一种硫酸烷基化方法技术

一种硫酸烷基化方法，包括：将异丁烷原料、来自异丁烷分离塔的循环异丁烷和来自酸烃分离器的硫酸通入由搅拌釜和剪切式乳化装置组成的釜外循环式乳化装置进行预混合，形成包含异丁烷和硫酸的酸烃乳化液；酸烃乳化液一部分进入搅拌釜循环，一部分进入烷基化反应器与其中的混合烯烃接触反应；酸烃乳化液与混合烯烃反应完后的反应流出物一部分循环至搅拌釜，一部分进入酸烃分离器，酸烃分离器将反应流出物分离为硫酸和烃组分；分离出来的烃组分进入异丁烷分离塔，异丁烷分离塔将烃组分分离为异丁烷和烷基化油，其中，分离出的异丁烷循环至搅拌釜。本发明专利技术方法强化了酸烃混合程度，有利于异丁烷从烃相向酸相的传质，提高了烷基化油的产品质量。

A method of alkylation of sulfuric acid

A method of alkylation of sulfuric acid including isobutane raw material, circulating isobutane from isobutane separation tower and sulfuric acid from an acid hydrocarbon separator into an external circulating emulsification device consisting of a stirred tank and a shear emulsification device to form an emulsifier containing isobutane and sulfuric acid; an acid hydrocarbon emulsion. One part enters the stirred tank cycle, a part enters the alkylated reactor and its mixed olefin contact reaction; the acid hydrocarbon emulsion is partially circulated to the stirred tank after the reaction of the acid hydrocarbon emulsion and the mixed olefin, one part enters the acid hydrocarbon separator, and the acid hydrocarbon separator separates the reaction flow out into sulfuric acid and hydrocarbon component; The hydrocarbon components come into the isobutane separation tower, and the isobutane separation tower separates the hydrocarbon components into isobutane and alkylated oil, in which the separation of isobutane is circulated to the stirred tank. The method of the invention strengthens the mixing degree of acid hydrocarbon, facilitates the mass transfer of isobutane from hydrocarbon phase to acid phase, and improves the product quality of alkylated oil.

