一種分段進料烷基化反應方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種烷基化反應方法，具體地說是一種采用異丁烷和C3?C5烯烴催 化烷基化反應的烷基化反應方法。
【背景技術】
[0002] 隨著經(jīng)濟發(fā)展，特別是交通運輸業(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 烷基化反應得到的烷基化油，具有無硫、高辛烷值高、研究法辛烷值與馬達法辛烷值差值小 等特點，是高質(zhì)量清潔汽油的重要調(diào)和組分。
[0003] 烷基化反應是石油煉制領域的傳統(tǒng)技術，主要有硫酸法烷基化技術和氫氟酸法烷 基化技術，在催化劑(硫酸或氫氟酸)的作用下，異丁烷與烯烴反應得到異構烷烴。硫酸法烷 基化和氫氟酸法烷基化相比，在工藝上各具特點，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期共存，均被廣泛采用?？傮w來說，從烷基 化裝置的數(shù)量和烷基油的產(chǎn)量來看，目前氫氟酸烷基化裝置占優(yōu)，但近年來隨著環(huán)保法規(guī) 要求的日益嚴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] 硫酸法烷基化技術中，反應在相對較低的溫度下進行，反應裝置需要具有制冷功 能。氫氟酸法烷基化技術中，反應溫度相對較高，一般采用水冷即可以滿足反應要求。因此， 兩者的反應器系統(tǒng)相差較大。傳統(tǒng)的硫酸法烷基化反應器結構種類較多，目前使用較多的 有兩種，一種是階梯式硫酸烷基化反應裝置，一種是Stratco式反應器（即內(nèi)部設置取熱管 束的間接制冷反應器)。
[0005] 階梯式硫酸烷基化裝置的反應器一般由若干個反應段組成，各反應段間用溢流擋 板隔開，每一反應段均設有攪拌器，反應產(chǎn)物和硫酸最后進入沉降段進行分離，分離出來的 硫酸用循環(huán)泵送入反應段重新使用。采用反應物異丁烷自蒸發(fā)致冷，該反應系統(tǒng)的優(yōu)點是 每個反應段中的烷烯比高、動力消耗小、不需另加制冷劑。但由于烷烴與烯烴沒有預先混 合，從而降低了烷基化油的質(zhì)量、增加了酸耗量。并且各反應段之間相互影響，一個反應段 操作不正常，整個反應器都受到影響。
[0006] 內(nèi)部設置取熱管束的間接制冷反應器的一種具體結構是采用是臥式偏心反應器， 反應器的外殼是一個臥式的壓力容器，內(nèi)部裝有一個大功率的攪拌器、內(nèi)循環(huán)套筒以及取 熱管束，烴類原料由上下兩個進料管進入反應器，在攪拌葉輪前匯合后向著葉輪噴入反應 器，高速運轉(zhuǎn)的葉輪處在反應器縮徑處，使反應器內(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 在反應器頭部再折返進入套筒內(nèi)部，重新流向攪拌葉片，形成一個高速循環(huán)的物流。該反應 器內(nèi)具有循環(huán)物料，部分物料的反應時間較長，副反應會增加，酸耗較大，對產(chǎn)品辛烷值的 提1?不利。
[0007] 公開了一種C3-C5烯烴與異丁烷的硫酸烷基化反應過程，取消傳統(tǒng)的機械攪拌方 式，采用噴射器對反應物料進行混合進而進行反應，但硫酸烷基化反應過程中，硫酸與烴類 物料的密度差較大，噴射混合方式的效果需進一步提高。US5, 785, 933公開了一種硫酸催化 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，使反應物 料在反應器內(nèi)形成混合攪拌，進而取消機械運動部件。該技術利用靜態(tài)混合器的原理設計 了硫酸烷基化反應器，但混合效果需要進一步提高。
[0008] CN1907924A公開了一種離子液體催化反應工藝及反應裝置，烴類原料和離子液 體催化劑在旋轉(zhuǎn)床反應器中進行反應，旋轉(zhuǎn)床設置在反應器內(nèi)上部，反應器下部為儲液罐， 反應器中心設置攪拌裝置，儲液罐與料液循環(huán)泵連接構成旋轉(zhuǎn)床循環(huán)反應器。該反應器不 適用于硫酸法烷基化反應過程，因為采用的換熱方式是循環(huán)物料取熱方式，不適宜于放熱 較大的硫酸法烷基化反應，反應器下部的儲液罐和采用反應物料循環(huán)操作方式會增加副反 應。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種分段進料的烷基化反應方法，提高催化劑 與烴類反應原料的接觸效率，降低硫酸催化劑的酸耗，降低反應溫度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
