一种烷基化反应器及烷基化方法技术

本发明专利技术公开了一种烷基化反应器及烷基化方法。烷基化反应器包括沉降区、反应区和混合区，混合区由圆筒形的混合室、进料管和出口喷嘴组成，混合区与反应区通过出口喷嘴连通，反应区设置有烯烃进料管、圆筒隔板、换热管束和折流挡板，所述圆筒隔板将反应区划分为两部分，中间圆柱形空间为流体的上升区，外部环形空间为流体的回流区，上升区与回流区上下连通，沉降区设置有液体上升管、旋流构件和圆筒挡板，圆筒挡板将沉降区分为两部分，中间圆柱形空间和外部环形空间，两部分空间上下连通，液体上升管和旋流构件位于沉降区中间的圆柱形空间内，液体上升管底部与反应区的上升区连通，液体上升管顶部与旋流构件相连，沉降区外部的环形空间连接液体酸出口管和混合烃出口管。使用本发明专利技术可使液体酸催化剂与烷烃在反应器的混合区进行充分的混合，减少烯烃之间的聚合；反应温度低，酸烃分离迅速、酸耗低。

【技术实现步骤摘要】
一种烷基化反应器及烷基化方法
本专利技术属于石油炼制领域，涉及一种用于液体酸催化C4烷基化生产方法。更特别的是，本专利技术进一步提供了一种实现烷烃、烯烃和液体酸催化剂充分的混合、反应及酸烃分离的烷基化反应器。
技术介绍
烷基化是异构烷烃在强酸性催化剂存在的条件下，与烯烃发生反应生成烷基化产物的过程。在石油炼制领域中，烷基化是异丁烷与C3～C5烯烃在强酸存在条件下的反应，所述反应生成的烷基化油具有比原料更高的辛烷值，沸点范围为汽油的组分。烷基化油具有无芳烃、无烯烃、低硫、低蒸汽压、高辛烷值(RON94～96，MON92～94)等特性。工业上常用的催化剂为浓硫酸和氢氟酸，为了减少副反应，烷基化反应通常在低温条件下进行。由于液体酸法是目前生产高辛烷值汽油的主要方法之一，为此，国内外已提出了多种方案改进酸烃混合，并在一定程度上减少了不良的效果。在传统的方法中，采用静态混合器或者叶轮机械搅拌将反应物分散到连续的酸相中。最广泛使用的混合催化剂和反应物的方法是将其组分在一起通过叶轮剧烈的搅拌，例如美国专利US3759318；US4075258和US5785933公开的一种卧式反应器。反应原料进到反应器的叶轮的吸入侧，在叶轮的强力搅拌下反应物料迅速扩散并与酸形成乳化液，乳化液在反应器内不断地循环并发生反应，烷基化反应热通过换热管束移除，部分乳化液经上升管进入沉降器，进行酸烃分离。卧式搅拌反应器的酸耗较高，产生的大量废酸带来了巨大的环保压力；反应产物需经酸洗、碱洗及水洗等精制过程，工艺流程过于复杂。美国专利US6194625B1公开了一种分段进料的烷基化反应器，反应区被分隔成多个串联的区段，将新鲜原料分成多股引入每个反应区段，而循环使用的硫酸则是串流式的，每个反应区段内采用机械搅拌的方式进行混合。这种结构虽然克服了返混较大的问题，但结构过于复杂。另外，这种采用固定转速电动机驱动的搅拌桨，在中、高压操作条件下易因密封不严而发生泄漏。美国专利US8461408公开了一种高剪切混合方法，该专利包括了一个带有高剪切设备的反应器。硫酸和烃类物料在高剪切设备的作用下形成混合乳化液，形成的乳化液在叶轮入口进入反应器，在叶轮的强力搅拌下，完成烷基化反应，反应流出物进入酸沉降罐进行酸烃分离，分离的酸循环返回反应器，生成的烷基化油则进入后续处理单元。但是高剪切设备功率较大，能耗较高。美国专利US7319180B2公开了一种烷基化反应器，反应器为静态混合反应器。静态混合器内填充金属丝网和空隙空间大于50％体积的接触性结构的填料。烯烃与异丁烷组成的烃类混合物进入反应器，与硫酸催化剂接触、乳化反应。反应物料依靠填料自身压降使轻烃组分气化吸收反应热。该专利反应器的反应热移除方式是轻烃气化，为维持较低的反应温度，反应器需要大量的气化空间。此外，静态混合器还存在压降过大等缺点。美国专利US5443799公开了一种烷基化反应器，该反应器分为预混合区和反应区。在预混合区，异丁烷由喷嘴喷出与硫酸混合形成乳化液。在反应区，喷射的烯烃与来自预混合区的乳化液接触、反应。