一种用于烷基化反应的喷射式列管反应器及其反应方法技术

本发明专利技术公开了一种用于烷基化反应的喷射式列管反应器及其反应方法，本发明专利技术的反应器包括垂直反应器筒体，上封头、下封头、上管板和下支撑板，其中，上管板和下支撑板之间构成反应区，下支撑板与下封头之间构成汽化分离区，在反应区内竖直分布着多根列管每根列管管壁上分布有小孔，上管板上设有圆孔，圆孔孔径与列管管径相同，在反应区内，列管外侧填充有填料。通过列管的小孔喷射作用和填料的剪切作用，可实现反应物料的充分混合；通过将未反应的异丁烷进行汽化取热，并经过压缩冷却后循环至反应器进料的方式，既保证了反应在低温、适宜的烷烯比条件下进行，又避免了因采用间接冷却方法而带来的取热效果差、引入新的制冷剂、制冷剂泄露等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于烷基化反应的喷射式列管反应器及其反应方法
本专利技术涉及烷基化反应
，尤其涉及一种用于烷基化反应的喷射式列管反应器及其反应方法。
技术介绍
由低碳烯烃和异丁烷在浓硫酸催化作用下生产的烷基化油，具有较高的辛烷值，是理想的汽油调和组分。但由于反应原料异丁烷与催化剂浓硫酸的互溶性较差，反应原料与催化剂浓硫酸的混合效果成为烷基化反应的关键影响因素之一。此外，烷基化反应是放热反应，若不能及时有效地移走反应热，就会加剧烯烃聚合副反应的发生，因此，硫酸烷基化工艺既要实现酸烃两相充分混合，又要保证烷基化反应在恒定较低的温度下进行。现有的烷基化反应器种类主要包括喷射式反应器、搅拌式反应器、填料反应器等。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。在反应器的预混合区，异丁烷经由喷射器喷出与硫酸混合形成乳化液，烯烃在反应区与来自预混合区的乳化液逆向接触进行反应。反应区体积明显大于预混合区，异丁烷和硫酸的预混合物进入反应区后，体积骤然增大，绝热膨胀吸收烷基化反应放出的热量。该反应器的反应温度只能控制在8～20℃，反应温度偏高。专利US3759318公开了一种卧式搅拌反应器，反应原料进到反应器叶轮处，在叶轮的强力搅拌下形成酸烃乳化液。乳化液与反应器内部的换热管束接触，换热管束的冷却介质取走烷基化反应热。Stratco卧式搅拌反应器已大量工业化，但是单个反应器的规模有限，扩大生产规模只能依靠反应器数量的增加。专利说明书CN101104570A公开了一种烷基化反应器，反应器内部是一个由分散混合器组成的静态混合体系。分散混合器包含金属丝网和含有空隙空间大于50％体积的接触性结构的填料。反应物料依靠填料自身压降，使轻烃组分气化，消耗掉反应热。且该反应器结构构造复杂，成本较高。专利CN103357369A公开了一种带有空腔结构的规整填料烷基化反应装置，反应原料通过液体分布设备进入反应器，反应器内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，反应物料进入反应区后在规整填料的切割、分散作用下，酸烃进行充分混合，通过冷却介质带走反应热。该方法需要引入新的冷却介质，且存在因冷却介质泄露而严重影响反应效果的风险。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述的不足而提供一种用于烷基化反应的喷射式列管反应器及其反应方法。