一种烷基化反应器和烷基化反应工艺制造技术

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，反应器包括反应器筒体，封头，旋转床，进料管，进料分布管，出料口，循环冷却气入口，循环气冷却罐，循环冷却气出口；反应器筒体和封头构成封闭反应器壳体，旋转床垂直位于壳体内中部；旋转床径向外侧设置静止床层，静止床层与旋转床间有适宜间隙；旋转床上部与反应器壳体之间设置密封构件，旋转床上部与密封构件为可转动连接，循环冷却气入口和循环冷却气出口分别设置在密封构件上侧和下侧壳体上，循环气冷却罐位于循环冷却气入口和循环冷却气出口之间。本发明专利技术烷基化方法以浓硫酸为催化剂，以异丁烷和烯烃为原料进行烷基化反应。本发明专利技术烷基化反应可在低温下进行，酸耗低，设备规模小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种烷基化反应器和烷基化反应方法，具体地说是一种采用异丁烷和C3～C5烯烃催化烷基化反应的烷基化反应器和烷基化反应方法。
技术介绍
随着经济发展，特别是交通运输业的快速发展，车辆尾气的排放是空气污染的主要来源之一，提高汽油质量是降低车辆尾气污染的最主要途径。异丁烷与C3～C5烯烃的烷基化反应得到的烷基化油，具有无硫、高辛烷值高、研究法辛烷值与马达法辛烷值差值小等特点，是高质量清洁汽油的重要调和组分。烷基化反应是石油炼制领域的传统技术，主要有硫酸法烷基化技术和氢氟酸法烷基化技术，在催化剂（硫酸或氢氟酸）的作用下，异丁烷与烯烃反应得到异构烷烃。硫酸法烷基化和氢氟酸法烷基化相比，在工艺上各具特点，从基建投资、生产成本、产品收率和产品质量等方面也都十分接近，因此这两种方法能长期共存，均被广泛采用。总体来说，从烷基化装置的数量和烷基油的产量来看，目前氢氟酸烷基化装置占优，但近年来随着环保法规要求的日益严格以及氢氟酸的剧毒特性原因，新建装置多采用硫酸烷基化工艺。硫酸法烷基化技术中，反应在相对较低的温度下进行，反应装置需要具有制冷功能。氢氟酸法烷基化技术中，反应温度相对较高，一般采用水冷即可以满足反应要求。因此，两者的反应器系统相差较大。传统的硫酸法烷基化反应器结构种类较多，目前使用较多的有两种，一种是阶梯式硫酸烷基化反应装置，一种是Stratco式反应器（即内部设置取热管束的间接制冷反应器）。阶梯式硫酸烷基化装置的反应器一般由若干个反应段组成，各反应段间用溢流挡板隔开，每一反应段均设有搅拌器，反应产物和硫酸最后进入沉降段进行分离，分离出来的硫酸用循环泵送入反应段重新使用。采用反应物异丁烷自蒸发致冷，该反应系统的优点是每个反应段中的烷烯比高、动力消耗小、不需另加制冷剂。但由于烷烃与烯烃没有预先混合，从而降低了烷基化油的质量、增加了酸耗量。并且各反应段之间相互影响，一个反应段操作不正常，整个反应器都受到影响。内部设置取热管束的间接制冷反应器的一种具体结构是采用是卧式偏心反应器，反应器的外壳是一个卧式的压力容器，内部装有一个大功率的搅拌器、内循环套筒以及取热管束，烃类原料由上下两个进料管进入反应器，在搅拌叶轮前汇合后向着叶轮喷入反应器，高速运转的叶轮处在反应器缩径处，使反应器内部的物流由于叶轮吸力、管束阻力、线速度差等而造成一些流液的空穴，从而使硫酸与烃类获得比较好的分散和混合。酸烃乳液在反应器头部再折返进入套筒内部，重新流向搅拌叶片，形成一个高速循环的物流。该反应器内具有循环物料，部分物料的反应时间较长，副反应会增加，酸耗较大，对产品辛烷值的提高不利。公开了一种C3-C5烯烃与异丁烷的硫酸烷基化反应过程，取消传统的机械搅拌方式，采用喷射器对反应物料进行混合进而进行反应，但硫酸烷基化反应过程中，硫酸与烃类物料的密度差较大，喷射混合方式的效果需进一步提高。US5,785,933公开了一种硫酸催化烷基化反应器系统，反应器内部通过设置挡板和切向高置的多个注射管道入口，使反应物料在反应器内形成混合搅拌，进而取消机械运动部件。该技术利用静态混合器的原理设计了硫酸烷基化反应器，但混合效果需要进一步提高。CN1907924A公开了一种离子液体催化反应工艺及反应装置，烃类原料和离子液体催化剂在旋转床反应器中进行反应，旋转床设置在反应器内上部，反应器下部为储液罐，反应器中心设置搅拌装置，储液罐与料液循环泵连接构成旋转床循环反应器。该反应器不适用于硫酸法烷基化反应过程，因为采用的换热方式是循环物料取热方式，不适宜于放热较大的硫酸法烷基化反应，反应器下部的储液罐和采用反应物料循环操作方式会增加副反应。
