CN103801242A - 反应器和利用这种反应器的烷基化反应方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于至少两种液态物料的反应器，包括：封闭式的反应器壳体；进料管，其具有用于分别接受各液态物料的相应入口；分配管，其与进料管连通并延伸到反应器壳体内，并且在延伸到反应器壳体内的区域中设有若干分配孔；空心柱体形式的旋转床，其通过固定机构安装于反应器壳体内，从而将反应器壳体的内腔分成中心区和外侧区，旋转床能够在驱动机构的带动下旋转；以及设于反应器壳体的下部的用于输出反应后物料的出料口。其中，分配管与旋转床的内表面间隔开地伸入到中心区内，使得物料能够从中心区穿过旋转床而进入外侧区，并且经由出料口输出。

Description

反应器和利用这种反应器的烷基化反应方法
技术领域
本发明涉及一种反应器，尤其是一种用于烷基化反应的反应器。本发明还涉及一种利用这种反应器来进行的烷基化反应方法，具体地涉及采用异丁烷和C3～C5烯烃来进行的催化烷基化反应方法。
背景技术
随着交通运输业的快速发展，车辆尾气的排放成为空气污染的主要来源之一。提高汽油的质量是降低车辆尾气污染的最主要途径。已经知道，通过异丁烷与C3～C5烯烃的烷基化反应所得到的烷基化油具有无硫、辛烷值高、研究法辛烷值与马达法辛烷值差值小等特点，可以作为高质量清洁汽油的重要调和组分。
烷基化反应是石油炼制领域的传统技术，主要包括硫酸法烷基化技术和氢氟酸法烷基化技术。其中，异丁烷与烯烃在催化剂（硫酸或氢氟酸）的作用下反应，得到异构烷烃。硫酸法烷基化和氢氟酸法烷基化相比，在工艺上各具特点，从基建投资、生产成本、产品收率和产品质量等方面也都十分接近，因此这两种方法长期共存，均被广泛采用。总体来说，从烷基化装置的数量和烷基油的产量来看，目前氢氟酸烷基化装置占优。然而，近年来随着环保法规要求的日益严格，考虑到氢氟酸的剧毒特性等原因，新建的装置多采用硫酸烷基化工艺。
在硫酸法烷基化技术中，反应在相对较低的温度下进行。因此，反应装置需要具有制冷功能。在氢氟酸法烷基化技术中，反应温度相对较高，一般采用水冷即可以满足反应要求。因此，两者的反应器系统相差较大。传统的硫酸法烷基化反应器包括多种类型的结构，目前主要使用的有两种，一种是阶梯式硫酸烷基化反应装置，一种是Stratco式反应器（即内部设置取热管束的间接制冷反应器）。
阶梯式硫酸烷基化装置的反应器一般由若干个反应段组成，其中各个反应段之间用溢流挡板隔开，并且每一反应段均设有搅拌器。反应产物和硫酸最后进入沉降段进行分离，所分离出来的硫酸用循环泵送入反应段供重新使用。采用反应物异丁烷自蒸发致冷。该反应系统的优点是，每个反应段中的烷烯比高、动力消耗小、不需另加制冷剂。然而，由于烷烃与烯烃没有预先混合，从而降低了烷基化油的质量，并且增加了酸耗量。另外，各反应段之间相互影响。如果一个反应段的操作异常，则整个反应器都会受到影响。
内部设置取热管束的间接制冷反应器的一种具体结构是采用是卧式偏心反应器。反应器的外壳是一个卧式压力容器，内部装有一个大功率的搅拌器、内循环套筒以及取热管束。烃类原料由上、下两个进料管进入反应器，在搅拌叶轮之前汇合，然后向着叶轮喷入反应器。高速运转的叶轮处于反应器的缩径部分处，使反应器内部的物流由于叶轮吸力、管束阻力、线速度差等而造成一些流液的空穴，从而使硫酸与烃类获得比较好的分散和混合。酸烃乳液在反应器的头部再回到进入套筒的内部，重新流向搅拌叶片，从而形成一个高速循环的物流。该反应器内具有循环物料，部分物料的反应时间较长，副反应会增加，酸耗较大，对产品辛烷值的提高不利。
