一种利用硫酸为催化剂制备烷基化油的系统装置及生产方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种利用硫酸为催化剂制备烷基化油的系统装置及其生产方法。所述系统装置包括反应器单元、催化剂与烃循环单元、分离器单元、异丁烷循环单元和分馏器单元；所述反应器单元通过管道分别与催化剂与烃循环单元和分离器单元连接相通；所述催化剂与烃循环单元通过管道与分离器单元连接相通；所述分离器单元通过管道分别与异丁烷循环单元和分馏器单元连接相通；所述催化剂与烃循环单元、分离器单元、异丁烷循环单元和分馏器单元分别通过管道与反应器单元连接相通；所述反应器单元包括至少一台超重力反应器。本发明专利技术采用的是能够在高粘度下高度强化物料混合的超重力反应器，可以在-5℃的低温下，在烷烯比2-100内制备得到辛烷值在97-100的烷基化油。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及烷基化油的制备
更具体地，涉及一种利用硫酸为催化剂制备烷基化油的系统装置及生产方法。
技术介绍
随着环保要求的日益提高，油品标准也越来越高，新配方汽油要求高辛烷值、超低硫含量、低烯烃与低芳烃含量等。烷基化过程是将轻质烯烃与异丁烷进行反应，产生富含异辛烷的烷基化产物的过程。该烷基化产物，产品组成几乎全部为高辛烷值的异构烷烃，不含硫、烯烃和芳烃等非理想组分，是新配方汽油的理想组分。几乎所有的烷基化油都是通过使异丁烷与丁烯在适合的酸性催化剂存在下反应而制得的。硫酸是烷基化反应最主要的催化剂之一。然而，烷基化的反应原料烯烃和异构烷烃与催化剂浓硫酸的溶解性较差，特别是异丁烷和浓硫酸很难相溶，而烷基化反应是一快速反应过程，因此，酸烃两相的充分混合对于产品质量有着显著的影响。另外，尽管烯烃与浓硫酸的溶解性相比略好于异丁烷，但是在10℃以上烯烃很容易聚合生成C12以上的高聚物。此外，烷基化反应还是放热反应，如果反应温度控制不当，就会加剧烯烃聚合的副反应发生。因此，温度在烷基化反应中也是决定性变量之一，温度越低，烯烃自聚合或与酸生成烷基硫酸酯的副反应趋势就越小，反应在较低温度下进行就能有好的转化率并能得到较好质量的烷基化物。因此，硫酸烷基化工艺既要实现酸烃两相充分混合，还要保证烷基化反应在较低的温度下进行。目前，硫酸法烷基化工艺中采用的反应器是stratco反应器，内置大量的管式换热器，通过搅拌叶轮强制物料在反应器内大量循环达到强化混合和移热的目的。另外，增加反应器中异丁烷与烯烃的比例对烷基化产品的品质有益，通过物料的大量循环可以提高反应区的烷烯比和酸烃比。然而，由于物料的粘度随着温度的降低而增加，随着反应系统温度的下降，物料通过搅拌叶轮进行循环的难度迅速增加，使得该系统的操作温度仅能0℃以上才能操作，具体是在4℃以上操作。因此，工业中对于用于异构烷烃烷基化作用的新的高效工艺方法和系统装置存在需求。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种利用硫酸为催化剂制备烷基化油的系统装置。本专利技术的另一个目的在于提供一种利用硫酸为催化剂制备烷基化油的生产方法。与工业上常用的stratco反应系统相比，本专利技术由于催化剂和烃相的循环采用的是用泵强制循环的方式，且采用的是一种具有能够在粘度较高的情况下高度强化物料之间混合的超重力反应器，因此本专利技术提供的生产系统可以在更低的温度下操作，具体说可以在-5℃的低温下操作，并可以在烷烯比2-100的范围内制备得到辛烷值在97-100的高品质的烷基化油。