一种用于硫酸烷基化法制备烷基化汽油的反应装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种用于硫酸烷基化法制备烷基化汽油的反应装置和方法。该装置包括进液管、撞击喷嘴、壳体、上、下层填料、冷却蛇管、冷却夹套、导流筒、搅拌桨；导流板为圆锥形，用于将上层填料甩出的液体导入到下层填料内缘；进液管位于壳体上部，撞击喷嘴位于上层填料内缘；上、下层填料通过旋转轴与磁驱动装置连接，在旋转填料层外缘与壳体之间设有冷却蛇管；在壳体外侧设有冷却夹套，下层填料下部设置导流筒，导流筒与壳体底部相连，导流筒中部磁力转轴上设置两层搅拌桨，两层搅拌桨与磁驱动装置连接，导流筒上部与出液口相连。本发明专利技术实现了混合烃和浓硫酸在低温条件下高效快速均匀混合，提升了烷基化反应效率，降低酸耗，提高了产品辛烷值。

A reaction device and method for alkylation of sulfuric acid to produce alkylated gasoline

【技术实现步骤摘要】
一种用于硫酸烷基化法制备烷基化汽油的反应装置和方法
本专利技术涉及一种烷基化装置及方法，具体地说是一种用于硫酸烷基化法制备烷基化汽油的反应装置和方法，属于烷基化油的制备

技术介绍
异丁烷和丁烯在酸性催化剂作用下经烷基化反应制得的烷基化油是优质汽油调和组分之一，具有辛烷值高、敏感性低、蒸汽压（RVP）低、不含烯烃、芳烃和硫、燃烧热值高、燃烧完全、不污染环境等优点。随着我国油品标准的提高，烷基化油需求将会大幅提升。目前烷基化油的工业生产以浓硫酸催化法为主，采用Stratco反应器，该反应器是一个卧式偏心反应器，内部有一个套筒、U形管束以及搅拌叶轮。浓硫酸和C4原料进入反应器后经叶轮搅拌，沿套筒和壳体的环隙流动，在管束端折流后沿管束重新流向搅拌叶轮，在反应器内形成一个高速循环的物流。由于C4和浓硫酸两相的密度粘度差异较大，并且相溶性极差，因而该反应器采用叶轮机械搅拌以及高速循环来提升两相的混合程度。但是由于混合效率不理想，使得工业生产反应时间较长(25~30min)，生产效率较低；同时由于均匀混合效果差，无法有效排除局部的反应热点，加剧了C4烯烃的聚合，产物辛烷值降低，烷基化反应是一种快速放热反应，相间的混合和传质是总反应速率的控制步骤，因而实现C4和浓硫酸的高效快速混合是提升烷基化反应效率的关键。中国专利CN1907924A公开了一种离子液体催化烷基化反应工艺及反应器装置，C4和离子液体首先进入旋转填料床进行预混和反应，后进入下部设置有搅拌桨的储液罐进行进一步反应。该反应器采用循环物料来进行换热，不适于放热较大的硫酸法烷基化反应，并且反应物料的循环操作方式也会增加副产物的生成。中国专利CN104549108A公开了一种烷基化反应器和烷基化反应工艺，该反应器采用喷射式混合器作为C4和浓硫酸的预混装置，经预混后形成的酸烃乳液进入旋转填料床中进行进一步反应，旋转填料床在径向设置旋转和静止两层床层，反应体系采用循环冷却气用于移出烷基化反应放出的热量。中国专利CN104549115A和CN104549110A在CN104549108A公开的烷基化反应器基础上将旋转床中的外侧固定床层替换为带冷却功能的翅片和静动耦合组件。上述三种具有相似结构的烷基化反应器虽然具有较高的单程转化率，但反应物料在反应器内的停留时间过短，烷基化反应重整阶段反应不够充分，使得产物中C8含量不高。中国专利CN104667859A和CN104549116A公开的烷基化反应器是在上述三个公开的反应器基础上，将旋转填料床由一级拓展为两级和三级，每一级均添加了不同种类的旋转组件，这极大增大了反应器的加工难度和成本，并且对于反应物在反应器内的停留时间提升不显著，烷基化反应的重整反应不充分，产物中C8含量仍然有待进一步提高。