US7,652,187公开了一种C3-C5烯烃与异丁烷的硫酸烷基化反应过程，其中取消了传统的机械搅拌方式，而采用喷射器对反应物料进行混合进以进行反应。然而在硫酸烷基化反应过程中，硫酸与烃类物料的密度差较大，喷射混合方式的效果需进一步提高。US5,785,933公开了一种硫酸催化烷基化反应器系统，其中反应器的内部设置有挡板和切向布置的多个注射管道入口，从而使反应物料在反应器内形成混合搅拌。由此取消了机械运动部件。该技术利用静态混合器的原理设计了硫酸烷基化反应器，但混合效果仍需要进一步提高。
CN1907924A公开了一种离子液体催化反应工艺及反应装置。其中，烃类原料和离子液体催化剂在旋转床反应器中进行反应，该旋转床设置在反应器内的上部。反应器的下部为储液罐，反应器的中心设置搅拌装置。储液罐与料液循环泵连接构成旋转床循环反应器。然而，该反应器不适用于硫酸法烷基化反应过程，这是因为其采用的换热方式是循环物料取热方式，不适宜于放热较大的硫酸法烷基化反应。另外，反应器下部的储液罐和采用反应物料循环操作方式会增加副反应。
发明内容
针对以上问题，本发明旨在提供一种用于至少两种液态物料的反应器，其能够使各种液态物料在反应器内充分地混合并进行反应。尤其是，本发明旨在提供一种烷基化反应器以及采用这种烷基化反应器的烷基化方法，其能够提高催化剂与烃类反应原料的接触效率，降低硫酸催化剂的酸耗，降低反应温度，提高产品质量。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于至少两种液态物料的反应器，包括：封闭式的反应器壳体；进料管，其具有用于分别接受各液态物料的相应入口；分配管，其与所述进料管连通并延伸到所述反应器壳体内，并且在延伸到所述反应器壳体内的区域中设有若干分配孔；空心柱体形式的旋转床，其通过固定机构安装于所述反应器壳体内，从而将所述反应器壳体的内腔分成中心区和外侧区，所述旋转床能够在驱动机构的带动下旋转；以及设于反应器壳体的下部的用于输出反应后物料的出料口。其中，所述分配管与所述旋转床的内表面间隔开地伸入到所述中心区内，使得物料能够从中心区穿过旋转床而进入外侧区，并且经由所述出料口输出。
根据本发明，反应物料必须从中心区径向地穿过处于高速旋转下的旋转床而进入外侧区。由此，在旋转床的旋转所形成的超重力的作用下，各种液态的反应物料被分散。反应物料剧烈撞击到高速转动的旋转床的床层内壁上，实现强化式混合。同时，当流过旋转床的床层时，反应物料不断被各个床层切割，因此在这里反复地实现了分散－聚并过程。这显著强化了混合效果。
由于在根据本发明的反应器中使用了旋转床而没有使用机械搅拌装置，因此可以采用更低的反应温度。这尤其适用于硫酸法烷基化反应。对于硫酸法烷基化反应来说，反应温度低具有众多优点，例如可以提高产品的辛烷值、减少副反应、降低酸耗等。在采用常规反应器的硫酸法烷基化技术中，反应温度一般为4～10℃。这是因为现有的反应器主要采用机械搅拌方式，在反应温度较低时，反应物料的分散度大幅度降低（主要是浓硫酸在低温时的粘度很大）。由于浓硫酸的粘度很大，浓硫酸与烃类原料无法形成充分的分散体系，致使在反应温度低于5℃的情况下反应效果较差。然而，当采用本发明的反应器来进行硫酸法烷基化反应时，由于旋转床在转动过程中产生的超重力作用，可以使粘度大的物料仍获得充分的分散，实现浓硫酸在较低温度下与烃类原料的充分的分散接触，从而得到理想的反应效果。实验表明，在-15℃以下实施本发明方法时，仍然可以实现良好的反应效果。
此外，利用根据本发明的反应器，可以显著减小反应设备的规模。在硫酸法烷基化反应中，异丁烷在浓硫酸中的溶解度较低，加之属于两相反应，传质阻力较大，反应速度主要受传质步骤控制。采用现有的反应设备时，由于两相分散效果不足，反应速度较慢，完成相同的反应，所需的反应设备规模较大。相反，采用本发明的反应器，可以大大强化传质过程，反应速度快，所需反应时间短，反应设备规模可以大大降低，进而降低设备成本和操作费用。
在一个实施例中，分配管上的分配孔均处于旋转床的上表面的下方。由此，可以保证源自分配管的所有物料完全进入到壳体内的中心区中，从而穿过旋转床并产生良好的混合。