为达到上述第一个目的，本专利技术采用下述技术方案：一种利用硫酸为催化剂制备烷基化油的系统装置，所述系统装置包括反应器单元、催化剂与烃循环单元、分离器单元、异丁烷循环单元和分馏器单元；所述反应器单元通过管道分别与催化剂与烃循环单元和分离器单元连接相通；所述催化剂与烃循环单元通过管道与分离器单元连接相通；所述分离器单元通过管道分别与异丁烷循环单元和分馏器单元连接相通；所述催化剂与烃循环单元、分离器单元、异丁烷循环单元和分馏器单元分别通过管道与反应器单元连接相通；所述反应器单元包括至少一台超重力反应器。优选地，所述催化剂与烃循环单元包括至少一台循环泵和至少一台气体分离罐；所述分离器单元包括至少一台沉降罐和至少一台气液分离罐；所述异丁烷循环单元包括至少一台气体压缩机和至少一台冷却器；所述分馏器单元包括至少一台分馏塔。所述反应器单元用于使含催化剂硫酸的物料、含异丁烷和烯烃的物料及含催化剂硫酸与烃的循环物料接触并发生反应。所述催化剂与烃循环单元用于将反应器流出物用泵加压后再循环进入反应器单元，以保证反应所需的酸烃比和烷烯比在合适的范围，为保证循环泵的正常操作，在泵前需要安装至少一台气体分离罐。优选地，所述分离器单元包括沉降器单元、旋流器单元或二者的组合；优选地，所述分离器单元包括一个或多个旋流器单元设置于沉降器单元的上游，并设置装置将流出物从旋流器单元传送至沉降器单元。所述分离器单元用于将反应器流出物分离为催化剂相、包含烷基化油的烃相和包含异丁烷的气相。所述异丁烷循环单元将气相异丁烷压缩冷却为液体异丁烷，压缩冷却后的液体异丁烷回到反应器单元的异丁烷原料储罐。优选地，所述分馏器单元包括一个或多个蒸馏子单元；优选地，所述蒸馏子单元包括主分馏塔、酸提馏塔和/或脱丙烷塔。所述分馏器单元用于将所述包含烷基化油烃相分馏为至少一种包含烷基化油的物流。优选地，所述分离器单元在流体流动路径中位于反应器单元下游；所述分馏器单元在流体流动路径中位于分离器单元的下游。优选地，设置用于将至少一部分的所述反应器流出物再循环至所述反应器单元的装置。优选地，设置用于将至少一部分的所述包含烷基化油的烃相再循环至所述反应器单元的装置。为达到上述第二个目的，本专利技术采用下述技术方案：一种采用上述系统装置利用硫酸为催化剂制备烷基化油的生产方法，包括如下步骤：1)将至少包含异链烷烃和烯烃的烃混合物与硫酸催化剂的进料流供应至反应器单元进行烷基化反应；将烷基化反应后的反应器单元流出物供应至催化剂与烃循环单元以及分离器单元；所述烃混合物与催化剂的进料流来自系统内部的循环量与系统外部的投料量；2)将催化剂与烃循环单元的下层流出物用循环泵加压后再循环进入反应器单元，上层流出物供应至分离器单元；3)分离器单元将进入分离器单元的流出物分离为催化剂相、包含烷基化油的烃相和气相；分离器单元分离出的催化剂相一部分再循环至反应器单元，一部分作为废酸从系统中移除；分离器单元分离出的包含烷基化油的烃相供应至分馏器单元；分离器单元分离出的气相供应至异丁烷循环单元；4)异丁烷循环单元将进入的气相压缩冷却为液体，再循环至反应器单元；5)分馏器单元将流入的包含烷基化油的烃相分馏为至少一种包含烷基化油的产品及其他烃物流，作为下层流出物导出；分馏器单元分馏出的上层流出物再循环至反应器单元继续进行反应。优选地，步骤1)中，系统外部的投料量中，所述异链烷烃为异丁烷，所述烯烃为2-丁烯、异丁烯和1-丁烯中的一种或多种，所述异链烷烃与烯烃的摩尔比为1以上。优选地，步骤1)中，系统外部的投料量中，所述异链烷烃与烯烃的摩尔比为1～100:1。优选地，步骤1)中，系统外部的投料量中，所述异链烷烃与烯烃的摩尔比为1.5～20:1。优选地，步骤1)中，烷基化反应的温度为-10～100℃，反应的压力为0.1～5MPa。优选地，步骤1)中，烷基化反应的温度为-5～30℃，反应的压力为0.1～1MPa。优选地，步骤1)中，还包括将所述反应器单元的部分流出物再循环至反应器单元的步骤。