本實用新型屬于石油化工領(lǐng)域，具體地涉及一種烷基化反應器，特別涉及用硫酸做催化劑的C4烷烴烷基化反應器。

背景技術(shù)：

烷基化反應是石油煉制工業(yè)的重要過程之一，目前，國際上成熟的烷基化技術(shù)有：硫酸法和氫氟酸法兩種，即在硫酸和氫氟酸催化劑的作用下，異丁烷與丁烯反應得到烷基化油。由于硫酸的腐蝕性及對環(huán)境的影響要比氫氟酸小，因此硫酸法更有優(yōu)勢。

目前硫酸烷基化技術(shù)基本上為國外壟斷，使用最廣泛的美國DUPONT公司硫酸烷基化技術(shù)，該技術(shù)使用STRATCD反應器為臥式偏心接觸反應器，其內(nèi)部設有攪拌葉輪、循環(huán)套筒和U形冷卻管，循環(huán)套筒和冷卻管束平行于反應器壁。酸和烴在接觸反應器內(nèi)循環(huán)，靠葉輪強烈的剪切產(chǎn)生高度的湍流混合，通過與冷卻管束的熱交換移走反應熱。該反應器的反應溫度一般為6～10℃。CDTECH公司開發(fā)的 CDAlky硫酸烷基化工藝使用的是裝填專用填料的單臺立式塔設備，填料可確保酸和烴之間實現(xiàn)良好的接觸，不需要高能耗攪拌器。同時該反應器采用泡點進料，通過反應器內(nèi)異丁烷的氣化移走反應熱。這兩種反應器都為目前成熟的專利設備，在國內(nèi)外有廣泛的應用。

美國專利US5443799公開了一種烷基化反應器，該反應器分為預混合區(qū)和反應區(qū)。在預混合區(qū)，異丁烷由噴嘴噴出與硫酸混合形成乳化液。在反應區(qū)，噴射的烯烴與來自預混合區(qū)的混合物流進入反應區(qū)后，由于反應區(qū)的體積驟然增大，混合物中的烴組份氣化，絕熱膨脹吸收烷基化反應放出的熱量。該工藝的反應溫度在8～20℃之間，溫度偏高。

美國專利US5785933公開了一種硫酸作為催化劑的烷基化反應器系統(tǒng)，反應器內(nèi)部通過設置擋板和切向高置的多個注射管道入口，使烴類和酸催化劑在反應器內(nèi)形成混合攪拌，從而取消機械運動部件。該技術(shù)利用靜態(tài)混合器的原理設計了硫酸催化烷基化反應器，但是混合效果需要進一步提高。

中國專利CN101104570A公開了一種烷基化反應器，反應器內(nèi)部是一個由分散混合器組成的靜態(tài)混合體系。分散混合器包含金屬絲網(wǎng)和含有空隙空間大于 50％體積的規(guī)整填料。反應物依靠填料的自身壓降使烴類氣化維持反應溫度。該專利與US5785933類似，都是采用靜態(tài)混合器的原理使得硫酸和烴類混合。

專利CN105400544A公開了一種多級循環(huán)流反應器，該反應器包括殼體、導流筒、內(nèi)套筒、油酸分離段、內(nèi)套筒規(guī)整填料和液烴分布器，由于引入了氣相 C4，反應器的結(jié)構(gòu)使得內(nèi)套筒內(nèi)的氣相C4烴含量遠遠大于內(nèi)套筒和殼體間的氣相含量，在內(nèi)套筒內(nèi)外形成壓力差，使得濃硫酸和液相反應物料隨著氣相C4在內(nèi)套筒內(nèi)向上運動，在內(nèi)套筒與殼體之間向下流通，形成內(nèi)部循環(huán)流。該反應器采用C4蒸發(fā)的形式移除反應熱，反應溫度為5～13℃，反應壓力為1.1～2.0bar。

雖然DUPONT硫酸烷基化技術(shù)和CDAlky硫酸烷基化工藝都是目前生產(chǎn)烷基化油的工藝技術(shù)，但STRATCD反應器和裝填專用填料的單臺立式塔設備分別屬于 DUPONT公司和CDTECH公司的專利設備，國內(nèi)企業(yè)使用這些反應器需要支付一定的專利費用。另外DUPONT硫酸烷基化技術(shù)采用STRATCD反應器需要使用高耗能的電機來攪拌，從而達到酸烴充分混合的目的，因此該設備的能耗很高；CDAlky 硫酸烷基化工藝使用的裝填專用填料的單臺立式塔設備采用專用的填料，造價非常高。一種多級循環(huán)流反應器與上述兩種反應器相比具有低能耗，低造價的優(yōu)點，同時和CDAlky硫酸烷基化工藝一樣，由于采用C4蒸發(fā)的形式移除反應熱，為了降低副反應必須在較低的壓力下進行，導致反應器單位截面積的處理量較低，壓縮機壓縮烴類氣體的能耗較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種立式烷基化反應器，該反應器可以使反應烴和催化劑硫酸充分接觸，混合均勻，提供較大的液液接觸面積，達到高的轉(zhuǎn)化率。該反應器具有能耗低，反應器單位截面積處理量大，酸耗低，液-液接觸面積大，轉(zhuǎn)化率高等特點。

