobleme hervorruft. Diese Sicherheitsprobleme entstehen aufgrund der Tatsache, daß Fluorwasserstoffsäure leicht verdampft und an die Atmosphäre freigesetzt wird. Ein besonderes Sicherheitsproblem besteht im Transport von Fluorwasserstoffsäure, insbesondere wegen der Möglichkeit einer während des Transports von Fluorwasserstoffsäure unbeabsichtigten Freisetzung an die Atmosphäre.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Sicherheit bei der Handhabung und beim Transport von Fluorwasserstoffsäure zu verbessern.

Somit betrifft das erfindungsgemäße Verfahren den sicheren Transport von Fluorwasserstoff von einem Ursprungsort zu einem gewünschten Bestimmungsort. Das verbesserte Transportverf ahren beinhaltet an der Ursprungsstelle die Zugabe eines Sulfons zum Fluorwasserstoff unter Bildung eines Gemisches. Das Gemisch wird sodann an den gewünschten Bestimmungsort transportiert, wo die Fluorwasserstoff- und Sulfonkomponenten getrennt werden. Das abgetrennte Sulfon wird zur Verwendung als Fluorwasserstoff-Additiv zum Ursprungsort zurückgebracht Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung, den beigefügten Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Veränderung des Dampfdrucks des erfindungsgemäßen Gemisches aus Fluorwasserstoff und Sulfolan bei einer bestimmten Temperatur als eine Funktion des gewichtsprozentualen Anteils von Sulfolan im Gemisch; und

Fig. 2 eine schematische Darstellung des verbesserten Transportverfahrens.

Aufgrund der hohen Flüchtigkeit von HF bringt dessen Transport Gefahren für die Umwelt und für in der Nähe sich aufhaltende Menschen für den Fall mit sich, daß es zu einer unbeabsichtigten Freisetzung an die Atmosphäre kommt. Zu typischen Transporteinrichtungen für HF gehören beispielsweise die Verwendung von Eisenbahn-Tankwaggons, Tanklastwägen, Rohrleitungen und Gefäßen, die HF enthalten. Es ist wünschenswert, das mit einer möglichen Freisetzung von HF an die Atmosphäre verbundene Risiko auf ein Minimum zu beschränken. Das hier beschriebene erfindungsgemäße Verfahren bietet eine Verbesserung bezüglich der Sicherheit bei der Handhabung und beim Transport von HF.

Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Fähigkeit zur Verringerung des Dampfdrucks von HF bei dessen Handhabung oder Transport, um die mit einer derartigen Handhabung oder einem derartigen Transport verbundenen Gefahren auf ein Minimum zu beschränken. Es wurde festgestellt, daß die Zugabe eines Sulfon-Verdünnungsmittels zu HF den Vorteil mit sich bringt, daß ein Gemisch entsteht, das einen geringeren Dampfdruck als HF allein aufweist. Die Löslichkeit von Sulfon in HF ermöglicht das Vermischen und dadurch den Vorteil der Senkung des Dampfdrucks von HF bei dessen Handhabung zu erzielen. Der Vorteil der Verwendung eines Sulfons in Kombination mit HF zur Bereitstellung eines Gemisches mit einem geringeren Dampfdruck bei der Handhabung und beim Transport besteht darin, daß eine geringere Menge an HF verdampft und in die Atmosphäre eintritt, wenn das Gemisch unbeabsichtigt der Atmosphäre ausgesetzt wird. Insbesondere stellt man bei einem Vergleich zwischen dem Gemisch und HF einen signifikanten Unterschied in den Dampfdrücken der beiden Produkte fest.

Der Einfluß der Anwesenheit eines Sulfolans im Gemisch mit Fluorwasserstoffsäure wird durch das Dampfdruckdiagramm von Fig. 1 erläutert. Da Fluorwasserstoffsäure bei atmosphärischen oder Umgebungsbedingungen einen erheblichen Dampfdruck aufweist, wird sie häufig bei derartigen Bedingungen im Dampf zustand eingesetzt. Aufgrund dieses Dampfdrucks handelt es sich bei Fluorwasserstoffsäure in den Fällen, wo sie atmosphärischen oder Umgebungsbedingungen ausgesetzt wird, um eine möglicherweise weniger gut kontrollierbare Verbindung.

