一种碳化硅微通道烷基化反应器及其使用方法技术

本发明专利技术涉及石油化工领域，公开了一种碳化硅微通道烷基化反应器及其使用方法，反应器壳体上分别设有液体酸循环管（4）、原料进料口（5）、气相抽出口（6）及液相抽出口（7）；壳体内从上至下依次垂直设置微通道反应模块及破沫分离构件（3）；原料进料口（5）置于壳体顶部；液体酸循环管（4）上部端口经壳体顶部的液体酸进料口与壳体内腔相通；气相抽出口（6）设于微通道反应模块下部。本发明专利技术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目的产物烷基化油。本发明专利技术有效解决了烷基化反应器温度分布不均匀的问题，具有原料分布好、温度易于控制，产品质量高等特点。

A silicon carbide microchannel alkylation reactor and its use method

The invention relates to the field of petroleum chemical industry, and discloses a silicon carbide microchannel alkylation reactor and its use method. The reactor housing is provided with a liquid acid circulating tube (4), a feed inlet (5), a gas extraction exit (6) and a liquid extraction outlet (7), and a micro channel reaction die is set vertically from top to bottom in the shell. The block and the foam separation component (3); the feed intake (5) is placed on the top of the shell; the liquid acid circulation tube (4) is connected to the inner cavity of the liquid acid intake port on the top of the shell, and the gas extraction outlet (6) is located in the lower part of the micro channel reaction module. The present invention adopts isobutane and olefin as raw materials and liquid acid as catalyst to obtain alkyl oil of the target product by alkylation reaction. The invention effectively solves the problem of uneven temperature distribution in the alkylation reactor, and has the characteristics of good distribution of raw materials, easy control of temperature and high product quality.

