烷基化反应系统及其配套的烷基化反应工艺方法技术方案

本发明专利技术公开了一种烷基化反应系统及其配套的烷基化反应工艺方法，该烷基化反应工艺方法包含采用新型烷基化反应器结合多级串联工艺在离心力场闪蒸条件下进行烷基化反应的系统装置及配套工艺方法。相对于现有传统烷基化反应器，在生产同等质量的产品时，使用本发明专利技术的烷基化反应系统及其配套的烷基化反应工艺方法在进行烷基化反应时可以达到节能降耗的效果；或在采用同等能耗、同等物耗的条件下，使用本发明专利技术烷基化反应系统及其配套的烷基化反应工艺方法进行烷基化反应时可以生产出辛烷值更高的产品，从而提高了产品质量。

【技术实现步骤摘要】
烷基化反应系统及其配套的烷基化反应工艺方法
本专利技术提供一种节能降耗的高效烷基化反应工艺方法及烷基化反应系统，具体涉及包含采用新型烷基化反应器结合多级串联工艺在离心力场闪蒸条件下进行烷基化反应的系统装置及配套工艺方法，属于石油化工领域。
技术介绍
烷基化反应是石油精炼工业中的核心反应之一。其中，最常见的烷基化反应是采用硫酸催化的低温烷基化反应，用于生产高辛烷值的优质油品。在石油精炼工业的烷基化反应中，涉及到引发、二聚、多聚、转移、歧化及断裂等反应机理，其中主反应是烯烃质子化后产生的碳正离子与烯烃及烷烃发生的链式反应，其反应的关键控制因素有烷烯比、酸浓度、烃酸比、微观混合度及反应温度等。现有的烷基化反应技术改进均集中在这几个控制因素上。CN104667856中公开了一种采用异丁烷和C3～C5烯烃为原料，以硫酸为催化剂，以惰性气体作为循环冷却剂的旋转床作为烷基化反应器的烷基化工艺。该反应通过惰性气体换热控温，相对来讲，同等体积条件下气体的比热容比液体小几个数量级，同等循环量下达到相同换热效果需要的气体温度极低，能耗较大；在极大的增大冷却循环量的情况下可以达到同样的控温效果，而此时由于反应器容积有限，大气量的冷却气体必然会显著减小反应处理量。CN101104570中公开了一种实现烯烃、链烷烃和液体酸催化剂更有效混合的方法。其方法包含了在硫酸做催化剂制备烷基化产品的过程中，在反应物混合后进入到分散器的下流反应区中，并在反应区中采用脉冲流态控制反应热达到烃的沸点操作汽化区，脉冲加剧了液相的传质，烃的部分汽化带走反应热，达到控制反应温度和增强混合效果的目的。但其无法解决脉冲前混合时由于烃酸密度差异大造成的局部不均，在脉冲前混合后的短时反应热也无法避免。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种节能降耗的高效烷基化反应系统及其配套工艺方法，具体内容包含采用新型烷基化反应器及相关反应系统进行烷基化反应的工艺方法，其中涉及核心反应器的特定结构、系统组合方式及配套工艺方法。本专利技术提供的烷基化反应工艺方法，包括以下步骤：步骤1：将原料通过进料系统输入烷基化反应器，在定子及转子高速剪切扰动下，发生闪蒸，得到反应混合物；步骤2：将步骤1得到的反应混合物输入反应分离罐中，进行酸烃分离；步骤3：反应混合物中的气相产物经液化系统处理后返送回进料系统，分离得到的液烃送往聚结器进行进一步纯化分离，得到烷基化反应产品，分离得到的酸返送回烷基化反应器或外排；其中，烷基化反应器的端盖分为上下双层空腔结构，换热介质输入端盖上层空腔，后进入定子；定子固定于端盖内侧，且为套管结构，其内管与端盖上层空腔连通，外管与端盖下层空腔连通；换热介质由定子的内管流至外管再输入端盖下层空腔，用以维持反应体系的低温环境。本专利技术所述的烷基化反应工艺方法，其中，烷基化反应器主要由端盖、壳体、定子、转子、传动系统及机械密封构成；壳体的底部与传动系统相连。本专利技术所述的烷基化反应工艺方法，其中，换热介质为液烃，液烃储存于液化系统，液化系统与烷基化反应器的端盖上层空腔连通，液化系统中的液烃，输入端盖的上层空腔，后进入定子，由定子的内管流至外管再输入端盖下层空腔，液烃在烷基化反应器的端盖内发生闪蒸，用以维持反应体系的低温环境，液烃闪蒸后的气液混合物排出端盖并返回至液化系统。本专利技术所述的烷基化反应工艺方法，其中，换热介质为冷媒，冷媒输入端盖的上层空腔，后进入定子，由定子的内管流至外管再输入端盖下层空腔，用以维持反应体系的低温环境。