CN101244972B - 一种以离子液体为催化剂的烷基化反应方法及反应器 - Google Patents

一种以离子液体为催化剂的烷基化反应方法及反应器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种以离子液体为催化剂的烷基化反应方法及反应器。反应器包括：反应器，设置多个物料进口和一个物料出口，物料出口与分离罐连接；分离罐，其上设有入口和出口，入口与反应器的物料出口连接，出口经循环泵与反应器的物料入口连接；循环泵，设在分离罐和反应器之间的循环回路或反应器本体上，使物料进行循环反应；冷却器，设在分离罐和管式反应器之间的循环回路或反应器本体上，取走反应过程产生的热量。反应方法包括：将初始物料液态异丁烷和液态烯烃原料以及离子液体催化剂按比例投入权利要求1所述的反应器，在所述的反应器内进行烷基化反应。所述反应器降低了进料反应时循环异丁烷的流量，可降低能耗并更有效抑制不利的副反应。

Description

一种以离子液体为催化剂的烷基化反应方法及反应器
技术领域
本发明涉及一种烷基化反应方法和反应器，特别是涉及用离子液体作为催化剂的烷基化反应方法及反应器，属于石油化工领域。
背景技术
由异丁烷和烯烃烷基化反应得到的烷基化汽油是一种高辛烷值的产品，尤其是高马达法辛烷值。烷基化汽油硫含量、烯烃含量极低，无苯和芳烃，是优良的汽油调合组分。目前工业上异丁烷和烯烃烷基化反应所采用的催化剂主要为浓硫酸或氢氟酸等液体强酸。这些强酸具有腐蚀性强、生产操作困难、产物后处理麻烦，废酸的处理易造成严重的环境污染。
离子液体是一种在室温下以液体形式存在的盐，它具有许多特殊的性质，如饱和蒸气压极低，能溶解许多有机物和无机物，近年来将其作为催化剂应用于烷基化反应中有许多专利提出。
US20060264642公开了一种离子液体的制备，但没有提及应用，更没有提及应用于烷基化反应中及所用的反应器。CN1500764A公开了一种复合离子液体的制备，并将其应用于烷基化反应，但选用的反应器为常规高压釜，缺少工业应用价值。CN1432627A公开了一种应用于烷基化反应的离子液体催化剂，但选用的反应器也为常规的高压釜。CN1184284C、CN1203032C和CN1836780A等专利均公开了一种应用于烷基化反应的离子液体催化剂，但未涉及反应器的选用。CN1907924A公开了离子液体催化烷基化反应中的反应器装置，该反应器为一旋转床反应器，旋转床中转子速度为100～2500rpm，物料在反应器中的平均停留时间控制在运1～10min，反应器构造较为复杂。
从上述对现有烷基化反应方法和离子液体介绍中，发明人认为上述离子液体烷基化技术存在反应器多采用常规的高压釜或反应器的结构过于复杂，使反应效率低，导致其缺少工业应用价值。
发明内容
本发明提供了一种以离子液体为催化剂的烷基化反应方法及反应器，该反应方法利用管式反应器，降低进料反应时异丁烷的循环量，保证了反应后产品具有高辛烷值，同时降低装置的能耗。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明实施方式提供了一种以离子液体为催化剂的烷基化反应使用的反应器，包括：
反应器，设置多个物料进口和一个物料出口，物料出口与分离罐连接；
分离罐，其上设有入口和出口，入口与反应器的物料出口连接，出口经循环泵与反应器的物料入口连接；
循环泵，设在分离罐和反应器之间的循环回路或反应器本体上，使物料进行循环反应；
冷却器，设在分离罐和反应器之间的循环回路或反应器本体上，取走反应过程产生的热量。
所述反应器包括：一个或多个直管式反应器。
所述的多个直管式反应器采用串联、并联或串、并联混合的方式连接成一个整体反应器。
所述的反应器包括：环状管式反应器；或者，所述的反应器采用环状管式反应器时，循环泵设置在环状管式反应器的本体上。
所述的反应器内设有混合装置。
本发明实施方式提供了一种以离子液体为催化剂的烷基化反应方法，包括：将初始物料液态异丁烷和液态烯烃原料以及离子液体催化剂按比例投入上述权利要求1所述的反应器，在所述的反应器内进行烷基化反应。
所述方法进一步包括：所述初始物料液态异丁烷与液态烯烃原料的烷/烯摩尔比为2∶1～15∶1，反应过程中保持反应物料中总的烷/烯摩尔比为50∶1～200∶1，所述反应器进料中离子液体与烷烯烃的体积比控制在0.5∶1～2.0∶1，反应温度为5℃～30℃，反应压力为0.2MPa～1.2MPa，物料在所述反应器内的停留时间控制在1～55秒，所述的初始物料中的液态烯烃包括：丙烯、丁烯、戊烯或它们的混合物。
所述物料在反应器内采用循环反应方式进行反应，循环反应时保持总的反应物料中烷/烯摩尔比为50∶1～200∶1。