【技术实现步骤摘要】
一种硫酸烷基化方法
本专利技术涉及石油炼制工艺，具体是指促进异丁烷与硫酸混合的烷基化反应工艺。
技术介绍
烷基化是指引入烷基基团的化学反应过程，在烷基化的各种工业应用中，以异丁烷为烷基化试剂，对C3～C5等各种低碳烯烃进行烷基化反应，并以生产高辛烷值汽油调和组分为目的的异丁烷烷基化是最重要的烷基化工业应用之一。异丁烷烷基化技术发展过程中，主要使用硫酸或氢氟酸两种液体酸作为催化剂，近年来也有离子液、固体酸等作为烷基化催化剂，但技术尚不成熟，还没有大规模应用。由于氢氟酸易挥发，少量即对人体骨骼产生不可逆转的伤害，因此氢氟酸烷基化技术的在环保要求日益增高的今天已受到很大的制约，相对而言尽管硫酸烷基化存在废酸处理等问题，但仍为更优的选择。硫酸烷基化反应中，丁烯溶解进入硫酸催化剂中相对较为容易，形成烯烃与硫酸单酯的平衡组成，而异丁烷在硫酸中的溶解度很低，与产物烷基化油一起形成烃相，酸烃两相的混合程度决定了异丁烷从烃相向酸相的传质速率，这也是硫酸烷基化反应的决速步骤。如果异丁烷无法及时进入酸烃界面与烯烃反应生成理想的C8组分，则烯烃会自聚生成低辛烷值的副产品，导致最终的烷基化油辛烷值降低。通常的做法是采用很高的异丁烷/丁烯比，实际反应区中的烷烯比可以达到数十乃至数百，从而弥补异丁烷的溶解限制，抑制丁烯的副反应，但提高烷烯比直接导致后续异丁烷分离能耗的增加，影响装置的经济效益。硫酸烷基化主流的反应器是如美国专利US3759318所公开的带导流设置的卧式搅拌釜，其后的改进将机械搅拌设为偏心结构。异丁烷、丁烯及硫酸催化剂在搅拌叶片作用下流向扩散片从而实现液相的分散。中国专利CN200880011181.0公开了一种高剪切式反应器，可将包括异构烷烃和烯烃在内的碳氢化合物与液体酸催化剂剪切成酸连续相中碳氢化合物平均液滴小于5μm的乳浊液，促进反应体系的传质。机械搅拌釜的混合强度受到搅拌功率的限制，而且反应温度一般在10℃左右，更低的温度虽然有利于反应选择性，但低温下硫酸粘度升高，达到同等搅拌程度电机功耗急剧增大。杜邦在2007年国际石油炼制年会上报导了其在卧式偏心搅拌釜上的一系列改造，其中包括增设异丁烷和丁烯的预混合，之后再和硫酸混合，从而强化异丁烷向反应界面的传质过程。反应原料的预混合，已成为硫酸烷基化技术改进的关注点之一，其中包括异丁烷和丁烯的预混合，以及异丁烷和硫酸催化剂的预混合。美国专利US5443799公开了一种立式上行式喷射反应器，采用了一种带分布管的异丁烷和硫酸预混合结构，异丁烷从分布管喷射出，与环隙进入的硫酸发生混合，预混合之后的异丁烷/硫酸乳化液进入反应区，与反应区轴向分段进入的烯烃发生烷基化反应。除了预混合作用外，由于反应区比预混区的体积增大，物流体积膨胀可吸收一部分热量。美国专利US5785933公开了一种静态混合器形式的烷基化反应装置，原料异丁烷和反应器底部流出的酸烃乳化液合并，再与来自沉降罐的硫酸混合后通过静态混合器进一步混合，再与丁烯通过静态混合器混合后进入反应区。该技术的主要目的在于减少动设备的使用，在混合的选择上优先将异丁烷和硫酸混合，并且加入了酸烃乳化液，提高了混合效率。中国专利201510738217.7公开了一种硫酸烷基化反应方法，设计了一种特殊结构的双进料喷头对硫酸和异丁烷进行预混合，混合后的酸烃混合物再与混合碳四同时进入反应器内部进行烷基化反应。反应器内部分段布置着具有混合效果的规整填料，酸烃混合物在填料层进一步混合和反应。该方法采用了自制冷取热方法，利用烃类的部分气化带走烷基化反应热，保持反应在较低的温度下进行。中国专利201310503473.9公开了一种硫酸烷基化反应工艺，异丁烷与硫酸先通过胶体磨进行预混合，之后再进入旋转床反应器与另一股异丁烷、烯烃原料混合反应，该工艺通过异丁烷的分段进料、胶体磨、喷射式混合器实现反应物料的混合传质。分析上述技术方案可知，为了解决硫酸烷基化反应中异丁烷向硫酸中的传质问题，强化异丁烷与硫酸的预混合作用已成为技术改进的方向之一。上述方案不同于传统的烷烯预混合，实质上浓硫酸会对烷烯混合液产生抽提作用，将大部分的烯烃溶入，烷烯的预混对异丁烷的传质作用效果不甚理想。异丁烷与硫酸的预混合与强化烷基化原料整体混合的技术也有明显的技术区别，以中国专利CN201310503460.1等公开的一种旋转式填料床，美国专利US7319180、中国专利CN03813341.5等公开的脉冲流和填料结构，上述中国专利CN200880011181.0公开的剪切式反应器等技术，重点在于反应物料整体的混合作用，由于从宏观混合到微观混合的过程中，必然存在局部、短暂的不均匀区域，反应物料整体混合时即有可能发生副反应，而异丁烷与硫酸的预混合仅为物理过程，不产生副产物，可采用各种技术方案以实现充分的混合乳化。