一種強(qiáng)化傳質(zhì)的烷基化反應(yīng)器和烷基化工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種烷基化反應(yīng)器和烷基化反應(yīng)方法，具體地說(shuō)是一種采用異丁烷和 C3?C5烯烴催化烷基化反應(yīng)的烷基化反應(yīng)器和烷基化反應(yīng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，特別是交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，車輛尾氣的排放是空氣污染的主 要來(lái)源之一，提高汽油質(zhì)量是降低車輛尾氣污染的最主要途徑。異丁烷與C3?C5烯烴的 烷基化反應(yīng)得到的烷基化油，具有無(wú)硫、高辛烷值高、研究法辛烷值與馬達(dá)法辛烷值差值小 等特點(diǎn)，是高質(zhì)量清潔汽油的重要調(diào)和組分。
[0003] 烷基化反應(yīng)是石油煉制領(lǐng)域的傳統(tǒng)技術(shù)，主要有硫酸法烷基化技術(shù)和氫氟酸法烷 基化技術(shù)，在催化劑(硫酸或氫氟酸)的作用下，異丁烷與烯烴反應(yīng)得到異構(gòu)烷烴。硫酸法烷 基化和氫氟酸法烷基化相比，在工藝上各具特點(diǎn)，從基建投資、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品收率和產(chǎn)品 質(zhì)量等方面也都十分接近，因此這兩種方法能長(zhǎng)期共存，均被廣泛采用?？傮w來(lái)說(shuō)，從烷基 化裝置的數(shù)量和烷基油的產(chǎn)量來(lái)看，目前氫氟酸烷基化裝置占優(yōu)，但近年來(lái)隨著環(huán)保法規(guī) 要求的日益嚴(yán)格以及氫氟酸的劇毒特性原因，新建裝置多采用硫酸烷基化工藝。
[0004] 硫酸法烷基化技術(shù)中，反應(yīng)在相對(duì)較低的溫度下進(jìn)行，反應(yīng)裝置需要具有制冷功 能。氫氟酸法烷基化技術(shù)中，反應(yīng)溫度相對(duì)較高，一般采用水冷即可以滿足反應(yīng)要求。因此， 兩者的反應(yīng)器系統(tǒng)相差較大。傳統(tǒng)的硫酸法烷基化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)種類較多，目前使用較多的 有兩種，一種是階梯式硫酸烷基化反應(yīng)裝置，一種是Stratco式反應(yīng)器（即內(nèi)部設(shè)置取熱管 束的間接制冷反應(yīng)器)。
[0005] 階梯式硫酸烷基化裝置的反應(yīng)器一般由若干個(gè)反應(yīng)段組成，各反應(yīng)段間用溢流擋 板隔開，每一反應(yīng)段均設(shè)有攪拌器，反應(yīng)產(chǎn)物和硫酸最后進(jìn)入沉降段進(jìn)行分離，分離出來(lái)的 硫酸用循環(huán)泵送入反應(yīng)段重新使用。采用反應(yīng)物異丁烷自蒸發(fā)致冷，該反應(yīng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是 每個(gè)反應(yīng)段中的烷烯比高、動(dòng)力消耗小、不需另加制冷劑。但由于烷烴與烯烴沒(méi)有預(yù)先混 合，從而降低了烷基化油的質(zhì)量、增加了酸耗量。并且各反應(yīng)段之間相互影響，一個(gè)反應(yīng)段 操作不正常，整個(gè)反應(yīng)器都受到影響。
[0006] 內(nèi)部設(shè)置取熱管束的間接制冷反應(yīng)器的一種具體結(jié)構(gòu)是采用是臥式偏心反應(yīng)器， 反應(yīng)器的外殼是一個(gè)臥式的壓力容器，內(nèi)部裝有一個(gè)大功率的攪拌器、內(nèi)循環(huán)套筒以及取 熱管束，烴類原料由上下兩個(gè)進(jìn)料管進(jìn)入反應(yīng)器，在攪拌葉輪前匯合后向著葉輪噴入反應(yīng) 器，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的葉輪處在反應(yīng)器縮徑處，使反應(yīng)器內(nèi)部的物流由于葉輪吸力、管束阻力、線 速度差等而造成一些流液的空穴，從而使硫酸與烴類獲得比較好的分散和混合。酸烴乳液 在反應(yīng)器頭部再折返進(jìn)入套筒內(nèi)部，重新流向攪拌葉片，形成一個(gè)高速循環(huán)的物流。該反應(yīng) 器內(nèi)具有循環(huán)物料，部分物料的反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，副反應(yīng)會(huì)增加，酸耗較大，對(duì)產(chǎn)品辛烷值的 提_不利。