为解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种用于烷基化反应的喷射式列管反应器，包括一个垂直反应器筒体，与所述垂直反应器筒体连接的上、下封头，设置于所述垂直反应器筒体内部的上管板和下支撑板，所述上管板和下支撑板之间构成反应区，下支撑板和下封头之间构成汽化分离区，所述上管板上开设有圆孔，在所述反应区内竖直分布有多根列管，所述列管的管壁上分布有小孔，所述上管板上圆孔的孔径与列管的管径相同，所述列管一端与上管板的圆孔连接固定并相通，另一端为盲端，与所述下支撑板连接固定，所述反应区内的列管外侧填充有填料，所述上封头的顶部设置有进料口，所述反应区内的垂直反应器筒体侧面设置有侧线进料口，所述汽化分离区的上部筒体上设置有气相采出口，下部设置有侧线采出口，在所述下封头上设置有底部采出口。进一步的，所述列管管壁上小孔的分布规律为上部密，下部稀疏。烷基化反应主要集中在反应区的上半部分，随着反应的进行，越靠近反应区出口，烷基化反应逐渐变缓，根据反应发生剧烈程度，使物料进行合理配置。进一步的，所述反应区内的垂直反应器筒体侧面由上到下依次设置有多个侧线进料口，可通过调整不同位置侧线进料口的进料量和进料组成，及时、有效地调整反应烷烯比，确保整个反应段的烷烯比均在可控范围内。进一步的，所述下支撑板由多层金属丝网和格栅构成，既能够对填料和列管起到支撑和固定作用，又能使反应后物料顺利进入汽化分离区。进一步的，所述反应区内的填料优选为聚丙烯或不锈钢丝网填料，当然也可以是其它填料，这里不对其进行限定。进一步的，在所述汽化分离区的底部设置有填料，所述填料为波纹板规整填料或波纹板散堆填料或斜板填料。本专利技术的反应器中，上封头与上管板形成半密闭空间，浓硫酸由上封头的顶部进料口经顶部进料线进入到反应器内，经过上管板的小圆孔沿着列管流动，在一定压力作用下，通过列管管壁上的小孔均匀地喷射到反应区内，与由侧线进料口经侧线进料线进入的混合烃原料，在填料的剪切作用下，形成混合溶液并伴随烷基化反应的发生。由于填料的剪切和列管的喷射作用，使得整个反应器内部形成无数个小型湍流，达到了物料充分混合的效果。在反应过程中，大部分异丁烷在压差作用下汽化，吸收掉反应放出的热量，使反应在较低温度下进行。气相异丁烷由汽化分离区的气相采出口采出，经过压缩冷却处理后，经烃循环线循环回反应器侧线进料口，循环利用并用于调节反应烷烯比。汽化分离区底部装填有填料可加速反应后产物中酸烃的分层分离。大部分硫酸通过反应器底部采出口采出，并经酸循环线循环回反应器顶部进料口，少量的废酸经排废酸线排入后续处理装置；分层后的烃物料经过侧线采出口经采出线采出，然后送入后续产物分离装置。本专利技术还提供了一种利用上述喷射式列管反应器进行烷基化反应的方法，包括以下步骤:(1)将浓硫酸由所述上封头的顶部进料口进入到所述喷射式列管反应器内，并经过上管板的圆孔沿着列管流动；(2)在一定压力作用下，通过所述列管管壁上的小孔均匀地喷射到反应区内，并与由侧线进料口进入的混合烃原料在填料的剪切作用下，形成酸烃乳液并完成催化反应；由于填料的剪切和列管的喷射作用，使得整个反应器内部形成小型湍流，强化了物料和催化剂的充分接触，减少了副反应的发生，使得反应具有酸耗低，效果好等明显优点；(3)完成催化反应后的产物在反应器内压差作用下进入到反应汽化分离区，其中，气相异丁烷由汽化分离区的气相采出口采出；(4)反应后的大部分硫酸通过下封头的底部采出口采出，并经过酸循环线循环回至上封头进料口，少量废酸经排废酸线排入后续的处理装置，分层后的烃物料由侧线采出口采出后送入后续的产物分离装置。优选的，在步骤(2)中，催化反应温度控制在-3～4℃。进一步的，步骤(2)之后还包括将采出的气相异丁烷经过压缩冷却处理后，经烃循环线循环回反应器侧线进料口，控制反应烷烯质量比为8：1～10：1。