Der sich aus der Zugabe eines Sulfons zu HF ergebende Dampfdruckvorteil allein reicht noch nicht aus, die sichere Handhabung der Kombination von Sulfon und HF zu gewährleisten, was auf die Notwendigkeit zurückzuführen ist, die beiden Komponenten zu trennen, nachdem das Gemisch in sicherer Weise seine Bestimmung erreicht hat. Sulfon kann aber aufgrund seiner besonderen physikalischen Eigenschaften dem HF zugegeben und anschließend relativ leicht wieder abgetrennt werden. Das Sulfon kann aus dem Gemisch aus HF und Sulfon aufgrund des großen Unterschieds zwischen den relativen Flüchtigkeiten der beiden Komponenten leicht abgetrennt werden. Daher kann aufgrund der hohen Löslichkeit von Sulfon in HF und der stark divergierenden relativen Flüchtigkeiten der beiden Komponenten die Zugabe von Sulfon zu HF in wirksamer Weise dessen Dampfdruck senken und dessen Handhabungssicherheit erhöhen. Nachdem das Gemisch seinen Bestimmungsort erreicht hat, läßt sich das HF leicht vom Sulfon abtrennen und in der erforderlichen reinen Form verwenden.

Ein neuer Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Ausnutzung der Vorteile der physikalischen Eigenschaften eines Sulfons, indem man HF, das zu transportieren ist, an der Ursprungsstelle des HF ein Sulfon zusetzt. Die Zugabe des Sulfons zum HF führt zu einem Gemisch, dessen Dampfdruck erheblich niedriger als der von HF allein ist. Das Gemisch, dessen Dampfdruck niedriger als der von HF ist, wird zu einem gewünschten Bestimmungsort transportiert. Nachdem das Gemisch sicher zum gewünschten Bestimmungsort transportiert worden ist, lassen sich die Komponenten durch beliebige geeignete Maßnahmen zum Auftrennen des Gemisches in eine Sulfonphase und eine HF-Phase trennen. Die Sulfonphase kann an die Ursprungsstelle zurückgebracht werden, wo sie wieder als Verdünnungsmittel für das zu transportierende HF eingesetzt werden kann.

Bei den erfindungsgemäß geeigneten Sulfonkomponenten handelt es sich um Sulfone der allgemeinen Formel

R - SO&sub2; - R',

worin R und R' einwertige Kohlenwasserstoffalkyl oder -arylsubstituenten bedeuten, die jeweils 1 bis 8 Kohlenstoffatome aufweisen. Zu Beispielen für derartige substituierte Produkte gehören Dimethylsulfon, Di-n-propylsulfon, Diphenylsulfon, Ethylmethylsulfon und alicyclische Sulfone, wobei die SO&sub2;-Gruppe an einen Kohlenwasserstoffring gebunden ist. In einem solchen Fall bilden R und R' zusammen einen verzweigten oder unverzweigten zweiwertigen Kohlenwasserstoffrest mit vorzugsweise 3 bis 12 Kohlenstoffatomen. Unter den letztgenannten Verbindungen sind Tetramethylensulfon oder Sulfolan, 3-Methylsulfolan und 2, 4-Dimethylsulfolan besonders geeignet, da sie den Vorteil bieten, daß sie bei den hier in Betracht kommenden Arbeitsbedingungen flüssig sind. Diese Sulfone können auch Substituenten aufweisen, insbesondere ein oder mehr Halogenatome. Z.B. kann es sich um Chlormethylethylsulfon handeln. Diese Sulfone können vorteilhafterweise in Form von Gemischen eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Fluorwasserstoffkomponente kann in wasserfreier Form verwendet werden, jedoch kann im allgemeinen die eingesetzte Fluorwasserstoffkomponente eine geringe Menge an Wasser enthalten. Die im Gemisch aus Fluorwasserstoffsäure und Sulfon enthaltene Wassermenge kann in keinem Fall mehr als 30 Gew.-% des Gesamtgewichts der Fluorwasserstoffkomponente, die das Wasser enthält, betragen. Vorzugsweise beträgt die Wassermenge in der Fluorwasserstoffkomponente weniger als etwa 10 Gew.-%. Insbesondere beträgt die Wassermenge in der Fluorwasserstoffkomponente weniger als 5 Gew.-%. Der hier verwendete Ausdruck "Fluorwasserstoffkomponente" bedeutet entweder die Fluorwasserstoffkomponente als ein wasserfreies Gemisch oder ein Gemisch mit Wasser. Der Hinweis auf den in der Fluorwasserstoffkomponente enthaltenen gewichtsprozentualen Anteil an Wasser bedeutet das Gewichtsverhältnis von Wasser zur Summe aus dem Gewicht des Wassers und des Fluorwasserstoffs multipliziert mit dem Faktor 100, um das Gewichtsverhältnis in Prozent anzugeben.