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅微通道烷基化反应器及其使用方法
本专利技术属于石油化工领域，尤其涉及一种碳化硅微通道烷基化反应器及其使用方法。
技术介绍
目前烷基化的商业化生产装置中，氢氟酸的环境污染隐患、固体酸催化剂的活性及离子液体固化堵塞等问题制约着相关技术的推广，而硫酸烷基化在安全性与可操作性之间达到了最佳平衡。但工业应用的硫酸烷基化技术存在反应温度高、酸烃乳化不易分离、酸耗大等问题。CN205815148U公开了一种硫酸烷基化反应产物自取热闪蒸的装置，装置内填充多层不规则微多孔媒介，不规则微多孔媒介为半软性立体多孔网状填料，分散交织成纤维缕组成，纤维缕为PTFE、PP、PE或玻璃纤维中的一种或多种。专利中纤维缕压缩系数较大，影响装置长周期运行的稳定性，此外纤维易断裂，影响烷基化油的产品质量。CN103007853A公开了碳化硅微通道反应器及其在烃类裂解制低碳烯烃中的应用，反应器内填充有整体泡沫碳化硅材料构成微通道，其外有金属反应器外壳。整体泡沫碳化硅材料具有三维泡沫的微通道结构，通道直径范围在0.1~2mm，用于烃类裂解制取低碳烯烃。专利中反应器不设置进料分布器，且碳化硅通道直径较大，若用于液体酸烷基化过程，酸烃两相不能充分混合，转化率过低。因此，如何对微通道反应器进行进一步优化，以实现精准控制反应温度分布，使系统安全稳定长周期运行，是本领域技术人员需要解决的突出问题。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的不足之处而提供一种高效节能，安全环保，传质传热性能理想，目的产物辛烷值高，可实现精准控制反应温度分布的碳化硅微通道烷基化反应器及其使用方法。为解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的：一种碳化硅微通道烷基化反应器，包括壳体；所述壳体上分别设有液体酸循环管、原料进料口、气相抽出口及液相抽出口；所述壳体内腔从上至下依次垂直设置微通道反应模块及破沫分离构件；所述原料进料口置于壳体顶部；所述液体酸循环管上部端口经壳体顶部的液体酸进料口与壳体内腔相通；所述气相抽出口设于微通道反应模块下部；所述液相抽出口设于气相抽出口的下部，且与破沫分离构件相对应。作为一种优选方案，本专利技术所述微通道反应模块包括纤维床层及碳化硅床层；所述纤维床层置于碳化硅床层之上。进一步地，本专利技术所述碳化硅床层由常压烧结高纯泡沫碳化硅规整填料构成，床层比表面积为300~3000m2/m3；空隙率为0.35~0.9。进一步地，本专利技术所述纤维床层由耐酸纤维材料编织而成，床层比表面积为100~1000m2/L；空隙率为0.4~0.85；床层高径比为0.1~0.5。进一步地，本专利技术所述破沫分离构件包括外壳、格栅、液相引出板、升液管、升气管及液相引出口；所述格栅、液相引出板及升液管分别置于外壳腔体内；所述格栅水平置于外壳腔体底部；所述液相引出板水平置于格栅之上；所述液相引出口水平置于液相引出板之上，且与液相抽出口相接；所述升液管的端口与液相引出板垂直相接；所述升气管位于外壳顶部，其一端口与外壳内腔相通，另一端口开口向下。进一步地，本专利技术所述壳体内间隔一定距离设有多个微通道反应模块。上述碳化硅微通道烷基化反应器的使用方法，系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。作为一种优选方案，本专利技术当壳体直径>2.5m时，反应器顶部设置液体进料分布器。进一步地，本专利技术所述烯烃为C3~C5烯烃；所述液体酸为硫酸。进一步地，本专利技术所述异丁烷与烯烃的摩尔比为3~10:1；所述液体酸与烯烃的体积比为0.5~2:1；烯烃停留时间为1~30min，反应温度为-3~3℃。本专利技术的烷基化反应器使用碳化硅材料作为微通道填料，改善了传统烷基化反应器内的温度分布，可有效的实现低温烷基化反应，具有操作条件缓和，反应易于控制，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。试验结果表明，碳化硅微通道烷基化反应器生成的烷基化油辛烷值高，低硫，不含芳烃和烯烃。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为本专利技术碳化硅微通道烷基化反应器结构示意图。图2为本专利技术破沫分离构件结构示意图。图中：1、纤维床层；2、碳化硅床层；3、破沫分离构件；4、液体酸循环管；5、原料进料口；6、气相抽出口；7、液相抽出口；3-1、外壳；3-2、格栅；3-3、液相引出板；3-4、升液管；3-5、升气管；3-6、液相引出口。