CN103357369B - 一种烷基化反应装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烷基化反应装置及方法，所述装置中烷基化反应器包括烷基化反应器，反应原料进口伸入反应器上部，原料进口下连接液体分布设备，烷基化反应原料通过液体分布设备进入反应器的反应区，反应器内由一段以上带有空腔结构的规整填料组成，填料的空腔两端设置有冷却介质分布管，空腔内形成换热区，空腔与空腔间形成反应区，反应区和换热区在反应器径向交替排列，且反应区和换热区不相通。利用该反应器进行的烷基化反应，异丁烷和硫酸预混合由喷头喷射进入反应器，低碳烯烃由喷头喷射进入反应器，反应物料进入反应区之后在规整填料的切割、分散作用下，充分混合酸烃混合效果好；反应低温控制效果好。

Description

一种烷基化反应装置及方法

技术领域

本发明属于炼油加工技术领域，尤其涉及一种烷基化反应的装置和方法。

背景技术

由低碳烯烃和异烷烃在酸催化作用下生成的高辛烷值烷基化油，是理想的汽油调合组分。烷基化的反应原料烯烃和异烷烃与催化剂浓硫酸的溶解性较差，特别是异丁烷和浓硫酸很难相溶。尽管烯烃与浓硫酸的溶解性相比于异丁烷稍好些，但是在10℃以上、浓硫酸催化作用下，烯烃很容易聚合成C12以上的高聚物。此外，烷基化反应还是放热反应，如果反应温度控制不当，就会加剧烯烃聚合的副反应发生。因此，硫酸烷基化工艺既要实现酸烃两相充分混合，还要保证烷基化反应在恒定较低的温度下进行。

美国专利US3,759,318公开了一种卧式搅拌反应器。反应原料进到反应器叶轮处，在叶轮的强力搅拌下形成酸烃乳化液。乳化液与反应器内部的换热管束接触，换热管束的冷却介质取走烷基化反应热。Stratco卧式搅拌反应器已大量工业化，但是单个反应器的规模有限，扩大生产规模只能依靠反应器数量的增加；反应器的酸耗较高，产生的大量废酸带来了很大的环保压力；反应产物需要酸洗、碱洗以及水洗等精制过程，工艺流程复杂。

美国专利US7,319,180B2公开了一种烷基化反应器，反应器内部是一个由分散混合器组成的静态混合体系。分散混合器包含金属丝网和含有空隙空间大于50％体积的接触性结构的填料。反应物料依靠填料自身压降，使轻烃组分气化，消耗掉反应热。该专利反应器的反应热移除方式是轻烃气化，为维持较低的反应温度，反应器需要大量的气化空间。

美国专利US5,443,799公开了一种烷基化反应器，该反应器分为预混合区和反应区。在预混合区，异丁烷由喷射器喷出与硫酸混合形成乳化液。烯烃在反应区与来自预混合区乳化液逆向接触反应。反应区体积明显大于预混合区，异丁烷和硫酸的预混合物进入反应区后，体积骤然增大，绝热膨胀吸收烷基化反应放出的热量。该反应器的反应温度控制在8-20℃，反应温度偏高。

中国专利CN2790575Y公开了一种卧式搅拌反应器，反应器采用搅拌桨搅拌混合反应物料，冷却管束在反应器内壳，烷基化反应热由冷却管束的冷却介质移除。该专利反应器的酸耗较高，产生的大量废酸带来了很大的环保压力；反应产物需要酸洗、碱洗以及水洗等精制过程，工艺流程复杂。

专利说明书CN101104570A是美国催化蒸馏公司在中国申请的专利，与美国专利US7,319,180B2存在相同的技术问题，为维持较低的反应温度，反应器需要大量的气化空间。

综上所述，现有硫酸烷基化工艺的酸烃混合方式主要有搅拌、静态混合以及喷射，烷基化反应热的取热方式有与冷介质换热和异丁烷气化。以内置换热管束取热的搅拌式反应器酸耗太大，以异丁烷气化取热的静态混合式反应器需要大量气化空间，喷射式反应器的酸烃混合效果差，反应温度偏高。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是公开一种烷基化装置和方法，能够充分混合酸烃两相，并能够移除反应放热，维持反应器在较低温度范围，同时能够降低酸耗。