本专利技术所述的烷基化反应工艺方法，其中，定子成圆周均匀分布于端盖内侧；转子由转子座与多层同心环或均布在多层同心圆上的柱销构成，同心环在圆周上设有流体通道，转子座与传动系统的转轴相连；定子与转子位置相对，且错位布置。本专利技术所述的烷基化反应工艺方法，其中，反应分离罐自上至下设有持液段、填料段及分离段。本专利技术所述的烷基化反应工艺方法，其中，反应分离罐罐顶设有气相出口，并通过气相增压器与烷基化反应器进料口相连；持液段上部设有进料口与烷基化反应器的出料口相连，持液段内部设有中心升气管，持液段一侧中部和下部设有循环进口和循环出口，循环出口通过反应循环泵后分为两路，一路返回循环进口，另一路与烷基化反应器的进料口相连并提供循环液至烷基化反应器，持液段另一侧自底部起设有不同高度的出料孔，分别通过管路受阀控制并通往填料段上部的液体分布器。本专利技术所述的烷基化反应工艺方法，其中，烷基化反应器中原料与循环液的体积比为1：1～1：15。本专利技术所述的烷基化反应工艺方法，其中，填料段上部的液体分布器与填料之间设有旁通管路并与气液分离器入口相连，气液分离器气相出口连接液化系统，气液分离器液相出口与填料段下部的入口连通，填料段中部设有填料层。本专利技术所述的烷基化反应工艺方法，其中，分离段上部与填料段下部连通，分离段设有中心降液管，反应混合液通过重力沉降后烃酸分层积蓄在降液管外侧；分离段中部烃层设有液烃出口与聚结器相连，聚结器下部酸出口返回分离段下部酸层，聚结器上部烃出口将最终烃产物输出；分离段底部设有酸出口，将废酸排出或送回烷基化反应器进料口循环利用。本专利技术所述的烷基化反应工艺方法，其中，原料为丙烷、异丁烷和C3～C5烯烃的混合液，以及硫酸。本专利技术所述的烷基化反应工艺方法，其中，丙烷占混合液的体积浓度为0％～37％；异丁烷占混合液的体积浓度为50％～95％；酸与混合液的体积比为0.8：1～1.2：1。本专利技术所述的烷基化反应工艺方法，其中，丙烷占混合液的体积浓度为0％～15％。本专利技术所述的烷基化反应工艺方法，其中，烷基化反应器中反应温度为-10℃～30℃，反应压力为0.09MPa～1.0MPa。本专利技术所述的烷基化反应工艺方法，其中，持液段液体停留时间为0min～30min。本专利技术还提供一种用于完成上述烷基化反应工艺方法的烷基化反应系统，该烷基化反应系统主要包含进料系统、烷基化反应器、反应分离罐、气相增压器、气相分离器、聚结器、反应循环泵、液化系统、压力控制系统；进料系统与烷基化反应器进料口连通；；烷基化反应器的出料口与反应分离罐连接；反应分离罐的循环出口与烷基化反应器的进料口连通；液化系统与烷基化反应器的端盖进口、端盖出口以及进料系统均连通。本专利技术所述的烷基化反应系统，其中，反应系统数量为多个，且串联操作使用；串联操作是指将处于上一级反应分离罐中排出的硫酸不再返回本级的进料系统，而是作为下一级的硫酸原料。本专利技术所述的烷基化反应系统，其中，反应系统最后一级的反应分离罐底部的酸被排出体系，第一级产品烃的辛烷值最高，最后一级产品烃的辛烷值最低。本专利技术通过改进烷基化反应器，在原有定-转子反应器(ZL200410042631.6)的基础上进行结构改进，结合优化后的配套工艺系统组合及工艺参数，提出一种在离心力场及闪蒸条件下进行烷基化反应的系统装置及配套工艺方法，目的是为提高产品质量、增大反应通量的同时达到节能降耗的目的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种烷基化反应工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：将原料通过进料系统输入烷基化反应器，在定子及转子高速剪切扰动下，发生闪蒸，得到反应混合物；/n步骤2：将步骤1得到的反应混合物输入反应分离罐中，进行酸烃分离；/n步骤3：反应混合物中的气相产物经液化系统处理后返送回进料系统，分离得到的液烃送往聚结器进行进一步纯化分离，得到烷基化反应产品，分离得到的酸返送回烷基化反应器或外排；/n其中，所述烷基化反应器的端盖分为上下双层空腔结构，换热介质输入端盖上层空腔，后进入定子；定子固定于端盖内侧，且为套管结构，其内管与端盖上层空腔连通，外管与端盖下层空腔连通；换热介质由定子的内管流至外管再输入端盖下层空腔，用以维持反应体系的低温环境。/n