在一个实施例中，在旋转床上设有密封机构。具体地说，在旋转床的上表面上固定有第一环形板，该第一环形板与固定在反应器壳体的内壁上的第二环形板形成旋转密封式连接。通过由第一环形板和第二环形板所形成的密封机构，一方面可以保证任何处于旋转床上方的物料将只能进入到中心区，而无法直接进入到外侧区，另一方面也加强了对旋转床的支撑作用。
优选地，第一环形板在其周向外缘处设有第一凸缘，第二环形板在其周向内缘处设有第二凸缘。第一凸缘和第二凸缘之间通过密封件以可相对旋转的方式密封连接。由此，可以简单有效方式实现旋转式密封连接。
旋转床包括耐腐蚀框架和床层。床层例如可由耐腐蚀金属丝网或填料构成。
根据一个优选的实施例，在外侧区中设置有与反应器固定连接的静止床。静止床设置于旋转床的外侧并与之间隔开。通过设置静止床，源自旋转床的处于高速运动状态下的物料将撞击在静止床上，一部分穿过静止床而一部分沿静止床下流。从而实现了液相的再次撞击，强化了混合效果，有利于进一步的充分反应。因此，设置静止床能够充分地利用物料的动能，能够以较小的动力消耗而达到相同的反应效果。同时，设置静止床也能够有利于雾状液体物料的收集。
静止床可以围绕着旋转床延伸过180度到360度的周向范围。优选地，静止床在周向上完全地围绕着旋转床设置。静止床可以通过下部固定方式、上部固定方式或径向固定方式而固定在反应器壳体上。例如，可以将静止床的上端固定于第二环形板的下方。或者，静止床通过径向连接件固定于反应器壳体的内壁上。另外，静止床与旋转床可具有相同的高度且共轴线。然而，静止床也可以设置成比旋转床更长，以保证所有的源自旋转床的物料均会与静止床接触。在一个具体的例子中，形成旋转床和静止床之间的腔室的上端由第二环形板封闭而下端敞开。静止床层的厚度例如可为旋转床层的厚度的0.2到1.5倍，优选为0.5到0.8倍。
根据一个优选的实施例，反应器还包括设置在反应器壳体上的循环冷却介质进口和循环冷却介质出口，循环冷却介质例如可为循环冷却气。循环冷却介质进口和循环冷却介质出口相对于旋转床的上表面而言分别设置在两侧。具体而言，循环冷却介质进口和循环冷却介质出口中的一个设置在旋转床的上表面之上（即处于密封机构之上），另一个设置在旋转床的下表面之下。当循环冷却介质进口设于密封机构之上而循环冷却介质出口设于密封机构之下时，循环冷却介质的流动方向与物料的流动方向相同。此时可以利用旋转床操作时液相物料对气相的抽吸作用来实现循环冷却介质的循环，因此可以不设置循环冷却介质输送动力装置，从而得到了一种简单的结构。
在循环冷却介质入口和循环冷却介质出口之间设置了优选地处于反应器之外的循环介质制冷系统。由此，循环冷却介质在制冷系统和旋转床之间形成循环，以便为反应过程提供适宜的温度环境。
这样，根据本发明，采用循环冷却气为冷却介质，其中气相为连续相，液相为分散相。反应物料以极微小的液体雾滴分散在循环冷却介质中，这与传统的间接换热取热方式完全不同。在旋转床30的超重力作用下，可以使反应物料实现微米级尺度的分散。液相物料以微小的颗粒分散在气相冷却介质中，因此换热面积远远超过使用管束间接换热的反应器，导致反应温度更加均匀，不产生热点，并且反应温度实现在微米级尺度上的均匀。相反，传统反应器只能实现宏观上的温度均匀，无法排除局部的热点，而这种热点是造成一系列有害影响（如产品质量下降、酸耗增加等）的根源。
根据一个优选的实施例，在进料管的顶部设有液态物料的各个入口均通入到其中的对撞室，用于提供各液态物料的预混合。优选地，液态物料的各个入口均设有喷射管，并且喷射管彼此相对地设置。通过采用喷射式混合器对液态物料（浓硫酸和烃类物料）进行预混合，可以实现两种液相的撞击，强化混合效果。
根据一个优选的实施例，固定机构包括与驱动机构相连的旋转传动轴，以及与旋转传动轴相连的支撑件。其中，旋转床安装在支撑件上。在一个具体的例子中，驱动机构为设置在反应器壳体之外的电机。
