一种烷基化反应器和烷基化反应方法技术

本发明专利技术公开了一种烷基化反应器和烷基化反应方法，烷基化反应器内部设置烷基化反应区，烷基化反应区包括竖直装填的填料管束，填料管束包括外部筒体和内部填料，内部填料为规整的编织填料，编织填料为纤维丝束编织而成，纤维丝束至少包括亲油疏水或亲水疏油的纤维丝束。本发明专利技术反应器用于烷基化反应时具有促进反应物料充分混合，反应效率高，副反应少等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种烷基化反应器和烷基化反应方法
本专利技术属于石油化工领域，具体为一种烷基化反应器和烷基化反应方法，特别是以硫酸为催化剂异构烷烃与烯烃烷基化反应的反应器和烷基化反应方法。
技术介绍
随着汽车保有量的增加，汽车尾气对环境的污染日益严重，因而对车用汽油的辛烷值和清洁度提出了更高的要求，这使得烷基化工艺及烷基化油得到广泛关注和重视。烷基化工艺是炼油工艺中一种重要的清洁汽油加工技术，产品烷基化油是非常理想的汽油调和组分，具有无芳烃、无烯烃、低硫、低蒸汽压、高辛烷值（RON94～96，MON92～94）等优点。目前的主流工艺是液体酸烷基化技术，主要包括硫酸烷基化和氢氟酸烷基化两种，其中由于氢氟酸具有很强的挥发性和毒性，中国目前运行和在建的全部为硫酸烷基化方法。为了减少副反应，提高产品质量，硫酸烷基化工艺要求在低温下操作，由于低温下硫酸粘度大，与异丁烷极难混溶，因而酸烃的混合就成了硫酸烷基化工艺的重点研究方向。传统的烷基化反应器主要采用机械搅拌方式，如US3759318提出了一种机械搅拌式酸烃混合反应器，反应器设置了搅拌器通过叶轮高速旋转搅拌完成酸烃的混合反应，该方法的不利之处是酸烃混合过程中需要高速搅拌而消耗大量的电能。US5443799提出了一种喷射式反应器进行烷基化反应的技术，进料方式为异丁烷与硫酸先混合再与烯烃接触反应，即异丁烷由喷射器喷出与硫酸混合形成乳化液，烯烃再与该乳化液进行逆向接触反应，但由于其接触效果等原因使得反应温度（8～20℃）偏高，副反应严重。CN203295447U提出了一种列管式烷基化反应器，管程为反应区域，壳程为换热区域，管体两端分别为预分布区域和反应物流出区域，该反应器适用于异构烷烃和低碳烯烃在液体酸催化剂作用下生成高辛烷值烷基化油的反应，由于该方法为常规的列管反应器，存在设备结构复杂、生成效率低、管内物料副反应严重等诸多问题。填料式反应器是一种新型烷基化反应器，如CN201410175970.5、CN201310140601.8、CN201510738217.7、CN201210100634.5等。以CN201210100634.5为例，该文献公开了一种烷基化反应器，反应器内由一段以上带有空腔结构的规整填料组成，填料的空腔两端设置有冷却介质分布管，空腔内形成换热区，空腔与空腔间形成反应区，反应区和换热区在反应器径向交替排列，且反应区和换热区不相通。现有填料式烷基化反应器虽然在某些技术环节具有一定的提升，但综合性能仍需进一步提高。从目前国内外技术发展情况来看，新型硫酸烷基化工艺的研究大多是基于改善酸烃混合程度、强化传质、加快反应速率，以及如何连续平稳移走反应热、保持反应过程温度、减少副反应的方向，但仍然存在以下问题：（1）由于烷基化反应是放热反应，物料分布不均（包含径向物料分布和轴向物料分布）会加剧烯烃聚合的副反应发生，影响烷基化油的产品质量；（2）由于酸烃为不互溶，且酸的粘度大，是的烷基化反应过程中的界面传质阻力大、传质及反应速率低，因此需要提供酸烃反应的表面积同时，提供反应物料的传质推动力也十分重要；（3）反应过程中的反应热（包含径向反应热和轴向反应热）需要及时移走，否则会出现局部热点、发生副反应而降低反应效率，比较理想的方式是反应器始终维持初始状态的恒温反应过程，但实际上只能是无限接近而无法达到。综上所述，对于烷基化反应过程来说，开发一种沿反应器径向和轴向温度均一、反应效率高、副反应少反应工艺和设备，以克服现有技术的不足，对于烷基化反应技术的先进性和高效性具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种烷基化反应器，烷基化反应器内使用填料管束，提高反应效率，减少副反应。一种烷基化反应器，烷基化反应器内部设置烷基化反应区，烷基化反应区包括竖直装填的填料管束，填料管束包括外部筒体和内部填料，内部填料为规整的编织填料，编织填料为纤维丝束编织而成，纤维丝束至少包括亲油疏水或亲水疏油的纤维丝束。本专利技术中，烷基化反应区的填料管束至少设置两层，每层下部设置取热段。取热方式优选采用制冷剂气化方式。