为了解决上面所述的技术问题，本发明提供了一种烷基化反应装置，包括烷基化反应器，反应原料进口伸入反应器上部，原料进口下连接液体分布设备，烷基化反应原料通过液体分布设备进入反应器的反应区，其特征在于：反应器内由一段以上带有空腔结构的规整填料组成，填料的空腔两端设置有冷却介质分布管，空腔内形成换热区，空腔与空腔间形成反应区，反应区和换热区在反应器径向交替排列，且反应区和换热区不相通。

所述规整填料把反应器内部空间划分为反应区和换热区，烷基化反应在反应区进行，反应放热由换热区的冷却介质换热取走。

所述装置中烷基化反应器填料是带有空腔结构的规整填料，凡是可以形成两个不相通区间的规整填料都能使用；优选带有空腔结构的波纹填料或板式填料。装填的填料可以是单段、两段或多段，但优选多段填料。每段填料之间余有间隔空间。

烷基化反应原料通过液体分布设备进入反应器的反应区。由于烷基化反应的酸催化剂粘度较大，因此液体分布设备首选喷射式液体分布器。

采用多段填料时，除了第一段填料顶部有一个液体分布器外，相邻的填料之间都有一个液体分布器。相邻填料之间的液体分布器仅分布从侧面进料的低碳烯烃组分。从上一段填料下来的反应流出物不需要再分布，直接以分散状态进入下段填料的反应区。

反应器换热区的冷却介质和反应区的物流换热，取走反应放热并维持反应器低温环境，保证反应在恒定低温条件下进行。常用的冷却介质在这里都可以使用，不受限制。

一种烷基化反应方法，利用上述的的烷基化反应器进行烷基化反应。反应物料通过液体分布设备进入反应器的反应区，在填料的分散混合作用下进行烷基化反应，反应器换热区的冷却介质和反应区的物流换热，取走反应放热并维持反应器低温环境，保证反应在恒定低温条件下进行。

反应后的流出物由混合烃和废酸组成，从反应器下端进入酸烃沉降罐。反应流出物在沉降罐中沉降分层，将废酸沉降分离，剩余的混合烃相进行减压处理，轻烃组分部分气化导致混合烃相温度降低，形成低温混合烃相。低温混合烃相作为冷剂，从反应器外部进入反应器的换热区，与反应区的物流发生热交换，维持反应器在恒定的低温条件。换热后的混合烃相从反应器换热区排出，将气相烃和液相烃分离。液相烃进入分馏塔分馏，塔底馏分为烷基化油。

用于换热区的冷却介质除了上述提到的低温混合烃相之外，其他常用的冷剂也同样适用，包括异丁烷、丙烷等。采用其他冷剂时，则上述混合烃相减压之后不是进入换热区，而是直接进行气液分离，其他流程不变。

在本发明所述方法中所涉及的其他工艺步骤，例如原料预处理、酸烃分离，气液分离，反应流出物分馏等与常规烷基化工艺相同。

本发明提供了一种烷基化反应装置及方法，具有反应器结构巧妙、工艺流程简短、操作弹性大等特点。与现有烷基化工艺比较，本发明的有益效果主要体现在以下方面：①酸烃混合效果好。异丁烷和硫酸预混合由喷头喷射进入反应器，低碳烯烃由喷头喷射进入反应器，反应物料进入反应区之后在规整填料的切割、分散作用下，充分混合；②反应低温控制效果好。反应原料以反应温度进料，冷剂分段进入反应器换热区取热。通过灵活调节各段冷剂的流量，最大程度地控制反应器各段温度恒定；③处理量大。在保证高烷烯比条件下，低碳烯烃分段进料，提高了装置的处理量。

附图说明

图1是烷基化反应器示意图；

图2是烷基化工艺流程图；

图3是填料结构俯视图；

图4是图3A-A向剖面视图。

图中所示附图标记1是液体酸催化剂；2是异烷烃；3是循环异丁烷；4是低碳烯烃；5是反应流出物；6是减压前混合烃相；7是减压后混合烃相；8是酸相；9是补充酸；10是换热后混合烃相；11是分离掉气相的混合烃相；12是气相烃；13是烷基化油产品；14是异丁烷馏分；15是循环冷剂；16是烷基化反应器；17是液体分布器；18是规整填料；19是冷却介质分布管；20是酸烃分离罐；21是减压阀；22是闪蒸罐；23是脱异丁烷塔；24是压缩机；25是反应区；26是换热区；27是循环酸；28是废酸。

