一种微通道反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种微通道反应器，在反应器壳体内设置微通道反应区，微通道反应区至少设置一个管式微通道反应区和一个面式微通道反应区，管式微通道反应区由管式微通道构件构成；面式微通道反应区由面式微通道构件构成，面式微通道构件为多组板式结构，两板之间通道间隙为0.1～10mm，该间隙构成面式微通道；管式微通道反应区的管式微通道垂直于水平面设置，面式微通道反应区的面式微通道与水平面垂直设置。本发明专利技术反应器最适用于烷基化反应，具有可在低温下进行，反应原料无需预混合，床层压降小，节能效果好，产品质量高等特点，可实现高效节能、安全、低碳和环保的连续化生产。

A microchannel reactor

The invention discloses a micro channel reactor, setting the reaction zone in the micro channel reactor shell, micro channel reaction zone is provided with at least one tube microchannel reaction zone and a micro channel micro channel tube reaction zone, reaction zone is composed of a tubular micro channel member; surface reaction zone by surface micro micro channel channel components, surface micro channel member comprises a plurality of plate structure, channel gap between the two plates is 0.1 ~ 10mm, the gap surface formed by micro channel micro channel; tube reaction zone tube micro channel perpendicular to the horizontal plane, surface micro channel reaction zone and surface micro channel is vertical to the horizontal plane. The reactor is most suitable for alkylation reaction. It has the characteristics of low temperature, no need to pre mix reaction material, small bed pressure drop, good energy saving effect and high product quality. It can realize high efficiency, energy saving, safety, low carbon and environmental protection continuous production.