填料管束的总高度根据烷基化反应所需时间确定，一般来说，硫酸法烷基化反应时间为5～60分钟。本专利技术中，填料管束直径（外直径）为50mm～500mm，优选为100mm～300mm。填料管束的横截面形状可以为圆形或方形结构，方形结构含正方形、长方形、正多边形等。烷基化反应器内设置的填料管束数量根据反应器规模确定。本专利技术中，内部填料是由多层纤维编织片状材料折叠压紧或缠绕固定而构成致密的立体规整填料结构，消除物料分散及聚并成团的可能，通过亲油疏水或亲水疏油纤维丝束的作用，使得反应条件下油性物料与水性物料的充分接触，形成反应状态下的密集微通道结构，减小液滴直径，增加传质面积。编织填料的编织可以通过下述方法实现的：首先选择所需性能（亲油疏水或亲水疏油）纤维丝束，先经纤维张力器进行均匀张力，然后多束纤维加捻、合股，再进行多股均匀张力后并股为绳索，为了提高绳索的耐磨性和使用寿命，可经表面树脂涂层、烘干定性，成为高强度纤维绳填料；选择1～10甚至更多股绳索用编制机遍织得到纤维编织片状材料，编织花型可以为水滴形、波浪线形、S形等中的任意一种。本专利技术中，填料管束筒体内部的内部填料之上，可以设置物料预混合段。物料预混合段设置波纹板填料。波纹板填料为多层，一般在使用状态下为水平设置，波纹板填料的相邻层为表面亲水亲油性质不同的材料制成，即奇数层填装亲水疏油材料制备成的波纹板填料，则偶数层填装亲油疏水材料制备成的填料；反之，奇数层填装表面经亲油疏水处理过的填料，则偶数层填装亲水疏油材料制备成的。这样可以避免由于原料之间的极性不同而导致的短路流和混合不均匀问题。波纹板填料上设置适宜数量的开孔，便于物料穿过填料层流动。物料预混合段与内部填料段的高度比一般为1：3～1：20，优选1：5～1：15。本专利技术中，烷基化反应器内顶部正常设置进料分布器，反应器内底部正常设置物料收集排出结构。反应器底部与三相分离器连通，反应后物料在三相分离器内进行分离。进料分布器可以为莲蓬头式、多孔排管式、多孔盘管式、垂直管式、溢流盘式、溢流槽式等中的任意一种。本专利技术中，可以设置制冷剂管线以及管线上的压力控制系统，用来控制冷剂气化压力和气化量，进而控制反应温度。本专利技术烷基化反应方法，采用本专利技术的烷基化反应器，以浓硫酸、强酸性离子液体或以浓硫酸为主的混合酸为催化剂，以异丁烷和C3～C5烯烃为原料，进行烷基化反应获得烷基化汽油馏分。本专利技术烷基化反应器用于以硫酸为催化剂剂的烷基化反应过程，具有促进反应物料充分混合，反应效率高，副反应少等优点。本专利技术烷基化反应器利用填料管束的优点，配合制冷系统，实现反应温度沿反应器径向达到温度均一，提高反应过程的浓度推动力，提高烷基化反应速率，通过压力控制使部分制冷剂气化的方式取走反应热，可以保证反应器在轴向方向上的温度均一，以降低烷基化反应过程的副反应。总之，本专利技术与传统烷基化反应系统相比，不但可以替代复杂的搅拌反应器结构，而且可以简化工艺流程、降低能耗物耗，且能够保证烷基化反应过程中径向和轴向实现温度均一，大幅度提高反应速率和产物选择性，对于改进烷基化生成工艺具有重要作用。与常规填料式烷基化反应器相比，具有物料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种烷基化反应器，烷基化反应器内部设置烷基化反应区，其特征在于：烷基化反应区包括竖直装填的填料管束，填料管束包括外部筒体和内部填料，内部填料为规整的编织填料，编织填料为纤维丝束编织而成，纤维丝束至少包括亲油疏水或亲水疏油的纤维丝束。

【技术特征摘要】
1.一种烷基化反应器，烷基化反应器内部设置烷基化反应区，其特征在于：烷基化反应区包括竖直装填的填料管束，填料管束包括外部筒体和内部填料，内部填料为规整的编织填料，编织填料为纤维丝束编织而成，纤维丝束至少包括亲油疏水或亲水疏油的纤维丝束。2.按照权利要求1所述的烷基化反应器，其特征在于：填料管束至少设置两层，每层下部设置取热段。3.按照权利要求1所述的烷基化反应器，其特征在于：填料管束直径为50mm～500mm，优选为100mm～300mm。4.按照权利要求1所述的烷基化反应器，其特征在于：填料管束横截面形状为圆形或方形结构。5.按照权利要求1所述的烷基化反应器，其特征在于：填料管束筒体内部的内部填料之上，设置物料预混合段。6.按照权利要求5所述的烷基化反应器，其特征在于：物料预混合段设置波纹板...

【专利技术属性】
技术研发人员：方向晨，杨秀娜，金平，齐慧敏，王海波，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11