所述循环反应方式采用内循环，反应后的部分物料从反应器引出，其余循环回反应器继续与新鲜的反应物料混合并反应。
循环反应方式采用外循环，反应后的全部物料从反应器引出，分离离子液体和反应物料，将离子液体循环回反应器，反应产物分出一部分进后续部分，其余循环与新鲜的反应物料混合，进入反应器继续反应。
由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施方式的反应器采用管式结构和循环泵的设置反应后的物料再进行循环反应，抑制副反应的进行，从而在保证反应后产品具有高辛烷值的前提下降低了进入物料中的异丁烷的循环量，降低装置的能耗，具有很强的工业实用性。
附图说明
图1为本发明实施例的反应器的结构示意图；
图2为本发明另一实施例的反应器的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种以离子液体为催化剂的烷基化反应方法及反应器，其中反应器采用管式结构，并通过分离罐和循环泵，使所反应的物料形成循环反应，并通过设置的换热器将反应过程中的热量取走，其结构简单，可充分抑制副反应的进行。以离子液体作为催化剂使液态异丁烷和液态烯烃原料在所述的反应器中进行反应，并使未反应的异丁烷循环，在保证了高辛烷值的前提下同时降低异丁烷的循环量，从而降低能耗。
上述的物料循环方式可采用外循环，也可采用内循环。所指外循环，即：反应后的全部物料从反应器引出，分离离子液体和反应物料，将离子液体循环回反应器，反应产物分出一部分进后续部分，其余循环与新鲜的反应物料混合，进入反应器继续反应。所指内循环，即：管式反应器为环状结构，在反应器上可有1～50个进料口，在环状反应器结构中有换热器冷却以取走反应热，有循环泵将反应物料和离子液体循环，形成内循环。
上述本发明提供的烷基化反应方法具体是：液相的反应原料和离子液体催化剂按比例进入管式反应器，其中离子液体催化剂可以为CN1203032C和CN1836780A中公开的离子液体催化剂，反应器内可以设置混合内构件作为混合装置，如搅拌装置等，使反应物料与离子液体充分混合，进料中离子液体与烷烯烃的体积比控制在0.5∶1～2.0∶1，最佳为1.0∶1～15∶1，要保持离子液体为连续相；反应过程中要保持反应物料中总的烷/烯摩尔比为50∶1～200∶1，最佳为80∶1～150∶1，使反应中副反应减少到最低程度，使产品有高的辛烷值和安定性；反应温度为5℃～30℃，最佳为10℃～25℃，既要使流体保持好的流动状态和高的反应速度，又要使产品有高的辛烷值；反应压力为0.20Pa～1.2MPa，要保持反应物料为液相。物料在管式反应器中停留时间控制在1～55秒，反应后第一步将产品和未反应烃类与离子液体分离，第二步再将产品与未反应短类分离。物料在管式反应器中停留时间控制在1～55秒，反应后第一步将产品和未反应烃类与离子液体分离，第二步再将产品与未反应烃类分离。
为使反应物料中总的烷/烯摩尔比保持高的比值，本发明提出两种措施：一是采用循环反应方式，初始原料的烷/烯摩尔比为2∶1～15∶1(最佳为5∶1～10∶1)，反应后的部分物料或与离子液体分离或不分离，返回反应器与新鲜的反应物料混合和反应，返回的循环物料与新鲜原料的混合液中总的烷/烯摩尔比要保持50∶1～200∶1；二是将反应物料分成多股(1～50股)进入到反应器中，或将反应器分成多个(1～50个)，每个反应器有反应物料进入，这样可大幅度降低循环物料的循环量。
下面结合附图对本发明实施例的反应器进行具体说明。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供的一种以离子液体为催化剂的烷基化反应使用的反应器，具体包括：反应器、分离罐、循环泵、冷却器及连接管路构成：其中反应器2、4、6、8为多个，每个均采用直管型的管式反应器，每个管式反应器本体上设置多个物料进口和一个物料出口，多个管式反应器可采用串联、并联或两者混合的方式连接成一个整体的反应器，本实施例中采用串联的方式，即管式反应器2的物料出口连接到管式反应器4的一个物料入口上，管式反应器4、6、8也依此方式串联连接，管式反应器8的物料出口连接到分离罐13的入口上；
所述分离罐13上设有入口和出口，入口与管式反应器8的物料出口连接，出口为两个，一个出口经循环泵15与管式反应器2的循环用的物料入口连接；另一出口经循环泵11及冷却器10与管式反应器2的另一个循环用的物料入口连接；
其中，循环泵可以使分离罐中的反应后物料再回到管式反应器中进行循环反应；冷却器使反应后的物料经过时取走反应过程产生的热量。