【技术实现步骤摘要】
一种微通道反应器
本专利技术属于石油化工领域，公开了一种新型微通道反应器，特别是用于烷基化反应的微通道反应器。
技术介绍
目前世界上各个国家对汽油指标的要求越来越严格，高品质汽油的生产工艺成为目前的关注重点，烷基化工艺是生产高品质汽油调和组分，即烷基化油的常规且成熟的方法。烷基化反应即异丁烷与C3-C5烯烃在酸催化剂作用下生成具有高辛烷值汽油组分的反应，反应产物具有低硫且不含芳烃或烯烃等特点。目前烷基化反应主要应有的酸催化剂为硫酸和氢氟酸。现有的微通道反应器为管式微通道反应器，微通道反应器内部反应床层中填料具有管式微通道结构，该微结构使其具有极大的比表面积，可达搅拌釜比表面积的几百倍甚至上千倍。而且微通道反应器具有极好的传热和传质能力，传质效率是釜式反应釜的10到100倍以上，可极大的提高反应物的混合效率，可以实现物料的瞬间均匀混合和高效的传热，能迅速达到稳定状态。与传统方法相比，减少了反应时间和物料消耗。有利于强放热反应的平稳控制。但现有的管式微通道结构反应器在某些反应中如前述烷基化反应，反应效果需要进一步提升，反应器结构需进一步优化。CN1953804A公开了微通道中分级添加烯烃的烷基化方法和系统。利用微通道具有的良好传热和传质，获得更高的温度控制。依靠微通道反应技术精确控制温度使低聚反应最小化，而且分级的烯烃引入降低了局部烯烃浓度，增加了酸烃分散体的相界面面积，更加精准的调节温度，与传统工艺相比，提高烷基化产物的辛烷值，改善了烷基化物的品质。但是该专利中链烷烃物料流大量进料，会造成不良的初始分布，微通道本身具有较小的径向扩散系数，仅仅依靠微通道很难达到自然流分布，导致反应效率急剧下降，容易造成局部温度过高，反应区域会产生温差，使得烷基化率不均衡。
技术实现思路
针对目前烷基化使用反应器结构的不足，本专利技术公开了一种新型微通道反应器，该反应器使反应物和液体酸催化剂的混合十分均匀，可减少副反应，提高了反应物与催化剂的传质效率，进而提高了反应产物的质量和产率，可同时实现节约能耗的目的。在降低成本的同时，也降低了对环境的影响、以及所生产的产品性能的不稳定性，实现高效节能、安全、低碳和环保的连续化生产。为解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的：本专利技术微通道反应器，在反应器壳体内设置微通道反应区，所述微通道反应区至少设置一个管式微通道反应区和一个面式微通道反应区，管式微通道反应区由管式微通道构件构成；面式微通道反应区由面式微通道构件构成，面式微通道构件为多组板式结构，两板之间通道间隙为0.1～10mm，该间隙构成面式微通道；管式微通道反应区的管式微通道垂直于水平面设置，面式微通道反应区的面式微通道与水平面垂直设置。其中所述管式微通道反应区和面式微通道反应区在反应器壳体内纵向交替串联设置；所述管式微通道反应区的个数为2～10；所述面式微通道反应区的个数为1～10。其中所述微通道反应器为以异丁烷和烯烃为原料、以液体酸为催化剂的烷基化反应器。其中所述管式微通道反应区与面式微通道反应区占据的空间体积比为0.5：1～10：1，优选为2:1～5:1。其中所述的管式微通道反应区的管式微通道构件的微通道孔道平均直径为0.05～10mm，优选0.1~5mm。其中所述的反应器壳体外形为圆柱体，反应器垂直放置，高径比为2~10，优选为4~6。其中所述的管式微通道构件主要由纤维材料构成（同时可以包括增加强度的框架、增加筋等结构），纤维材料制成具有致密孔隙状结构的构件，该致密孔隙即管式微通道反应区的管式微通道，即该致密孔隙的孔道平均直径（横截面面积等效为圆）为0.05～10mm。其中所述的面式微通道构件由竖式安装的多组板组成，板的结构为平板式、环板式或折板式。其中每段微通道反应区高度为30~200cm，优选为50~150cm。面式微通道反应区的面式微通道的平面宽度一般为5cm以上，优选10cm以上，最优选为15cm以上。即面式微通道为高度30~200cm、宽度5cm以上、厚度0.1～10mm的扁平形的“面式”反应通道。优选的，其中所述的面式微通道构件设置为具有间接换热式结构。面式微通道结构的一部分为反应通道。与反应通道相邻，设置换热介质流动通道，即结构类似于常规板式换热器式结构。换热介质流动通道也是面式通道，但不限于两板间为微米或毫米的微通道结构，反应物料流通的通道为本专利技术设计结构的面式微通道结构。进一步地，本专利技术所述微通道反应器包括供料区、微通道反应区、沉降区及分离区；所述供料区设置在微通道反应区上部，供料区的出口与微通道反应区的入口相通；所述微通道反应区的出口与沉降区的入口相通；所述沉降区的出口与分离区的入口相通。分离区可以采用卧式分离罐，卧式分离罐的入口可采用旋流分离结构（当然也可选用其他结构），中间设置隔板。酸烃两相进入悬液分离器，实现酸烃的初步分离。酸相通过循环泵返回到反应器，烃相溢流到隔板另一侧，通过泵送入聚结器进一步分离。本专利技术微通道反应器用于烷基化反应时，以异丁烷和烯烃为原料，以液体酸为催化剂，进行烷基化反应得到烷基化油；所述原料及催化剂进入微通道反应器中的微通道反应区进行烷基化反应后，再进后续分离，得到反应产物。反应流出物一般采用卧式分离罐进行初步分离，抽出下层催化剂，排出上层气体，中层产物再送至聚结分离器进行分离。作为一种优选方案，烷基化反应原料中添加丙烷，作为原料的冷剂和夹带剂。烷基化反应的反应压力为0MPa～1.0MPa；反应物料在反应器内的停留时间为1～200min。烷基化反应的异丁烷和烯烃的摩尔比为1～50:1；酸烃体积比为0.1～5:1；异丁烷与丙烷摩尔比为1～100:1。使用本专利技术反应器进行烷基化反应时，反应分离的酸催化剂可循环使用，大大降低了酸的损耗。在反应过程中，随时补充酸催化剂确保浓度范围。反应结束后可以采用氮气、惰性气体或二氧化碳进行装置冲洗。使用本专利技术微通道反应器进行烷基化反应时，反应器床层压降较小，有利于传质和传热，使反应更加均衡，可以实现反应物和产物高效分离，副反应少。本专利技术具有操作条件温和，反应易于控制，原料分布好，产品质量高等特点，有效避免了结构单一的微通道反应传质传热不均衡的问题，同时解决了设备尺寸庞大，空间利用率低等问题，可实现高效节能、安全、低碳和环保的连续化生产。试验结果表明，管式微通道构件和面式微通道构件（板式微通道构件）交替结合设置，对于不互溶的烷基化反应体系具有更高效的反应物料接触混合效果，有利于提高反应效率，减少副反应发生，有效降低催化剂损耗量。使用本专利技术微通道反应器进行烷基化反应，无需提供额外动力将催化剂和生产原料预混合，床层压降较小，有利于烷烃的吸热汽化，减少反应的热点，解决了反应物料乳化引起的难以分离问题。反应原料中添加相当量的丙烷作为冷剂和夹带剂，降低了反应温度，减少副反应发生。通过卧式罐的旋液分离，实现酸烃的高效分离，降低了酸耗，反应生成的烷基化油辛烷值高。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。本专利技术的保护范围不仅局限于下列内容的表述。图1是本专利技术的微通道反应器一种具体结构总体示意图。图2是使用本专利技术微通道反应器的烷基化反应工艺流程示意图。图3为管式微通道反应区截面图。图4为面式微通道反应区截面图。图5为面式微通道反应区另一种实施方式结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微通道反应器，在反应器壳体内设置微通道反应区，其特征在于：所述微通道反应区至少设置一个管式微通道反应区和一个面式微通道反应区，管式微通道反应区由管式微通道构件构成；面式微通道反应区由面式微通道构件构成，面式微通道构件为多组板式结构，两板之间通道间隙为0.1～10mm，该间隙构成面式微通道；管式微通道反应区的管式微通道垂直于水平面设置，面式微通道反应区的面式微通道与水平面垂直设置。

【技术特征摘要】
1.一种微通道反应器，在反应器壳体内设置微通道反应区，其特征在于：所述微通道反应区至少设置一个管式微通道反应区和一个面式微通道反应区，管式微通道反应区由管式微通道构件构成；面式微通道反应区由面式微通道构件构成，面式微通道构件为多组板式结构，两板之间通道间隙为0.1～10mm，该间隙构成面式微通道；管式微通道反应区的管式微通道垂直于水平面设置，面式微通道反应区的面式微通道与水平面垂直设置。2.按照权利要求1所述的微通道反应器，其特征在于：所述管式微通道反应区和面式微通道反应区在反应器壳体内纵向交替串联设置；所述管式微通道反应区的个数为2～10；所述面式微通道反应区的个数为1～10。3.按照权利要求1所述的微通道反应器，其特征在于：所述管式微通道反应区与面式微通道反应区占据的空间体积比为0.5：1～10：1，优选为2:1～5:1。4.按照权利要求1所述的微通道反应器，其特征在于：所述管式微通道反应区的管式微通道构...

【专利技术属性】
技术研发人员：方向晨，
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