Das durch Zugabe des Sulfons zum HF an der Ursprungsstelle des HF gebildete Gemisch enthält das Sulfon in einer Konzentration, die zur Erzielung einer gewünschten dampfdrucksenkenden Wirkung geeignet ist. Im allgemeinen liegt das Sulfon/HF-Gewichtsverhältnis des Gemisches im Bereich von etwa 1:100 bis 100:1. Vorzugsweise liegt das Gewichtsverhältnis im Bereich von etwa 1:20 bis etwa 20:1 und insbesondere kann das Gewichtsverhältnis 1:5 bis 5:1 betragen. Bei dem Verfahren, mit dem das Gemisch aus Sulfon und HF transportiert wird, kann es sich um eine beliebige Maßnahme handeln, die in geeigneter Weise zu einem Massentransport eines derartigen flüssigen Gemisches eingesetzt werden kann. Derartige geeignete Maßnahmen sind ausführlich in Perry's Chemical Engineer's Handbook, 6. Auflage, Mcgraw-Hill, Inc. 1984, S. 6-110 bis G-113 beschrieben. Zu geeigneten Transporteinrichtungen gehören beispielsweise Rohrleitungen, Tankwaggons, Tanklastzüge oder tragbare Tanks, Trommeln, Zylinder und Flaschen, die mit Eisenbahnen, Schiffen, Flugzeugen oder Lastwägen transportiert werden können. Die bevorzugte Transporteinrichtung besteht in einem Tankwaggon oder Tanklastwagen.

Nachdem das Gemisch aus Sulfon und HF seinen Bestimmungsort erreicht hat, kann das HF vom Sulfon abgetrennt werden. Das abgetrennte HF kann je nach Wunsch eingesetzt werden. So unterliegt das Gemisch einer Trennstufe, wobei eine Sulfonphase und eine Fluorwasserstoffphase gebildet werden. Beliebige geeignete Verfahren können zur Trennung der HF-Komponente von der Sulfonkomponente eingesetzt werden, beispielsweise Flash-Trennung, Destillations-, Extraktions-, Abstreif- und andere geeignete Trennverfahren. Ein Verfahren besteht im Abstreifen zur Trennung des Gemisches in einen überkopfstrom, der einen Großteil der HF-Komponente des Gemisches umfaßt, und einen Bodenstrom, der einen Großteil der Sulfonkomponente des Gemisches umfaßt, wobei dampf förmiges Butan, bei dem es sich vorzugsweise um Isobutan handelt, als Abstreifmittel verwendet wird. Ein bevorzugtes Verfahren zum Trennen des Sulfons aus dem HF besteht in einem einstufigen, Gleichgewichts-Flash-Verfahren zur Bildung einer Sulfonphase und einer HF-Phase. Der große Unterschied in den Siedetemperaturen der beiden Komponenten HF und Sulfon macht es möglich, sich der Flash-Trennung und des Gesamtverfahrens für den sicheren Transport von Fluorwasserstoff zu bedienen.