但是，目前公开的异丁烷与硫酸预混合技术的主要方案是采用如静态混合器、喷射对撞等简单的一次通过形式，属于烷基化反应器的附属结构，对于强化异丁烷向硫酸的传质仍有一定局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种硫酸烷基化方法。为实现上述目的，本专利技术提供一种硫酸烷基化方法，包括以下步骤：步骤一，将异丁烷原料、来自异丁烷分离塔的循环异丁烷和来自酸烃分离器的硫酸通入由搅拌釜和剪切式乳化装置组成的釜外循环式乳化装置进行预混合，形成包含异丁烷和硫酸的酸烃乳化液；步骤二，酸烃乳化液一部分进入搅拌釜循环，一部分进入烷基化反应器与与其中的混合烯烃接触反应；步骤三，酸烃乳化液与混合烯烃反应完后的反应流出物一部分循环至搅拌釜，一部分进入酸烃分离器，酸烃分离器将反应流出物分离为硫酸和烃组分；及步骤四，步骤三中分离出来的烃组分进入异丁烷分离塔，异丁烷分离塔将烃组分分离为异丁烷和烷基化油，其中，分离出的异丁烷循环至搅拌釜。进一步的，酸烃乳化液中硫酸为连续相，包含异丁烷的烃类为分散液滴，分散液滴的平均直径小于50μm。进一步的，剪切式乳化装置包括定子和转子，通过转子的旋转实现物流的混合，转子转速范围300-5000转/分。进一步的，剪切式乳化装置形成的酸烃乳化液出口温度为-5～10℃。进一步的，烷基化反应器带有旋转结构。进一步的，剪切式乳化装置和烷基化反应器同轴连接。进一步的，带有旋转结构的烷基化反应器是旋转填料床或定转子超重力反应器中的一种。进一步的，混合烯烃为C3-C5烯烃。进一步的，混合烯烃为C4烯烃。本专利技术的有益效果是：(1)强化了烷基化反应中酸烃的分散程度，促进了异丁烷向酸相的传质，降低酸相中烯烃的副反应的发生，提高烷基化油中高辛烷值组分的选择性。(2)预混合形成的异丁烷/硫酸乳化液可以降低反应器中混合强度，有利于烷基化反应区传质和传热的设计。附图说明图1为管线式剪切式乳化装置预混的烷基化工艺流程示意图。图2为釜外循环式剪切式乳化装置预混的烷基化工艺流程示意图。图3为带剪切预混的自制冷烷基化工艺流程示意图。其中，附图标记：1异丁烷原料2剪切式乳化装置3混合丁烯4反应器5反应流出物6酸烃分离器7硫酸8酸烃混合物流9烃10异丁烷分离塔11烷基化油12循环异丁烷13异丁烷/硫酸乳化液14异丁烷/硫酸混合搅拌釜15釜外循环剪切乳化物流16丙烷17压缩冷凝罐18冷却器19气体压缩机20压缩冷凝液21反应器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫酸烷基化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将异丁烷原料、来自异丁烷分离塔的循环异丁烷和来自酸烃分离器的硫酸通入由搅拌釜和剪切式乳化装置组成的釜外循环式乳化装置进行预混合，形成包含异丁烷和硫酸的酸烃乳化液；步骤二，酸烃乳化液一部分进入搅拌釜循环，一部分进入烷基化反应器与与其中的混合烯烃接触反应；步骤三，酸烃乳化液与混合烯烃反应完后的反应流出物一部分循环至搅拌釜，一部分进入酸烃分离器，酸烃分离器将反应流出物分离为硫酸和烃组分；及步骤四，步骤三中分离出来的烃组分进入异丁烷分离塔，异丁烷分离塔将烃组分分离为异丁烷和烷基化油，其中，分离出的异丁烷循环至搅拌釜。

【技术特征摘要】
1.一种硫酸烷基化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将异丁烷原料、来自异丁烷分离塔的循环异丁烷和来自酸烃分离器的硫酸通入由搅拌釜和剪切式乳化装置组成的釜外循环式乳化装置进行预混合，形成包含异丁烷和硫酸的酸烃乳化液；步骤二，酸烃乳化液一部分进入搅拌釜循环，一部分进入烷基化反应器与与其中的混合烯烃接触反应；步骤三，酸烃乳化液与混合烯烃反应完后的反应流出物一部分循环至搅拌釜，一部分进入酸烃分离器，酸烃分离器将反应流出物分离为硫酸和烃组分；及步骤四，步骤三中分离出来的烃组分进入异丁烷分离塔，异丁烷分离塔将烃组分分离为异丁烷和烷基化油，其中，分离出的异丁烷循环至搅拌釜。2.根据权利要求1所述的硫酸烷基化方法，其特征在于，酸烃乳化液中硫酸为连续相，包含异丁烷的烃类为分散液滴，分散液滴的平均直径小于...

【专利技术属性】
技术研发人员：高飞，周华群，王若欣，张兆前，何涛波，董卫刚，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11