[0007] US7, 652, 187公開了一種C3-C5烯烴與異丁烷的硫酸烷基化反應(yīng)過(guò)程，取消傳統(tǒng) 的機(jī)械攪拌方式，采用噴射器對(duì)反應(yīng)物料進(jìn)行混合進(jìn)而進(jìn)行反應(yīng)，但硫酸烷基化反應(yīng)過(guò)程 中，硫酸與烴類物料的密度差較大，噴射混合方式的效果需進(jìn)一步提高。US5, 785, 933公開 了一種硫酸催化烷基化反應(yīng)器系統(tǒng)，反應(yīng)器內(nèi)部通過(guò)設(shè)置擋板和切向高置的多個(gè)注射管道 入口，使反應(yīng)物料在反應(yīng)器內(nèi)形成混合攪拌，進(jìn)而取消機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件。該技術(shù)利用靜態(tài)混合 器的原理設(shè)計(jì)了硫酸烷基化反應(yīng)器，但混合效果需要進(jìn)一步提高。
[0008]CN1907924A公開了一種離子液體催化反應(yīng)工藝及反應(yīng)裝置，烴類原料和離子液 體催化劑在旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，旋轉(zhuǎn)床設(shè)置在反應(yīng)器內(nèi)上部，反應(yīng)器下部為儲(chǔ)液罐， 反應(yīng)器中心設(shè)置攪拌裝置，儲(chǔ)液罐與料液循環(huán)泵連接構(gòu)成旋轉(zhuǎn)床循環(huán)反應(yīng)器。該反應(yīng)器不 適用于硫酸法烷基化反應(yīng)過(guò)程，因?yàn)椴捎玫膿Q熱方式是循環(huán)物料取熱方式，不適宜于放熱 較大的硫酸法烷基化反應(yīng)，反應(yīng)器下部的儲(chǔ)液罐和采用反應(yīng)物料循環(huán)操作方式會(huì)增加副反 應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種烷基化反應(yīng)器和烷基化工藝方法，提高催 化劑與烴類反應(yīng)原料的接觸效率，降低硫酸催化劑的酸耗，降低反應(yīng)溫度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
[0010] 本發(fā)明烷基化反應(yīng)器包括如下內(nèi)容，反應(yīng)器筒體，封頭，旋轉(zhuǎn)床，進(jìn)料管，進(jìn)料分布 管，出料口，循環(huán)冷卻氣入口，循環(huán)冷卻氣出口，循環(huán)冷卻氣制冷系統(tǒng)；反應(yīng)器筒體和封頭構(gòu) 成封閉反應(yīng)器殼體，旋轉(zhuǎn)床垂直設(shè)置在殼體內(nèi)中部，旋轉(zhuǎn)床通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動(dòng)裝置連接，旋 轉(zhuǎn)床中心為空筒結(jié)構(gòu)，進(jìn)料分布管設(shè)置在旋轉(zhuǎn)床中心的空筒結(jié)構(gòu)內(nèi)，進(jìn)料分布管與進(jìn)料管 連通，出料口設(shè)置在反應(yīng)器殼體下部；旋轉(zhuǎn)床上部與反應(yīng)器殼體之間設(shè)置密封構(gòu)件，旋轉(zhuǎn)床 上部與密封構(gòu)件之間為可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，旋轉(zhuǎn)床徑向外側(cè)設(shè)置翅片組件，翅片組件上端經(jīng)上循 環(huán)冷卻氣分布管與循環(huán)冷卻氣入口連通，翅片組件下端經(jīng)下循環(huán)冷卻氣分布管與循環(huán)冷卻 氣出口連通，翅片組件與密封構(gòu)件或反應(yīng)器筒體固定連接，翅片組件與旋轉(zhuǎn)床之間具有適 宜間隙；循環(huán)冷卻氣入口和循環(huán)冷卻氣出口設(shè)置在密封構(gòu)件下側(cè)的反應(yīng)器殼體上，循環(huán)冷 卻氣制冷系統(tǒng)設(shè)置在循環(huán)冷卻氣入口和循環(huán)冷卻氣出口之間，所述循環(huán)氣制冷系統(tǒng)包括熱 管換熱器，冷媒儲(chǔ)罐和冷媒壓縮機(jī)。
[0011] 本發(fā)明烷基化反應(yīng)器中，進(jìn)料管一端與進(jìn)料分布管連通，進(jìn)料管另一端與噴射式 混合器的出口連通；噴射式混合器包括對(duì)撞室和進(jìn)料噴射口，對(duì)撞室內(nèi)設(shè)置位置相對(duì)的兩 個(gè)進(jìn)料噴射口，兩個(gè)進(jìn)料噴射口之間形成噴射混合區(qū)，實(shí)現(xiàn)物料的預(yù)混合。