优选的，反应酸烃的体积比为0.8：1～2：1，控制反应区顶部压力为350～400KPa，反应区出口压力为3.5～8.5KPa，利用本专利技术的方法反应原料丁烯转化率可达100％，产品辛烷值可达93～97，酸耗量为10～50kg/t。综上所述，运用本专利技术的技术方案，具有如下有益效果：本专利技术的喷射式列管反应器结构设计简单，成本造价低；通过列管的小孔喷射作用和填料的剪切作用，可实现反应物料的充分混合；通过采取将未反应的异丁烷进行汽化取热，并经过压缩冷却后循环至反应器进料的方式，既保证了反应在低温、适宜的烷烯比条件下进行，又避免了因采用间接冷却方法而带来的取热效果差、引入新的制冷剂、制冷剂泄露等问题；该烷基化反应方法酸耗低，产物辛烷值高、品质好。附图说明图1为本专利技术反应器的结构示意图；图2为本专利技术反应器截面示意图；图3为本专利技术的列管结构示意图；图4为本专利技术的流程示意图。附图中：1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于烷基化反应的喷射式列管反应器，包括一个垂直反应器筒体，与所述垂直反应器筒体连接的上、下封头，设置于所述垂直反应器筒体内部的上管板和下支撑板，其特征在于：所述上管板和下支撑板之间构成反应区，下支撑板和下封头之间构成汽化分离区，所述上管板上开设有圆孔，在所述反应区内竖直分布有多根列管，所述列管的管壁上分布有小孔，所述上管板上圆孔的孔径与列管的管径相同，所述列管一端与上管板的圆孔连接固定并相通，另一端为盲端，与所述下支撑板连接固定，所述反应区内的列管外侧填充有填料，所述上封头的顶部设置有进料口，所述反应区内的垂直反应器筒体侧面设置有侧线进料口，所述汽化分离区的上部筒体上设置有气相采出口，下部设置有侧线采出口，在所述下封头上设置有底部采出口。

【技术特征摘要】
1.一种用于烷基化反应的喷射式列管反应器，包括一个垂直反应器筒体，与所述垂直反应器筒体连接的上、下封头，设置于所述垂直反应器筒体内部的上管板和下支撑板，其特征在于：所述上管板和下支撑板之间构成反应区，下支撑板和下封头之间构成汽化分离区，所述上管板上开设有圆孔，在所述反应区内竖直分布有多根列管，所述列管的管壁上分布有小孔，所述上管板上圆孔的孔径与列管的管径相同，所述列管一端与上管板的圆孔连接固定并相通，另一端为盲端，与所述下支撑板连接固定，所述反应区内的列管外侧填充有填料，所述上封头的顶部设置有进料口，所述反应区内的垂直反应器筒体侧面设置有侧线进料口，所述汽化分离区的上部筒体上设置有气相采出口，下部设置有侧线采出口，在所述下封头上设置有底部采出口。2.如权利要求1所述的一种用于烷基化反应的喷射式列管反应器，其特征在于：所述列管管壁上小孔的分布规律为上部密，下部稀疏。3.如权利要求1所述的一种用于烷基化反应的喷射式列管反应器，其特征在于：所述反应区内的垂直反应器筒体侧面由上到下依次设置有多个侧线进料口。4.如权利要求1～3所述的一种用于烷基化反应的喷射式列管反应器，其特征在于：所述下支撑板由多层金属丝网和格栅构成。5.如权利要求4所述的一种用于烷基化反应的喷射式列管反应器，其特征在于：所述反应区内的填料为聚丙烯或不锈钢丝网填料。6.如权利要求5所述的一种用于烷基化反应的喷射式列管反应器，其特征在于：在所述汽化分离...

【专利技术属性】
技术研发人员：湛明，叶文，袁伟，王瑞，胡先念，
申请(专利权)人：惠州宇新化工有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东,44