In bestimmten Fällen ist die Abtrennung von hochreinem Sulfon nicht ebenso wichtig wie die Abtrennung von hochreinem Fluorwasserstoff, was auf die Notwendigkeit, über ein Fluorwasserstoffmaterial von vernünftig hoher Reinheit zur Verwendung bei bestimmten Herstellungsverfahren zu verfügen, und auf die Rückführung oder Wiederverwendung des abgetrennten Sulfons zurückzuführen ist. Somit umfaßt das Produkt in einer Situation, wo eine Wasserstofffluoridphase von hoher Reinheit benötigt wird, Fluorwasserstoff und weist ein Sulfon/Fluorwasserstoff-Gewichtsverhältnis von weniger als 2:100 auf. Vorzugsweise kann das Sulfon/Fluorwasserstoff-Gewichtsverhältnis in der Fluorwasserstoffphase weniger als etwa 1:100 und insbesondere weniger als 1:200 betragen.

Für die Sulfonphase ist es nicht erforderlich, daß sie im wesentlichen frei von HF ist, was auf die Wiederverwendung als ein Additiv zu HF vor dem Transport des erhaltenen Gemisches zurückzuführen ist. Daher umfaßt die Sulfonphase Sulfon und kann Fluorwasserstoff in einer Konzentration von weniger als etwa 20 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Sulfonphase, enthalten. Vorzugsweise kann die Sulfonphase weniger als etwa 10 Gew.-% Fluorwasserstoff und insbesondere weniger als 5 Gew.-% Fluorwasserstoff enthalten.

Nachstehend wird auf Fig. 2 Bezug genommen. Diese Figur zeigt eine schematische Darstellung des verbesserten Verfahrens 10 zum Transport von Fluorwasserstoff. An der Ursprungsstelle 12 wird Fluorwasserstoff mittels einer Leitung 14 zu einer Mischvorrichtung 13 transportiert. Sulfolan wird durch die Leitung 16 zur Mischvorrichtung 13 transportiert. Die Mischvorrichtung 13 sorgt für die Zugabe von Sulfolan zu Fluorwasserstoff und zur Mischung dieser Produkte unter Bildung eines homogenen Gemisches. Somit kann es sich bei der Mischvorrichtung 13 um eine beliebige geeignete mechanische Vorrichtung handeln, z.B. um eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen innerhalb eines Rohrs und um einen Menger. Die Mischvorrichtung 13 definiert eine Zugabe- oder Mischzone, wo die Komponenten Sulfolan und Fluorwasserstoff zugesetzt und miteinander unter Bildung eines homogenen Gemisches vermischt werden. Die Ursprungsstelle 12 ist der physikalische Ort, an der die Sulfolan- und Fluorwasserstoffkomponenten vor dem Transport des erhaltenen Gemisches zu einem gewünschten Ort vereinigt werden.

Bei der Ursprungsstelle 12 kann es sich um einen physikalischen Ort handeln, von dem aus der Fluorwasserstoff transportiert werden muß. Im allgemeinen kann es sich um eine Herstellungs- oder Lagereinrichtung oder um einen beliebigen anderen Ort handeln, wo sich ein bestimmtes Volumen an Fluorwasserstoff befindet. Der gewünschte Ort 17 ist ein Ort, auf den man ein bestimmtes Volumen an Fluorwasserstoff übertragen möchte.

Das Sulfolan und Fluorwasserstoff enthaltende Gemisch wird mit einer beliebigen geeigneten Transporteinrichtung 18 zum gewünschten Bestimmungsort 17 transportiert. Zu geeigneten Transporteinrichtungen 18 gehören beispielsweise Rohrleitungen, Tankwaggons, Tanklastwägen oder auch manuelle Transportverfahren.