本實用新型在CN105400544A公開的多級循環(huán)流反應器的基礎(chǔ)上提供一種立式烷基化反應器，其主要結(jié)構(gòu)為殼體、導流筒、內(nèi)套筒、內(nèi)套筒規(guī)整填料、硫酸分布器、液烴分布器、氣相C4分布器和冷卻盤管。

本實用新型的技術(shù)方案如下：

一種立式烷基化反應器，包括殼體2、導流筒3、內(nèi)套筒4、規(guī)整填料5、硫酸分布器6、液烴分布器7、氣相C4分布器8和冷卻盤管9；殼體下封頭18 的底部設置酸出口10，殼體上封頭19的上部設置氣體出口17；在殼體2的下部設置有氣相C4分布器8，與氣相C4進口11位相連；氣相C4分布器8上面依次設置有至少2級的導流筒3和內(nèi)套筒4，內(nèi)套筒4內(nèi)部僅設置規(guī)整填料5，在最下面的內(nèi)套筒4內(nèi)部設置有液烴分布器7和規(guī)整填料5，液烴分布器7與液烴進口12相連；殼體2上部設有硫酸分布器6，與酸進口13連接；殼體頂部設置液相出口16；冷卻盤管9并聯(lián)或串聯(lián)布置在導流筒3和內(nèi)套筒4之間。

所述的冷卻盤管并聯(lián)設置，冷卻盤管9并排布置在導流筒3和內(nèi)套筒4之間；每層的冷卻盤管9單獨設置冷卻劑進口和出口。

所述的冷卻盤管串聯(lián)設置，冷卻盤管的一端連接在殼體底部的冷卻劑進口 14上，從底部的導流筒3開始螺旋上升，穿過內(nèi)套筒4內(nèi)部的規(guī)整填料5，規(guī)整填料5需要為盤管開孔，進入上部的導流筒3并螺旋上升，直到最上面的導流筒 3上為止，連接到殼體2上的冷卻劑出口。

所述的導流筒3為圓臺式結(jié)構(gòu)，圓臺母線與底面的夾角α為45°～60°，上下底面的直徑比d/D為0.3～0.6，根據(jù)反應器的尺寸確定下底面與殼體的間隙σ和高度H的大小推薦的σ為5～30mm，H為50～300mm。

所述的內(nèi)套筒4截面積與殼體截面積的比值為0.25～0.75，高徑比為5～20，數(shù)量在2～10個之間，導流筒3和內(nèi)套筒4間隔布置，導流筒3的個數(shù)為內(nèi)套筒 4個數(shù)加1。

所述的內(nèi)套筒4內(nèi)部放置多段規(guī)整填料5，規(guī)整填料5的高度是內(nèi)套筒4高度的0.05～0.2倍，相鄰兩塊規(guī)整填料交錯90°放置。

所述的液烴分布器7采用蓮蓬式液體分布器，蓮蓬頭向上開有φ3～φ6的小孔，開孔率在20％～60％。

所述的氣相C4分布器8采用金屬燒結(jié)制成的多孔性爆氣頭，孔徑在1μm～ 100μm之間。

所述的硫酸分布器6采用排管式液體分布器，排管向下開有φ3～φ6的小孔，每平方米反應器殼體截面設有100～600個孔。

所述的冷卻盤管9的管徑在DN15～DN20，冷卻盤管9可以并聯(lián)或串聯(lián)布置在導流筒3和內(nèi)套筒4之間。當冷卻盤管為串聯(lián)設置時，規(guī)整填料5需要為盤管開孔，見附圖4。

本實用新型提出的反應器適用于烷基化反應，特別適用于硫酸為催化劑的 C4烷基化制烷基化油的反應。該反應器具有能耗低，反應器單位截面積處理量大，酸耗低，液-液接觸面積大，轉(zhuǎn)化率高等特點。

附圖說明

圖1是本實用新型立式烷基化反應器結(jié)構(gòu)圖A

圖2是本實用新型立式烷基化反應器結(jié)構(gòu)圖B。

圖3是導流筒立面剖視圖。

圖4是規(guī)整填料開孔俯視圖。

圖5是本實用新型立式烷基化反應器在烷基化工藝中的工藝流程圖

其中：1-立式烷基化反應器；2-殼體；3-導流筒；4-內(nèi)套筒；5-規(guī)整填料；6-硫酸分布器；7-液烴分布器；8-氣相C4分布器；9-冷卻盤管；10-酸出口；11-氣相 C4進口；12-液烴進口；13-酸進口；14-冷卻劑進口；15-冷卻劑出口；16-液相出口；17-氣相出口18-殼體下封頭；19-殼體上封頭；20-壓縮機；21-閃蒸罐；22- 酸沉降罐；23-酸循環(huán)泵。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖進行詳細說明：

如圖1和圖2，本實用新型中一種立式烷基化反應器1，包括殼體2、導流筒3、內(nèi)套筒4、規(guī)整填料5、硫酸分布器6、液烴分布器7、氣相C4分布器8 和冷卻盤管9組成。