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和烷基化工艺方法，提高催化剂与烃类反应原料的接触效率，降低硫酸催化剂的酸耗，降低反应温度，提高产品质量。本专利技术烷基化反应器包括如下内容：反应器筒体，封头，旋转床，进料管，进料分布管，出料口，循环冷却气入口，循环冷却气出口，循环气冷却罐；反应器筒体和封头构成封闭反应器壳体，旋转床垂直设置在壳体内中部，旋转床通过旋转轴与驱动装置连接，旋转床中心为空筒结构，进料分布管设置在旋转床中心的空筒结构内，进料分布管与进料管连通，出料口设置在反应器壳体下部；旋转床径向外侧设置静止床层，静止床层与旋转床之间具有适宜间隙；旋转床上部与反应器壳体之间设置密封构件，旋转床上部与密封构件之间为可转动连接，循环冷却气入口和循环冷却气出口分别设置在密封构件上侧和下侧的反应器壳体上，循环气冷却罐设置在循环冷却气入口和循环冷却气出口之间；所述循环气冷却罐包括壳体和冷却气相盘管，冷却气相盘管设置在壳体内中部。本专利技术烷基化反应器中，循环冷却气入口和循环冷却气出口之间设置循环气制冷系统，循环冷却气在循环冷却气制冷系统和反应器之前形成循环，为反应过程提供适宜的温度环境。本专利技术烷基化反应器中，静止床层至少设置半周以上，优选设置一周。静止床层的固定方式可以采用下部固定方式，上部固定方式，径向固定等具体方式。采用上部固定方式时，优选将静止床层固定在密封构件下部。静止床层由耐腐蚀筛网、耐腐蚀丝网或耐腐蚀填料制成。静止床层与旋转床同轴线设置。静止床层的高度优选与旋转床同高。静止床层与旋转床之间的间隙距离为10mm～700mm，优选50mm～200mm。静止床层的厚度为旋转床厚度的0.2倍～1.5倍，优选0.5倍～0.8倍。本专利技术烷基化反应器中，进料管一端与进料分布管连通，进料管另一端与喷射式混合器的出口连通；喷射式混合器包括对撞室和进料喷射口，对撞室内设置位置相对的两个进料喷射口，两个进料喷射口之间形成喷射混合区，利用进料泵的扬程残留动力，实现物料的预混合。本专利技术烷基化反应器中，反应器筒体优选为圆柱形筒体，封头包括上封头和下封头，圆柱形反应器优选垂直设置；旋转床优选采用耐腐蚀框架和床层构成，床层优选采用耐腐蚀金属丝网或填料构成；旋转床外形为圆柱筒形，旋转床与反应器壳体之间设置适宜空隙，形成环状空间；旋转床中心为圆柱形空筒，进料分布管设置在该圆柱形空筒中，进料分布管与旋转床之间具有适宜空隙，形成环状空间；进料分布管上设置适宜的物料分布孔，物料分布管的长度与旋转床的轴向长度对应；旋转轴与旋转床一端固定板固定连接，旋转轴优选垂直设置；旋转轴通过封头与反应器外上部或下部设置的驱动装置连接，驱动装置优选设置在反应器外下部。本专利技术烷基化反应器中，循环冷却气入口和循环冷却气出口设置位置为以下两种之一：（1）以旋转床上部与反应器壳体之间设置的密封构件为界，循环冷却气入口设置在密封构件上部的壳体上，循环冷却气出口设置在密封构件下部的壳体上；（2）以旋转床上部与反应器壳体之间设置的密封构件为界，循环冷却气入口设置在密封构件下部的壳体上，循环冷却气出口设置在密封构件上部的壳体上。采用上述方式（1）时，循环冷却气与反应物料同向穿过旋转床，由于旋转床对气体具有抽吸作用，因此，可以不设置循环冷却气输送动力装置，或者设置功率较小的循环冷却气输送动力装置；采用上述方式（2）时，循环冷却气与反应物料反向穿过旋转床本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种烷基化反应器，其特征在于：所述反应器包括反应器筒体，封头，旋转床，进料管，进料分布管，出料口，循环冷却气入口，循环冷却气出口，循环气冷却罐；反应器筒体和封头构成封闭反应器壳体，旋转床垂直设置在壳体内中部，旋转床通过旋转轴与驱动装置连接，旋转床中心为空筒结构，进料分布管设置在旋转床中心的空筒结构内，进料分布管与进料管连通，出料口设置在反应器壳体下部；旋转床径向外侧设置静止床层，静止床层与旋转床之间具有适宜间隙；旋转床上部与反应器壳体之间设置密封构件，旋转床上部与密封构件之间为可转动连接，循环冷却气入口和循环冷却气出口分别设置在密封构件上侧和下侧的反应器壳体上，循环气冷却罐设置在循环冷却气入口和循环冷却气出口之间；所述循环气冷却罐包括壳体和冷却气相盘管，冷却气相盘管设置在壳体内中部。