Nachdem das Gemisch aus Sulfolan und Fluorwasserstoff den Bestimmungsort 17 erreicht hat, wird der Fluorwasserstoff vom Sulfolan abgetrennt. Ein Verfahren zum Trennen des Gemisches von Sulfolan und Fluorwasserstoff in eine Sulfonphase und eine Fluorwasserstoffphase besteht in der Verwendung einer Abstreifkolonne 22, die eine Trennzone definiert und eine Einrichtung zur Abtrennung des Sulfolans von Fluorwasserstoff bietet. Das Isobutan zum Abstreifen wird mittels einer Leitung 24 in die Abstreifkolonne 22 eingeführt. In der Leitung 24 ist ein Wärmetauscher 26 zwischengeschaltet, der eine Wärmeübertragungszone definiert und eine Einrichtung zur Übertragung von Wärmeenergie auf das zum Abstreifen verwendete Isobutan bietet, vorzugsweise unter Verdampfung des zum Abstreifen verwendeten Isobutans vor dessen Einführung in die Abstreifkolonne 22. Somit liefert die Abstreifkolonne 22 einen Überkopfstrom, der Fluorwasserstoff und Isobutan enthält und einen Bodenstrom, der Sulfolan enthält.

Der Überkopfstrom läuft aus der Abstreifkolonne 22 durch die Leitung 28 und kann direkt verwendet oder zur Trennkolonne 30 transportiert werden, wo Fluorwasserstoff und Isobutan getrennt werden. Die Trennkolonne 30 definiert eine Trennzone und bietet eine Einrichtung zum Trennen des Überkopfstroms von der Abstreifkolonne 22 in einen zweiten Überkopfstrom, der Isobutan enthält, und einen zweiten Bodenstrom, der Fluorwasserstoff enthält. Der zweite Überkopfstrom gelangt durch die Leitung 32 aus der Trennkolonne 30. Der zweite Bodenstrom gelangt durch die Leitung 34 aus der Trennkolonne 30.

Der Bodenstrom von der Abstreifkolonne 22 kann durch eine Transporteinrichtung 36 zur Ursprungsstelle 12 zurückgeführt werden. Wie vorstehend beschrieben, kann es sich bei der Transporteinrichtung 36 um eine beliebige geeignete Transporteinrichtung handeln, beispielsweise um Rohrleitungen, Tankwaggons, Tanklastwägen und manuelle Verfahren. Der rückgeführte Bodenstrom wird als ein Additiv für die Mischvorrichtung 13 verwendet.

Eine bevorzugte Alternative für die vorstehend beschriebene Trennung des Gemisches aus Sulfolan und Fluorwasserstoff in eine Sulfolanphase und eine Fluorwasserstoffphase umfaßt die Anwendung einer einstufigen Flash-Trenneinrichtung, wobei das Gemisch einem einstufigen Gleichgewichts-Flash-Verfahren zur Bereitstellung einer Sulfonphase und einer Fluorwasserstoffphase unterzogen wird. Die Sulfonphase kann an der Ursprungsstelle 12 wiederverwendet werden.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum sicheren Transport von Fluorwasserstoff von einem Ursprungsort zu einem gewünschten Bestimmungsort, wobei das Verfahren folgende Stufen umfaßt:

das Zugeben eines Sulfons zum Fluorwasserstoff am Ursprungsort unter Bildung eines Gemisches;

das Transportieren des Gemisches zum gewünschten Bestimmungsort,

das Trennen des Gemisches am gewünschten Bestimmungsort in eine Sulfonphase und eine Fluorwasserstoffphase; und

das Rückführen der Sulfonphase an den Ursprungsort zur Wiederverwendung als Sulfon.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gemisch ein Gewichtsverhältnis von Sulfon zu Fluorwasserstoff im Bereich von etwa 1:100 bis etwa 100:1 aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Sulfonphase Sulfon umfaßt und weniger als etwa 20 Gew.-% Fluorwasserstoff enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Fluorwasserstoffphase Fluorwasserstoff umfaßt und ein Sulfon/Fluorwasserstoff/Gewichtsverhältnis von weniger als etwa 2:100 aufweist.







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