[0010] 一種烷基化反應方法，包括如下步驟： (1) 濃硫酸和異丁烷進入膠體磨，充分混合形成乳化液； (2) 步驟（1)得到的乳化液與包含C3?C5烯烴和異丁烷的混合烴進入烷基化反應器 進行反應； 其中，步驟（2)所述烷基化反應器包括反應器筒體，封頭，旋轉(zhuǎn)床，進料管，進料分布管， 出料口，循環(huán)冷卻氣入口，循環(huán)冷卻氣出口，循環(huán)氣制冷系統(tǒng)；反應器筒體和封頭構成封閉 反應器殼體，旋轉(zhuǎn)床垂直設置在殼體內(nèi)中部，旋轉(zhuǎn)床通過旋轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動裝置連接，旋轉(zhuǎn)床中 心為空筒結構，進料分布管設置在旋轉(zhuǎn)床中心的空筒結構內(nèi)，進料分布管與進料管連通，出 料口設置在反應器殼體下部；旋轉(zhuǎn)床上部與反應器殼體之間設置密封構件，旋轉(zhuǎn)床上部與 密封構件之間為可轉(zhuǎn)動連接，循環(huán)冷卻氣入口和循環(huán)冷卻氣出口分別設置在密封構件上側 和下側的反應器殼體上，循環(huán)氣制冷系統(tǒng)設置在循環(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，冷媒儲罐和冷媒壓縮機。
[0011] 本發(fā)明烷基化反應器中，進料管一端與進料分布管連通，進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撞室和進料噴射口，對撞室內(nèi)設置位置相對的兩 個進料噴射口，兩個進料噴射口之間形成噴射混合區(qū)，實現(xiàn)物料的預混合。
[0012] 本發(fā)明烷基化反應器中，反應器筒體優(yōu)選為圓柱形筒體，封頭包括上封頭和下封 頭，圓柱形反應器優(yōu)選垂直設置；旋轉(zhuǎn)床優(yōu)選采用耐腐蝕框架和床層構成，床層優(yōu)選采用耐 腐蝕金屬絲網(wǎng)或填料構成；旋轉(zhuǎn)床外形優(yōu)選為圓柱筒形，旋轉(zhuǎn)床與反應器殼體之間設置適 宜空隙，形成環(huán)狀空間；旋轉(zhuǎn)床中心為圓柱形空筒，進料分布管設置在該圓柱形空筒中，進 料分布管與旋轉(zhuǎn)床之間具有適宜空隙，形成環(huán)狀空間；進料分布管上設置適宜的物料分布 孔，物料分布管的長度與旋轉(zhuǎn)床的軸向長度對應；旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)床一端固定板固定連接，旋 轉(zhuǎn)軸優(yōu)選垂直設置；旋轉(zhuǎn)軸通過封頭與反應器外上部或下部設置的驅(qū)動裝置連接，驅(qū)動裝 置優(yōu)選設置在反應器外下部。旋轉(zhuǎn)床的床層體積占旋轉(zhuǎn)床反應器總容積的35%?85%，優(yōu)選 為 50% ?75%。
[0013] 本發(fā)明烷基化反應器中，循環(huán)冷卻氣入口和循環(huán)冷卻氣出口之間設置循環(huán)氣制冷 系統(tǒng)；制冷系統(tǒng)設置在反應器外部，也可以設置在反應器內(nèi)部，優(yōu)選為前者；循環(huán)冷卻氣在 制冷系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)床之前形成循環(huán)，為反應過程提供適宜的溫度環(huán)境；循環(huán)冷卻氣入口和循 環(huán)冷卻氣出口設置位置為以下兩種之一 ：（1)以旋轉(zhuǎn)床上部與反應器殼體之間設置的密封 構件為界，循環(huán)冷卻氣入口設置在密封構件上部的殼體上，循環(huán)冷卻氣出口設置在密封構 件下部的殼體上；（2)以旋轉(zhuǎn)床上部與反應器殼體之間設置的密封構件為界，循環(huán)冷卻氣 入口設置在密封構件下部的殼體上，循環(huán)冷卻氣出口設置在密封構件上部的殼體上。采用 上述方式（1)時，循環(huán)冷卻氣與反應物料同向穿過旋轉(zhuǎn)床，由于旋轉(zhuǎn)床對氣體具有抽吸作 用，因此，可以不設置循環(huán)冷卻氣輸送動力裝置，或者設置功率較小的循環(huán)冷卻氣輸送動力 裝置；采用上述方式（2)時，循環(huán)冷卻氣與反應物料反向穿過旋轉(zhuǎn)床，需要設置循環(huán)冷卻氣 輸送動力裝置。因此，優(yōu)選上述方式（1)。
[0014] 本發(fā)明烷基化反應器中，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。
[0015] 本發(fā)明烷基化反應器中，冷媒入口設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。
[0016] 本發(fā)明烷基化反應器中，設置循環(huán)冷卻氣制冷系統(tǒng)，利用旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)動形成的微負 壓，推動循環(huán)冷卻氣相實現(xiàn)自床層中心向外側的流動，當反應過程需要加熱或冷卻時，以循 環(huán)冷卻氣作為冷熱源的載