中国专利CN106281432A公开了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，该系统主要由反应器单元100、催化剂和烃循环单元200、分离器单元300、异丁烷循环单元500和分馏器单元400组成，反应器采用了至少一台超重力反应器，反应后混合物部分进入催化剂和烃类循环单元，未反应的C4和催化剂循环进入反应器单元继续反应，这增加了反应体系内副反应的发生，降低了产品的品质。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种用于硫酸烷基化法制备烷基化汽油的反应装置和方法，以实现混合烃和浓硫酸在低温条件下高效快速均匀混合，以提升烷基化反应的效率，降低酸耗，提高产品辛烷值。本专利技术采用的开放式撞击和旋转填料耦合的方式，实现了烃相和酸相的快速微观混合，混合效果是传统搅拌釜的40倍。两股流体进入进液管后，自喷嘴喷出形成射流，并发生撞击，形成垂直于射流方向的扇形薄雾面，两股流体实现物料的初步混合和反应。撞击雾面进入上层旋转填料层的内缘，流体沿填料空隙向外缘流动，在此期间液体被多次切割、凝聚及分散，从而得到了进一步的混合和反应。通过开放式撞击和旋转填料的耦合，使得烃相和浓硫酸充分接触，极大地增大了相间接触面积，提高了烷基化反应速率，可降低浓硫酸用量。本专利技术提供了一种用于硫酸烷基化法制备烷基化汽油的反应装置，包括：进液管、撞击喷嘴、壳体、上层填料、下层填料、冷却蛇管、冷却夹套、蛇管冷却介质入口、蛇管冷却介质出口、夹套冷却介质入口、夹套冷却介质出口、导流筒、搅拌桨、出液口；导流板为圆锥形，用于将上层填料甩出的液体导入到下层填料内缘，导流板上端与壳体内壁相连，下端与下层填料内缘处转轴相连；进液管位于壳体上部，撞击喷嘴位于上层填料内缘；上层填料位于壳体中上部，下层填料位于壳体中部，两层填料通过旋转轴与磁驱动装置连接，在旋转填料层外缘与壳体之间设有冷却蛇管；在壳体外侧设有冷却夹套，冷却夹套位于壳体直筒部位外侧；冷却蛇管和冷却夹套均设置有冷却介质进口和出口；下层填料下部设置导流筒，导流筒用于收集下层填料甩出的液体，并进行进一步反应，导流筒与壳体底部相连，导流筒中部磁力转轴上设置两层搅拌桨，两层搅拌桨与磁驱动装置连接，导流筒上部与出液口相连。本专利技术烷基化反应器中，磁驱动装置包括磁力转轴及其底部的变频电机；上、下层填料与磁力转轴相连，磁力转轴在变频电机驱动下转动；两层搅拌桨固定在磁力转轴上，靠磁力转轴带动旋转。所述导流筒为圆筒结构，上、下部均为喇叭口，上端连接壳体内壁，下端连接壳体底部的内壁。进一步地，所述导流筒主体的内径与填料层的直径相等。冷却蛇管上端连接蛇管冷却介质出口，下端连接蛇管冷却介质入口；冷却蛇管的高度与上层填料上端到下层填料下端的距离相同。冷却夹套与壳体直筒部位高度一致。反应装置内所有与物料相接触的部分均采用耐腐蚀材料。本专利技术提供了一种用于硫酸烷基化法制备烷基化汽油的反应方法，包括以下步骤：（1）撞击混合反应：异丁烷和C4烯烃的混合烃和浓硫酸两股物料分别从反应器顶部的进料管进入，经进料管底部的喷嘴喷出，同轴相向撞击，形成垂直于射流方向的撞击扇面，两股物料完成了初步的混合和反应；（2）旋转混合反应：撞击扇面外缘的液体进入上层旋转填料的内缘，在强大的离心力作用下，物料沿填料空隙向外缘流动，在此期间物料被多次切割和分散，在填料内完成了进一步混合和反应，从填料外缘甩出的物料与冷却蛇管和夹套碰撞接触，将反应产生的热量移出。从冷却蛇管和夹套流下的物料由导流板引入下层填料内缘，在下层旋转填料中完成了烯烃的完全转化，从下层填料甩出的物料同样被蛇管和夹套冷却，之后进入导流筒中；（3）重整反应：导流筒中的物料在搅拌桨的作用下继续进行重整反应，进一步提升C8组分的比例；完成重整反应后的物料由溢流管经出液口流出反应器，至此完成烷基化反应过程。上述方法中，具体的过程进一步说明如下：步骤（1）中，进液管下端与撞击喷嘴相连，两股进料从喷嘴喷出，进行开放式撞击，所形成的撞击扇面的外缘进入上层填料内缘。