优选地，步骤3)中，还包括将所述分离器单元分离出的部分包含烷基化油的烃相再循环至反应器单元的步骤。优选地，步骤1)中，所述烃混合物与催化剂的进料流中系统内部的循环量与系统外部的投料量的体积比为10～200：1；所述超重力反应器中转子的转速为100～2850rpm。优选地，步骤1)中，所述烃混合物与催化剂的进料流中系统内部的循环量与系统外部的投料量的体积比为10～40：1，所述超重力反应器中转子的转速为150～1500rpm。优选地，烷基化过程可以是半连续过程或连续过程。在烷基化过程中，将新鲜的异链烷烃和烯烃以一定的摩尔比供应到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用硫酸为催化剂制备烷基化油的系统装置，其特征在于：所述系统装置包括反应器单元、催化剂与烃循环单元、分离器单元、异丁烷循环单元和分馏器单元；所述反应器单元通过管道分别与催化剂与烃循环单元和分离器单元连接相通；所述催化剂与烃循环单元通过管道与分离器单元连接相通；所述分离器单元通过管道分别与异丁烷循环单元和分馏器单元连接相通；所述催化剂与烃循环单元、分离器单元、异丁烷循环单元和分馏器单元分别通过管道与反应器单元连接相通；所述反应器单元包括至少一台超重力反应器。

【技术特征摘要】
1.一种利用硫酸为催化剂制备烷基化油的系统装置，其特征在于：所述系统装置包括反应器单元、催化剂与烃循环单元、分离器单元、异丁烷循环单元和分馏器单元；所述反应器单元通过管道分别与催化剂与烃循环单元和分离器单元连接相通；所述催化剂与烃循环单元通过管道与分离器单元连接相通；所述分离器单元通过管道分别与异丁烷循环单元和分馏器单元连接相通；所述催化剂与烃循环单元、分离器单元、异丁烷循环单元和分馏器单元分别通过管道与反应器单元连接相通；所述反应器单元包括至少一台超重力反应器。2.根据权利要求1所述的一种利用硫酸为催化剂制备烷基化油的系统装置，其特征在于：所述催化剂与烃循环单元包括至少一台循环泵和至少一台气体分离罐；所述分离器单元包括至少一台沉降罐和至少一台气液分离罐；所述异丁烷循环单元包括至少一台气体压缩机和至少一台冷却器；所述分馏器单元包括至少一台分馏塔。3.根据权利要求1所述的一种利用硫酸为催化剂制备烷基化油的系统装置，其特征在于：所述分离器单元包括沉降器单元、旋流器单元或二者的组合；优选地，所述分离器单元包括一个或多个旋流器单元设置于沉降器单元的上游，并设置装置将流出物从旋流器单元传送至沉降器单元。4.根据权利要求1所述的一种利用硫酸为催化剂制备烷基化油的系统装置，其特征在于：所述分馏器单元包括一个或多个蒸馏子单元；优选地，所述蒸馏子单元包括主分馏塔、酸提馏塔和/或脱丙烷塔。5.根据权利要求1所述的一种利用硫酸为催化剂制备烷基化油的系统装置，其特征在于：所述分离器单元在流体流动路径中位于反应器单元下游；所述分馏器单元在流体流动路径中位于分离器单元的下游。6.一种采用如权利要求1-5任一所述的系统装置利用硫酸为催化剂制备烷基化油的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将至少包含异链烷烃和烯烃的烃混合物与硫酸催化剂的进料流供应至反应器单元进行烷基化反应；将烷基化反应后的反应器单元流出物供应至催化剂与烃循环单元以及分离器单元；所述烃混合物与催化剂的进料流来自系统内部的循环量与系统外部的投料量；2)将催化剂与烃循环单元的下层流...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹海魁，初广文，陈建峰，罗勇，孙宝昌，向阳，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11