【技术特征摘要】
1.一种烷基化反应工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将原料通过进料系统输入烷基化反应器，在定子及转子高速剪切扰动下，发生闪蒸，得到反应混合物；
步骤2：将步骤1得到的反应混合物输入反应分离罐中，进行酸烃分离；
步骤3：反应混合物中的气相产物经液化系统处理后返送回进料系统，分离得到的液烃送往聚结器进行进一步纯化分离，得到烷基化反应产品，分离得到的酸返送回烷基化反应器或外排；
其中，所述烷基化反应器的端盖分为上下双层空腔结构，换热介质输入端盖上层空腔，后进入定子；定子固定于端盖内侧，且为套管结构，其内管与端盖上层空腔连通，外管与端盖下层空腔连通；换热介质由定子的内管流至外管再输入端盖下层空腔，用以维持反应体系的低温环境。


2.根据权利要求1所述的烷基化反应工艺方法，其特征在于，所述烷基化反应器主要由端盖、壳体、定子、转子、传动系统及机械密封构成；所述壳体的底部与传动系统相连。


3.根据权利要求1所述的烷基化反应工艺方法，其特征在于，所述换热介质为液烃，液烃储存于液化系统，液化系统与烷基化反应器的端盖上层空腔连通，液化系统中的液烃，输入端盖的上层空腔，后进入定子，由定子的内管流至外管再输入端盖下层空腔，液烃在烷基化反应器的端盖内发生闪蒸，用以维持反应体系的低温环境，液烃闪蒸后的气液混合物排出端盖并返回至液化系统。


4.根据权利要求1所述的烷基化反应工艺方法，其特征在于，所述换热介质为冷媒，冷媒输入端盖的上层空腔，后进入定子，由定子的内管流至外管再输入端盖下层空腔，用以维持反应体系的低温环境。


5.根据权利要求2所述的烷基化反应工艺方法，其特征在于，所述定子成圆周均匀分布于端盖内侧；所述转子由转子座与多层同心环或均布在多层同心圆上的柱销构成，同心环在圆周上设有流体通道，转子座与传动系统的转轴相连；所述定子与转子位置相对，且错位布置。


6.根据权利要求1所述的烷基化反应工艺方法，其特征在于，所述反应分离罐自上至下设有持液段、填料段及分离段。


7.根据权利要求6所述的烷基化反应工艺方法，其特征在于，所述反应分离罐罐顶设有气相出口，并通过气相增压器与烷基化反应器进料口相连；持液段上部设有进料口与烷基化反应器的出料口相连，持液段内部设有中心升气管，持液段一侧中部和下部设有循环进口和循环出口，循环出口通过反应循环泵后分为两路，一路返回循环进口，另一路与烷基化反应器的进料口相连并提供循环液至烷基化反应器，持液段另一侧自底部起设有不同高度的出料孔，分别通过管路受阀控制并通往填料段上部的液体分布器。


8.根据权利要求7所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：高飞，宋云华，王若欣，周华群，李应文，何涛波，何盛宝，李玮，刘奕隆，时文，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11