该反应器的反应区的体积大于预混合区，来自于预混合区的混合物进入反应区后，由于反应区的体积骤然增大，混合物中的轻组分气化，绝热膨胀吸收烷基化反应放出的热量。该工艺的反应温度在8～20℃，反应温度偏高。美国专利US5785933公开了一种静态混合与喷射结合的烷基化专利技术，利用静态混合器将异丁烷、硫酸和烯烃的混合物形成乳化液，该乳化液高速射入反应器，在反应器内不断地进行剪切、混合和反应，反应热被蒸发的轻烃取走。反应热的移除依靠轻烃的蒸发，操作难度较大，很难控制在较低的温度条件下。中国专利CN101274249A公开了一种喷射式环流反应器，利用液体喷射产生的动能，使反应液体在反应器内循环流动、良好混合并反应。但是由于该反应器的液体反应发生在上升管内，物料在上升管内停留时间较短，同时该反应器未设置取热装置，对于烷基化需要较长的反应时间和较低的温度条件并不适合。
技术实现思路
本专利技术是针对现有技术存在的缺点而提供一种烷基化反应器及烷基化方法，使用本专利技术反应器后可以将较低粘度的反应液体破碎成很小的液滴，使其与高粘度的酸相在很短的时间内均匀混合、乳化，提供较大的液-液接触面积，使反应达到很高的转化率，并且能够迅速的移除反应热，维持反应器的低温环境，同时还能实现酸烃两相的快速分离。本专利技术提供一种烷基化反应器，包括筒体和封头，其特征在于：筒体上部为沉降区，筒体下部和封头之间的区域为反应区，反应区下方为混合区，混合区由圆筒形的混合室、进料管和出口喷嘴组成，混合室顶部设置出口喷嘴，底部设置进料管，混合室顶部和出口喷嘴穿过封头进入反应区，反应区设置有烯烃进料管、圆筒隔板、换热管束和折流挡板，所述圆筒隔板将反应区划分为两部分，圆筒隔板中间的圆柱形空间为流体的上升区，圆筒隔板的外部环形空间为流体的回流区，上升区与回流区上下连通，沉降区设置有液体上升管、旋流构件和圆筒挡板，圆筒挡板将沉降区分为两部分，沉降区中间的圆柱形空间和沉降区外部的环形空间，两部分空间上下连通，液体上升管和旋流构件位于沉降区中间的圆柱形空间内，液体上升管底部与反应区的上升区连通，液体上升管顶部与旋流构件相连，沉降区外部的环形空间连接液体酸出口管、混合烃出口管，所述筒体、混合室、圆筒隔板、圆筒挡板和液体上升管同轴设置。本专利技术进一步技术特征在于：所述进料管分别由烷烃进料管和液体酸进料管组成，烷烃进料管位于混合室的底部，其轴线与混合室的轴线重合或平行，液体酸进料管位于混合室侧面相向的两侧，根据不同的混合效果，液体酸进料管的轴线可与混合室的轴线垂直也可成20°～60°夹角；出口喷嘴的轴线与混合室的轴线平行。本专利技术进一步技术特征在于：所述进料管分别由烷烃进料管和液体酸进料管组成，烷烃进料管从底部插入混合室内，其轴线与混合室的轴线重合，烷烃进料管上360°范围内布置有孔径为Φ3～Φ15的小孔，开孔率为20％～60％，以烷烃进料管外表面为基准，烷烃进料管末端为倒锥形，倒锥顶点距混合室顶部的距离为烷烃进料管外径的1～5倍；液体酸进料管位于混合室侧面相向的两侧，液体酸进料管的轴线可与混合室的轴线垂直也可成20°～60°夹角；出口喷嘴的轴线与混合室的轴线平行。本专利技术进一步技术特征在于：所述烯烃采用多点分散喷射进料，烯烃进料管可以布置在混合区的出口喷嘴附近，也可布置在反应区的上升区和回流区，所述烯烃进料管安装在反应区的上升区时，采用向上喷射，喷射角度与反应器中轴线夹角为10°～60°；安装在反应区的回流区时，采用向下喷射，喷射角度与反应器中轴线夹角为10°～60°。本专利技术进一步技术特征在于：所述圆筒隔板直径为反应器直径的0.5～0.7倍，圆筒隔板顶部距液体上升管的距离为圆筒隔板直径的0.1～0.5倍，圆筒隔板底部为缩径结构，圆筒隔板底部距混合区的出口喷嘴距离小于喷嘴射流长度。本专利技术进一步技术特征在于：所述反应区设置换热管束，通过反应区的物料与换热管束内的冷却介质换热移除烷基化反应热；所述换热管束可设置在反应区的上升区，也可设置在反应区的回流区。