新鲜原料1的烷/烯摩尔比为8∶1，温度为10℃，分成相等流量的4股物料，分别进入管式反应器2、4、6、8，在第一个反应器2还有循环的离子液体14和循环的反应物料12一起进入，使第一个反应器2入口处的总烷/烯摩尔比达到100∶1，离子液体与总反应物料之比为1.1，离子液体和反应物料在反应器2内停留时间5～15秒。
反应后物料3进入第二个反应器4，第二股新鲜反应物料同时进入反应器4，离子液体和反应物料在反应器4内停留时间5～15秒。反应后物料5进入第三个反应器6，第三股新鲜反应物料同时进入反应器6，离子液体和反应物料在反应器6内停留时间5～15秒。反应后物料7进入第四个反应器8，第四股新鲜反应物料同时进入反应器8，离子液体和反应物料在反应器8内停留时间15～20秒。
反应后物料9进入分离罐13，分离出的离子液体14经循环泵15循环回第一个反应器2。分离出的烃物料一部分物料16进入后续的分离系统，另一部分物料12经循环泵11升压输送，去冷却器10，冷至15℃以下返回到第一个反应器2。
实施例二
如图2所示，本发明实施例还提供了一种采用环状管式反应器2的反应器，在环状管式反应器2本体上设有多个物料入口和一个物料出口，循环泵和冷却器也设置在所述的环状管式反应器2本体上，分离罐7的一个物料出口通过循环泵9连接到环状管式反应器2上的一个循环用的物料入口上，分离罐7的另一个物料出口作为反应后产品的出口。
反应物料采用内循环方式进行烷基化反应方法，新鲜原料1的烷/烯摩尔比为8∶1，温度为10℃，分成相等流量的5股分别进入环状管式反应器2，循环的反应物料和离子液体在环状管式反应器2通过循环泵4不断循环，并通过冷却器3将反应热取走，并控制整个反应温度。反应物料的循环量保持反应器的任一新鲜原料入口总的烷/烯摩尔比达到100∶1以上，主要在第一个入口处。第五股物料进反应器反应至反应器出料的停留时间为15～20秒。反应后物料5进入分离罐7，分离出的离子液体8经循环泵9循环回环状反应器2，分离出的烃物料6进入后续的分离系统。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种以离子液体为催化剂的烷基化反应使用的反应器，其特征在于，包括：
反应器本体，设置多个物料进口和一个物料出口，物料出口与分离罐连接；所述反应器本体采用管式结构；
分离罐，其上设有入口和出口，入口与反应器本体的物料出口连接，出口经循环泵与反应器本体的物料入口连接；
循环泵，设在分离罐和反应器本体之间的循环回路或反应器本体上，使物料进行循环反应；
冷却器，设在分离罐和反应器本体之间的循环回路或反应器本体上，取走反应过程产生的热量。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器本体包括：一个或多个直管式反应器。
3.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于，所述的多个直管式反应器采用串联、并联或串、并联混合的方式连接成一个整体反应器。
4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述的反应器本体包括：环状管式反应器。
5.根据权利要求4所述的反应器，其特征在于，所述的反应器本体采用环状管式反应器时，循环泵设置在环状管式反应器的本体上。
6.根据权利要求1或2或5所述的反应器，其特征在于，所述的反应器本体内设有混合装置。
7.一种以离子液体为催化剂的烷基化反应方法，其特征在于，包括：将初始物料液态异丁烷和液态烯烃原料以及离子液体催化剂按比例投入上述权利要求1所述的反应器，在所述的反应器内进行烷基化反应；
所述方法进一步包括：所述初始物料液态异丁烷与液态烯烃原料的烷/烯摩尔比为2∶1～15∶1，反应过程中保持总的反应物料中烷/烯摩尔比为50∶1～200∶1，所述反应器进料中离子液体与烷烯烃的体积比控制在0.5∶1～2.0∶1，反应温度为5℃～30℃，反应压力为0.2MPa～1.2MPa，物料在所述反应器内的停留时间控制在1～55秒，所述的初始物料中的液态烯烃包括：丙烯、丁烯、戊烯或它们的混合物；
所述物料在反应器内采用循环反应方式进行反应，循环反应时保持总的反应物料中烷/烯摩尔比为50∶1～200∶1。
8.根据权利要求7所述的烷基化反应方法，其特征在于：所述循环反应方式采用内循环，反应后的部分物料从反应器引出，其余循环回反应器继续与新鲜的反应物料混合并反应。
9.根据权利要求7所述的烷基化反应方法，其特征在于：循环反应方式采用外循环，反应后的全部物料从反应器引出，分离离子液体和反应物料，将离子液体循环回反应器，反应产物分出一部分进后续部分，其余循环与新鲜的反应物料混合，进入反应器继续反应。
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