具体实施方式

本发明是将低碳烯烃和异丁烷以及液体酸进料到反应器，低碳烯烃包括丁烯、丙稀、戊烯或者烯烃混合物，优选的反应物料是醚后液化气和异丁烷以及浓硫酸。

本发明所述的方法中，反应器填料是带有空腔结构的规整填料，凡是可以形成两个不相通区间的规整填料都能使用，这里优选带有空腔结构的波纹填料和板式填料。装填的填料单段、两段或多段，但优选多段填料。每段填料之间余有间隔空间，异丁烷和浓硫酸在反应器顶部第一段填料进料，醚后液化气分为多股进料进入每段填料的顶部。

在本发明所述方法中所涉及的其他工艺步骤，例如原料预处理、酸烃分离，气液分离，反应流出物分馏等与常规烷基化工艺相同。

下面通过附图进一步说明本发明所提供的方法，但本发明并不因此而受到任何限制。

液体酸催化剂1和异烷烃2在管子内预混合，然后与低碳烯烃4一并由液体分布器17喷射进入反应器16。混合物料在填料18的反应区25分散、混合、反应。由反应产物、未反应烃以及酸组成的反应流出物5从反应器下端排出，进入酸烃分离罐20进行酸烃分离。分离的酸相8一部分作为循环酸27返回反应进料，另一部分以废酸28形式直接排掉。混合烃相6经过减压阀21减压闪蒸后温度降低，减压后混合烃相7作为冷却介质从反应器侧面进入反应器换热区26，换热后混合烃相10主要由液相烷基化油、液相异丁烷以及气相异丁烷等组成。混合烃相进入闪蒸罐22。闪蒸罐的气相烃12经压缩机24压缩之后返回反应进料，分离掉气相的混合烃相11进入脱异丁烷塔23分馏，塔顶馏分异丁烷14与来自压缩机的循环冷剂15一起作为循环异丁烷3返回反应器进料口，塔底馏分为产品烷基化油13。

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以对其作出种种变化，存在其他实施方式。

Claims (9)

1.一种烷基化反应装置，包括烷基化反应器，原料进口伸入反应器上部，原料进口下连接液体分布设备，烷基化反应原料通过液体分布设备进入反应器的反应区；所述液体分布设备为喷射式液体分布器，其特征在于：反应器内由一段以上带有空腔结构的规整填料组成，填料的空腔两端设置有冷却介质分布管，空腔内形成换热区，空腔与空腔间形成反应区，反应区和换热区在反应器径向交替排列，且反应区和换热区不相通。

2.根据权利要求1所述的一种烷基化反应装置，其特征在于：所述规整填料是带有空腔结构的波纹填料或板式填料。

3.根据权利要求1所述的一种烷基化反应装置，其特征在于：所述填料是多段装填。

4.根据权利要求3所述的一种烷基化反应装置，其特征在于：每段填料之间余有间隔空间。

5.根据权利要求3所述的一种烷基化反应装置，其特征在于：所述填料是多段时，相邻的填料之间都有一个液体分布设备。

6.一种烷基化反应方法，其特征在于：利用权利要求1所述的烷基化反应装置进行烷基化反应，反应物料通过液体分布设备进入烷基化反应器的反应区，在填料的分散混合作用下进行烷基化反应；反应后的流出物由混合烃和废酸组成，从反应器下端排出。

7.根据权利要求6所述的烷基化反应方法，其特征在于：所述反应后的流出物从反应器下端排出进入酸烃沉降罐，经沉降分离，剩余的混合烃相进行减压处理。

8.根据权利要求7所述的烷基化反应方法，其特征在于：所述剩余的混合烃相进行减压处理后，轻烃组分部分气化形成低温混合烃作为冷剂，从反应器外部进入反应器的换热区，与反应区的物流发生热交换，维持反应器在恒定的低温条件，换热后的混合烃相从反应器换热区排出，将气相烃和液相烃分离，液相烃进入分馏塔分馏，塔底馏分为烷基化油。

9.根据权利要求7所述的烷基化反应方法，其特征在于：采用异丁烷或丙烷作为冷剂进行换热时，所述混合烃相进行减压处理后直接进行气液分离。