[0012] 本發(fā)明烷基化反應(yīng)器中，反應(yīng)器筒體優(yōu)選為圓柱形筒體，封頭包括上封頭和下封 頭，圓柱形反應(yīng)器優(yōu)選垂直設(shè)置；旋轉(zhuǎn)床優(yōu)選采用耐腐蝕框架和床層構(gòu)成，床層優(yōu)選采用耐 腐蝕金屬絲網(wǎng)或填料構(gòu)成；旋轉(zhuǎn)床外形優(yōu)選為圓柱筒形，旋轉(zhuǎn)床與反應(yīng)器殼體之間設(shè)置適 宜空隙，形成環(huán)狀空間；旋轉(zhuǎn)床中心為圓柱形空筒，進(jìn)料分布管設(shè)置在該圓柱形空筒中，進(jìn) 料分布管與旋轉(zhuǎn)床之間具有適宜空隙，形成環(huán)狀空間；進(jìn)料分布管上設(shè)置適宜的物料分布 孔，物料分布管的長(zhǎng)度與旋轉(zhuǎn)床的軸向長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)；旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)床一端固定板固定連接，旋 轉(zhuǎn)軸優(yōu)選垂直設(shè)置；旋轉(zhuǎn)軸通過(guò)封頭與反應(yīng)器外上部或下部設(shè)置的驅(qū)動(dòng)裝置連接，驅(qū)動(dòng)裝 置優(yōu)選設(shè)置在反應(yīng)器外下部。旋轉(zhuǎn)床的床層體積占旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器總?cè)莘e的35%?85%，優(yōu)選 為 50% ?75%。
[0013] 本發(fā)明烷基化反應(yīng)器中，循環(huán)冷卻氣在循環(huán)冷卻氣制冷系統(tǒng)和反應(yīng)器之前形成循 環(huán)，為反應(yīng)過(guò)程提供適宜的溫度環(huán)境。
[0014] 本發(fā)明烷基化反應(yīng)器中，所述翅片組件為中空結(jié)構(gòu)，所述翅片組件與旋轉(zhuǎn)床同軸 線設(shè)置，所述翅片組件沿反應(yīng)器圓周方向均勻設(shè)置4?20個(gè)，優(yōu)選6?10個(gè)。翅片組件與 旋轉(zhuǎn)床之間的間隙距離為5mm?300mm，優(yōu)選10mm?100mm。
[0015] 本發(fā)明烷基化反應(yīng)器中，熱管換熱器包括殼體，熱管元件，隔板，冷媒入口，冷媒出 口，氣體入口和氣體出口，其中，熱管元件和熱管換熱器軸線方向平行，隔板和熱管換熱器 軸線方向垂直，隔板將熱管換熱器分為彼此密封的上下兩部分。
[0016] 本發(fā)明烷基化反應(yīng)器中，冷媒入口設(shè)置在熱管換熱器殼體頂端，經(jīng)噴淋組件噴淋 在熱管換熱器上部，冷媒出口設(shè)置在隔板上部的換熱器殼體上，氣體入口和氣體出口分別 設(shè)置在隔板下部的換熱器殼體上，循環(huán)冷卻氣出口與氣體入口連接，循環(huán)冷卻氣入口與氣 體出口連接。
[0017] 本發(fā)明烷基化反應(yīng)器中，設(shè)置循環(huán)冷卻氣制冷系統(tǒng)，當(dāng)反應(yīng)過(guò)程需要加熱或冷卻 時(shí)，以循環(huán)冷卻氣作為冷熱源的載體，經(jīng)下部的循環(huán)冷卻氣分布管和循環(huán)冷卻氣出口排出 的循環(huán)冷卻氣經(jīng)熱管換熱器的氣體入口進(jìn)入熱管換熱器下部，冷媒儲(chǔ)罐中的冷媒經(jīng)冷媒入 口進(jìn)入熱管換熱器上部，與熱管元件進(jìn)行換熱，熱管元件與冷媒經(jīng)過(guò)換熱后，熱管元件溫度 降低，經(jīng)過(guò)與冷媒換熱后的熱管元件與熱管換熱器下部的循環(huán)冷卻氣進(jìn)行換熱，達(dá)到溫度 要求后，經(jīng)循環(huán)冷卻氣入口和上部的循環(huán)冷卻氣分布管進(jìn)入翅片管內(nèi)，翅片內(nèi)充滿低溫氣 體，反應(yīng)物料接觸到翅片時(shí)迅速降溫，完成對(duì)反應(yīng)溫度的調(diào)節(jié)；與熱管元件換熱后的冷媒經(jīng) 冷媒出口，并經(jīng)冷媒壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入冷媒儲(chǔ)罐。冷媒儲(chǔ)罐內(nèi)采用的冷媒為液氨、干冰、低 溫鹽水、乙醇等。
[0018] 本發(fā)明烷基化反應(yīng)器中，