具体实施方式如图1所示，碳化硅微通道烷基化反应器，包括壳体；其特征在于：所述壳体上分别设有液体酸循环管4、原料进料口5、气相抽出口6及液相抽出口7；所述壳体内腔从上至下依次垂直设置微通道反应模块及破沫分离构件3；所述原料进料口5置于壳体顶部；所述液体酸循环管4上部端口经壳体顶部的液体酸进料口与壳体内腔相通；所述气相抽出口6设于微通道反应模块下部；所述液相抽出口7设于气相抽出口6的下部，且与破沫分离构件3相对应。本专利技术所述微通道反应模块包括纤维床层1及碳化硅床层2；所述纤维床层1置于碳化硅床层2之上。本专利技术所述碳化硅床层2由常压烧结高纯泡沫碳化硅规整填料构成，床层比表面积为300~3000m2/m3；空隙率为0.35~0.9。本专利技术所述纤维床层1由耐酸纤维材料编织而成，床层比表面积为100~1000m2/L；空隙率为0.4~0.85；床层高径比为0.1~0.5。参见图2所示，本专利技术所述破沫分离构件3包括外壳3-1、格栅3-2、液相引出板3-3、升液管3-4、升气管3-5及液相引出口3-6；所述格栅3-2、液相引出板3-3及升液管3-4分别置于外壳3-1腔体内；所述格栅3-2水平置于外壳3-1腔体底部；所述液相引出板3-3水平置于格栅3-2之上；所述液相引出口3-6水平置于液相引出板3-3之上，且与液相抽出口7相接；所述升液管3-4的端口与液相引出板3-3垂直相接；所述升气管3-5位于外壳3-1顶部，其一端口与外壳3-1内腔相通，另一端口开口向下。本专利技术所述壳体内间隔一定距离设有多个微通道反应模块。上述碳化硅微通道烷基化反应器的使用方法，系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。当壳体直径>2.5m时，反应器顶部设置液体进料分布器。本专利技术所述烯烃为C3~C5烯烃；所述液体酸为硫酸。本专利技术所述异丁烷与烯烃的摩尔比为3~10:1；所述液体酸与烯烃的体积比为0.5~2:1；烯烃停留时间为1~30min，反应温度为-3~3℃。本专利技术泡沫碳化硅呈三维网络连通结构，具有较大的比表面积、较高的机械强度，优良的热传导和优异的耐酸碱腐蚀性能。针对目前烷基化反应器的不足，借鉴碳化硅高效的传质传热性能，本专利技术能精准控制反应器温度分布，实现高效节能、安全、低碳和环保的连续化生产。本专利技术壳体内设置纤维床层1，纤维床层1由具有纤维致密孔隙状结构的材料组成，可以是玻璃纤维、聚乙烯等有机聚合物或无机物等材料，耐腐蚀，具有亲酸疏烃性能。纤维床层1置于碳化硅床层2之上，在反应器中主要作为酸烃两相的分布器与再分布器。纤维床层1比表面积为100~1000m2/L，空隙率为0.4~0.85，优选为0.55~0.75，床层高径比为0.1~0.5。当反应器壳体直径>2.5m时，反应器顶部应设置液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅微通道烷基化反应器，包括壳体；其特征在于：所述壳体上分别设有液体酸循环管（4）、原料进料口（5）、气相抽出口（6）及液相抽出口（7）；所述壳体内腔从上至下依次垂直设置微通道反应模块及破沫分离构件（3）；所述原料进料口（5）置于壳体顶部；所述液体酸循环管（4）上部端口经壳体顶部的液体酸进料口与壳体内腔相通；所述气相抽出口（6）设于微通道反应模块下部；所述液相抽出口（7）设于气相抽出口（6）的下部，且与破沫分离构件（3）相对应。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅微通道烷基化反应器，包括壳体；其特征在于：所述壳体上分别设有液体酸循环管（4）、原料进料口（5）、气相抽出口（6）及液相抽出口（7）；所述壳体内腔从上至下依次垂直设置微通道反应模块及破沫分离构件（3）；所述原料进料口（5）置于壳体顶部；所述液体酸循环管（4）上部端口经壳体顶部的液体酸进料口与壳体内腔相通；所述气相抽出口（6）设于微通道反应模块下部；所述液相抽出口（7）设于气相抽出口（6）的下部，且与破沫分离构件（3）相对应。2.根据权利要求1所述的碳化硅微通道烷基化反应器，其特征在于：所述微通道反应模块包括纤维床层（1）及碳化硅床层（2）；所述纤维床层（1）置于碳化硅床层（2）之上。3.根据权利要求2所述的碳化硅微通道烷基化反应器，其特征在于：所述碳化硅床层（2）由常压烧结高纯泡沫碳化硅规整填料构成，床层比表面积为300~3000m2/m3；空隙率为0.35~0.9。4.根据权利要求3所述的碳化硅微通道烷基化反应器，其特征在于：所述纤维床层（1）由耐酸纤维材料编织而成，床层比表面积为100~1000m2/L；空隙率为0.4~0.85；床层高径比为0.1~0.5。5.根据权利要求4所述的碳化硅微通道烷基化反应器，其特征在于：所述破沫分离构件（3）包括外壳（3-1）、格栅（3-2）、液相引出板（3-3）、升液管（3-4）、升气管（3-5）及液...

【专利技术属性】
技术研发人员：封瑞江，王海彦，刘进博，龙文宇，白金，张健，
申请(专利权)人：辽宁石油化工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21