結(jié)合附圖1和圖2所示，殼體下封頭18的底部設置酸出口10，殼體上封頭 19的上部設置氣體出口17；氣相C4進口11位于殼體2的下部，并與氣相C4 分布器8相連；氣相C4進口11上面是導流筒3和內(nèi)套筒4，內(nèi)套筒4內(nèi)部放置規(guī)整填料5，殼體2中下部設有液烴進口12，液烴進口12在內(nèi)套筒4內(nèi)部與液烴分布器7相連；殼體2上部設有酸進口13，并與硫酸分布器6相連；在導流筒3和內(nèi)套筒4內(nèi)部設置用于移除反應熱的冷卻盤管9；殼體頂部設置液相出口16。

如圖3所述的導流筒3為圓臺式結(jié)構(gòu)，圓臺母線與底面的夾角α為45°～ 60°，上下底面的直徑比d/D為0.3～0.6，下底面與殼體的間隙σ為5～30mm，高度H為50～300mm，優(yōu)選100～200mm。

所述的內(nèi)套筒4截面積與殼體截面積的比值為0.25～0.75，高徑比為5～20，優(yōu)選10～15，數(shù)量在2～10個之間，優(yōu)選3～6個，導流筒4的個數(shù)為內(nèi)套筒個數(shù)3加1，導流筒3和內(nèi)套筒4間隔放置。

所述的內(nèi)套筒4內(nèi)部放置多段規(guī)整填料5，規(guī)整填料5的高度是內(nèi)套筒高度的0.05～0.2倍，相鄰兩塊規(guī)整填料交錯90°放置。

所述的液烴分布器7采用蓮蓬式液體分布器，蓮蓬頭向上開有φ3～φ6的小孔，開孔率在20％～60％。

所述的氣相C4分布器8采用金屬燒結(jié)制成的多孔性爆氣頭，孔徑在1μm～ 100μm之間，優(yōu)選20μm～50μm。

所述的硫酸分布器6采用排管式液體分布器，排管向下開有φ3～φ6的小孔，每平方米反應器殼體截面設有100～600個孔。

所述的冷卻盤管9的管徑在DN15～DN20，如圖1所示冷卻盤管9并聯(lián)布置在導流筒3和內(nèi)套筒4之間，如圖2所述冷卻盤管9串聯(lián)設置在導流筒3和內(nèi)套筒4內(nèi)部，此時規(guī)整填料5需要為盤管開孔，見附圖4。

如圖5所示，本實用新型一種立式烷基化反應器在烷基化工藝中的工藝流程圖，C4烷烴和C4烯烴按比例混合進入反應器中下部，在濃硫酸的催化作用下，操作溫度為-3～10℃，操作壓力為0.3～0.7MPa，實現(xiàn)烷基化反應，液烴進料的烷烯比為5～20，酸烴比為0.5～2。

下面結(jié)合圖5進一步說明立式烷基化反應器的使用方法。

C4烷烴和C4烯烴以一定的比例一起進入液烴進料口12，液烴經(jīng)過液烴分布器7進行分布；氣相C4經(jīng)過氣相C4進口11，在氣相C4分布器8內(nèi)分布；催化劑濃硫酸由酸進口13進入反應器并在酸分布器6內(nèi)分布；從氣相C4分布器8 出來的氣相C4向上運動是，在導流筒3的作用下聚集在殼體橫截面的中心區(qū)域，保證氣相C4大部分都進入內(nèi)套筒4的內(nèi)部；由于氣相C4大部分都存在于內(nèi)套筒 4的內(nèi)部，內(nèi)套筒4內(nèi)外空間的氣含率不同，導致內(nèi)套筒4與殼體2之間的硫酸和液烴向內(nèi)套筒4內(nèi)部運動，即內(nèi)部環(huán)流，這樣增加液烴和硫酸的接觸，增大反應時間，在內(nèi)套筒4內(nèi)氣體攜帶液烴和硫酸向上運動，被規(guī)整填料5切割、分散，使得硫酸和液烴充分接觸混合均勻，實現(xiàn)烷基化反應，生產(chǎn)烷基化油，產(chǎn)生的反應熱由冷卻盤管9攜帶出反應器；氣相C4繼續(xù)向上運動從氣相C4出口17進入壓縮機20，反應器底部酸出口10采出的酸和液相出口16采出的液相進入酸沉降罐22，酸沉降罐下層為酸相經(jīng)過酸循環(huán)泵23返回至酸進口13，一部分作為廢酸采出，酸沉降罐的上層油相進入閃蒸罐21，閃蒸罐21閃蒸出的氣相進入壓縮機20，與塔頂氣相C4一起壓縮后進入后續(xù)單元，閃蒸罐21液相進入脫異丁烷塔等后續(xù)單元直至得到烷基化產(chǎn)品。

實施例1～3具體操作參數(shù)見表1。

以上所述實例僅是充分說明本實用新型而所舉的較佳的實施例，本實用新型的保護范圍不限于此。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。本實用新型的保護范圍以權(quán)利要求書為準。