步骤（2）中，导流板将上层填料流出的液体导入下层填料内缘，导流筒位于下层填料下部，用于收集从下层填料甩出的液体。步骤（2）中，从两层旋转填料甩出的液体与冷却蛇管和夹套接触进行冷却，冷却后的液体进入导流筒。上述反应方法以异丁烷和C4烯烃为原料，以浓硫酸为催化剂，进行烷基化反应制备烷基化汽油。在烷基化反应中，异丁烷和C4烯烃的摩尔比为1:1~20:1，优选为4:1~10:1；催化剂浓硫本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于硫酸烷基化法制备烷基化汽油的反应装置，其特征在于：包括：进液管、撞击喷嘴、壳体、上层填料、下层填料、冷却蛇管、冷却夹套、冷却介质进口、冷却介质出口、导流筒、搅拌桨、出液口；导流板为圆锥形，用于将上层填料甩出的液体导入到下层填料内缘，导流板上端与壳体内壁相连，下端与下层填料内缘处转轴相连；进液管位于壳体上部，撞击喷嘴位于上层填料内缘；上层填料位于壳体中上部，下层填料位于壳体中部，两层填料通过旋转轴与磁驱动装置连接，在旋转填料层外缘与壳体之间设有冷却蛇管；在壳体外侧设有冷却夹套，冷却夹套位于壳体直筒部位外侧；冷却蛇管和冷却夹套均设置有冷却介质进口和出口；下层填料下部设置导流筒，导流筒用于收集下层填料甩出的液体，并进行进一步反应，导流筒与壳体底部相连，导流筒中部磁力转轴上设置两层搅拌桨，两层搅拌桨与磁驱动装置连接，导流筒上部与出液口相连。

【技术特征摘要】
1.一种用于硫酸烷基化法制备烷基化汽油的反应装置，其特征在于：包括：进液管、撞击喷嘴、壳体、上层填料、下层填料、冷却蛇管、冷却夹套、冷却介质进口、冷却介质出口、导流筒、搅拌桨、出液口；导流板为圆锥形，用于将上层填料甩出的液体导入到下层填料内缘，导流板上端与壳体内壁相连，下端与下层填料内缘处转轴相连；进液管位于壳体上部，撞击喷嘴位于上层填料内缘；上层填料位于壳体中上部，下层填料位于壳体中部，两层填料通过旋转轴与磁驱动装置连接，在旋转填料层外缘与壳体之间设有冷却蛇管；在壳体外侧设有冷却夹套，冷却夹套位于壳体直筒部位外侧；冷却蛇管和冷却夹套均设置有冷却介质进口和出口；下层填料下部设置导流筒，导流筒用于收集下层填料甩出的液体，并进行进一步反应，导流筒与壳体底部相连，导流筒中部磁力转轴上设置两层搅拌桨，两层搅拌桨与磁驱动装置连接，导流筒上部与出液口相连。2.根据权利要求1所述的用于硫酸烷基化法制备烷基化汽油的反应装置，其特征在于：磁驱动装置包括磁力转轴及其底部的变频电机；上、下层填料与磁力转轴相连，磁力转轴在变频电机驱动下转动；两层搅拌桨固定在磁力转轴上，靠磁力转轴带动旋转。3.根据权利要求1所述的用于硫酸烷基化法制备烷基化汽油的反应装置，其特征在于：所述导流筒为圆筒结构，上、下部均为喇叭口，上端连接壳体内壁，下端连接壳体底部的内壁。4.根据权利要求3所述的用于硫酸烷基化法制备烷基化汽油的反应装置，其特征在于：所述导流筒主体的内径与填料层的直径相等。5.根据权利要求1所述的用于硫酸烷基化法制备烷基化汽油的反应装置，其特征在于：冷却蛇管上端连接蛇管冷却介质出口，下端连接蛇管冷却介质入口；冷却蛇管的高度与上层填料上端到下层填料下端的距离相同。6.根据权利要求1所述的用于硫酸烷基化法制备烷基化汽油的反应装置，其特征在于：冷却夹套与壳体直筒部位高度一致。7.一种用于硫酸烷基化法制备烷基化汽油的反应方法，采用上述权利要求1~6任一项所述的用于硫酸烷基化法制备烷基化汽油的反应装置，其特征在于：包括以下步骤：（1）撞击混合反应：异丁烷和C4烯烃的混合烃和浓硫酸两股物...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘有智，张巧玲，张超，梁丽娜，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14