【技术特征摘要】
1.一种烷基化反应器，其特征在于：所述反应器包括反应器筒体，封头，旋转床，进料管，进料分布管，出料口，循环冷却气入口，循环冷却气出口，循环气冷却罐；反应器筒体和封头构成封闭反应器壳体，旋转床垂直设置在壳体内中部，旋转床通过旋转轴与驱动装置连接，旋转床中心为空筒结构，进料分布管设置在旋转床中心的空筒结构内，进料分布管与进料管连通，出料口设置在反应器壳体下部；旋转床径向外侧设置静止床层，静止床层与旋转床之间具有适宜间隙；旋转床上部与反应器壳体之间设置密封构件，旋转床上部与密封构件之间为可转动连接，循环冷却气入口和循环冷却气出口分别设置在密封构件上侧和下侧的反应器壳体上，循环气冷却罐设置在循环冷却气入口和循环冷却气出口之间；所述循环气冷却罐包括壳体和冷却气相盘管，冷却气相盘管设置在壳体内中部。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：烷基化反应器中，进料管一端与进料分布管连通，进料管另一端与喷射式混合器的出口连通。
3.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于：喷射式混合器包括对撞室和进料喷射口，对撞室内设置位置相对的两个进料喷射口，两个进料喷射口之间形成喷射混合区，实现物料的预混合。
4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：烷基化反应器中，反应器筒体为圆柱形筒体，封头包括上封头和下封头，圆柱形反应器垂直设置。
5.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：烷基化反应器中，旋转床采用耐腐蚀框架和床层构成，床层采用耐腐蚀金属丝网或填料构成；旋转床外形为圆柱筒形，旋转床与反应器壳体之间设置适宜空隙，形成环状空间；旋转床中心为圆柱形空筒，进料分布管设置在该圆柱形空筒中，进料分布管与旋转床之间具有适宜空隙，形成环状空间；进料分布管上设置适宜的物料分布孔，物料分布管的长度与旋转床的轴向长度对应；旋转轴与旋转床一端固定板固定连接，旋转轴垂直设置；旋转轴通过封头与反应器外上部或下部设置的驱动装置连接。
6.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：循环冷却气入口和循环冷却气出口设置位置为以下两种之一：（1）以旋转床上部与反应器壳体之间设置的密封构件为界，循环冷却气入口设置在密封构件上部的壳体上，循环冷却气出口设置在密封构件下部的壳体上；（2）以旋转床上部与反应器壳体之间设置的密封构件为界，循环冷却气入口设置在密封构件下部的壳体上，循环冷却气出口设置在密封构件上部的壳体上。
7.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：设置循环冷却气输送动力装置。
8.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：静止床层至少设置半周以上，优选设置一周，静止床层与旋转床同轴线设置。
9.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李欣，彭德强，陈建兵，孟凡飞，王璐瑶，陈新，齐慧敏，王岩，
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抚顺石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11