本专利技术进一步技术特征在于：所述反应区设置折流挡板，增加物料在反应区的湍流特性，避免酸烃乳化液在反应区内分层，所述折流挡板可设置在反应区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种烷基化反应器，包括筒体和封头，其特征在于：筒体上部为沉降区，筒体下部和封头之间的区域为反应区，反应区下方为混合区，混合区由圆筒形的混合室、进料管和出口喷嘴组成，混合室顶部设置出口喷嘴，底部设置进料管，混合室顶部和出口喷嘴穿过封头进入反应区，反应区设置有烯烃进料管、圆筒隔板、换热管束和折流挡板，所述圆筒隔板将反应区划分为两部分，圆筒隔板中间的圆柱形空间为流体的上升区，圆筒隔板的外部环形空间为流体的回流区，上升区与回流区上下连通，沉降区设置有液体上升管、旋流构件和圆筒挡板，圆筒挡板将沉降区分为两部分，沉降区中间的圆柱形空间和沉降区外部的环形空间，两部分空间上下连通，液体上升管和旋流构件位于沉降区中间的圆柱形空间内，液体上升管底部与反应区的上升区连通，液体上升管顶部与旋流构件相连，沉降区外部的环形空间连接液体酸出口管和混合烃出口管，所述筒体、混合室、圆筒隔板、圆筒挡板和液体上升管同轴设置。

【技术特征摘要】
1.一种烷基化反应器，包括筒体和封头，其特征在于：筒体上部为沉降区，筒体下部和封头之间的区域为反应区，反应区下方为混合区，混合区由圆筒形的混合室、进料管和出口喷嘴组成，混合室顶部设置出口喷嘴，底部设置进料管，混合室顶部和出口喷嘴穿过封头进入反应区，反应区设置有烯烃进料管、圆筒隔板、换热管束和折流挡板，所述圆筒隔板将反应区划分为两部分，圆筒隔板中间的圆柱形空间为流体的上升区，圆筒隔板的外部环形空间为流体的回流区，上升区与回流区上下连通，沉降区设置有液体上升管、旋流构件和圆筒挡板，圆筒挡板将沉降区分为两部分，沉降区中间的圆柱形空间和沉降区外部的环形空间，两部分空间上下连通，液体上升管和旋流构件位于沉降区中间的圆柱形空间的上方，液体上升管底部与反应区的上升区连通，液体上升管顶部与旋流构件相连，沉降区外部的环形空间连接液体酸出口管和混合烃出口管，所述筒体、混合室、圆筒隔板、圆筒挡板和液体上升管同轴设置。2.根据权利要求1所述的一种烷基化反应器，其特征在于：所述进料管由烷烃进料管和液体酸进料管组成，烷烃进料管位于混合室的底部，其轴线与混合室的轴线重合或平行，液体酸进料管位于混合室侧面相向的两侧，其轴线与混合室的轴线垂直或成20°～60°夹角；出口喷嘴的轴线与混合室的轴线平行。3.根据权利要求1所述的一种烷基化反应器，其特征在于：所述进料管由烷烃进料管和液体酸进料管组成，烷烃进料管从底部插入混合室内，其轴线与混合室的轴线重合，烷烃进料管上360°范围内布置有孔径为Φ3～Φ15的小孔，开孔率为20％～60％，以烷烃进料管外表面为基准，烷烃进料管末端为倒锥形，倒锥顶点距混合室顶部的距离为烷烃进料管外径的1～5倍；液体酸进料管位于混合室侧面相向的两侧，液体酸进料管的轴线可与混合室的轴线垂直或成20～60°夹角；出口喷嘴的轴线与混合室的轴线平行。4.根据权利要求1所述的一种烷基化反应器，其特征在于：所述烯烃进料管布置在混合区的出口喷嘴周围，或布置在反应区的上升区或回流区，所述烯烃进料管布置在反应区的上升区时，采用向上喷射，喷射角度与反应器中轴线夹角为10～60°；布置在反应区的回流区时，采用向下喷射，喷射角度与反应器中轴线夹角为10～60°。5.根据权利要求1所述的一种烷基化反应器，其特征在于：所述圆筒隔板直径为反应器直径的0.5～0.7倍，圆筒隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宝石，刘金龙，高有飞，岳建伟，左世伟，郭巧玲，张乾，
申请(专利权)人：中石化洛阳工程有限公司，中石化炼化工程集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41