根据本发明的反应器尤其适用于硫酸法烷基化反应，其中将浓硫酸和混合烃提供到反应器中进行反应。
根据本发明的第二方面，还提供了一种烷基化方法，其中将异丁烷和C3～C5烯烃的混合烃以及硫酸催化剂输送到如上所述的反应器中进行烷基化反应。
在根据本发明的方法中，异丁烷与C3～C5烯烃的摩尔比可以为1:1～300:1，优选为3:1～50:1。硫酸催化剂可以为浓硫酸，其中浓硫酸与混合烃的体积比为0.1:1～5:1，优选为0.5:1～1.5:1，浓硫酸的质量浓度为90%～97%，优选为93%～96%。反应分离的硫酸可循环使用。在硫酸的浓度降低后，可以补充新鲜浓硫酸以维持适宜的浓度。硫酸浓度与其凝固点相关，反应体系中浓硫酸的浓度与反应温度需要匹配，即在反应温度应高于使用浓度硫酸的凝固点。
在根据本发明的方法中，反应温度可以为-20～15℃，优选为-10～10℃，最优选为-5～5℃。反应压力以维持在反应温度下混合烃为液相的压力，优选为0.2～1.5MPa，最优选为0.3～0.8MPa。
在根据本发明的方法中，旋转床的转速为50～5000转/分，优选为150～2000转/分。物料在反应器内的停留时间为2～600秒，优选为10～100秒。
在根据本发明的方法中，采用循环冷却介质控制反应温度，所述循环冷却介质为氮气、氢气、惰性气体、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷或丙烷。最优选为氮气或甲烷。循环冷却介质的制冷系统可以使用现有的任意制冷系统。
在一个具体的实施例中，也可以采用液态的丙烷为冷却介质，此时丙烷以液相引入旋转床反应器，以气相排出旋转床反应器。由于液态丙烷的潜热较大，因此其吸热能力强，能够实现良好的冷却效果。
在根据本发明的方法中，反应后的物料经过沉降以及后续的分离步骤，分离出硫酸，反应生成的烷基化油，以及未反应物料等。未反应物料如异丁烷和稀烃等可以循环使用。
附图说明
以下将结合具体实施方式和附图来对本发明作详细说明。需要说明的是，附图仅是出于更好地理解本发明的目的而提供，其并不构成对本发明的任何限制。在图中：
图1示意性地显示了根据本发明的第一实施方案的反应器。
图2示意性地显示了根据本发明的第二实施方案的反应器。
具体实施方式
图1示意性地显示了根据本发明的第一实施方案的反应器100。如图所示，该反应器100包括反应器壳体1。反应器壳体1包括直管段8、上封头3和下封头2，从而构成一个封闭式的结构。反应器100还包括进料管10，其设置在反应器壳体1的外部，优选设置在反应器壳体1的上部。进料管10具有用于分别接受各种液态物料的相应入口。例如，当反应器100用作采用硫酸为催化剂的烷基化反应器时，进料管10可具有用于硫酸的第一入口11，以及用于液态烃（例如异丁烷和C3～C5烯烃）的第二入口12。关于进料管10的具体结构将在下文中详细描述。在反应器壳体1的下部设有出料口6。如图所示，硫酸沿箭头A进入进料管10，液态烃沿箭头B进入进料管10，而反应产物沿箭头F离开反应器壳体1。
反应器100还包括分配管20。分配管20与进料管10彼此连通，并且密封式地穿过反应器壳体1的上封头3而延伸到反应器壳体1内。在分配管20的处于反应器壳体1的内腔48中设有若干分配孔21。在图示实施方案中，这些分配孔21沿分配管20的纵向彼此间隔开地布置。通过这种方式，经第一入口11和第二入口12进入到进料管10中的反应物料（例如硫酸和液态烃）将沿箭头C进入到分配管20中，并经分配孔21进入到反应器壳体1内。
根据本发明，反应器100还包括设置在反应器壳体1内的旋转床30。旋转床30优选采用耐腐蚀框架和床层构成，床层优选采用耐腐蚀金属丝网或填料构成。如图1所示，旋转床30例如为空心圆柱体的形式，其通过固定机构40安装于反应器壳体1内。在图示实施方案中，固定机构40包括用于固定式安装旋转床30的支撑件43，以及与支撑件43相连的旋转传动轴41。旋转传动轴41密封式地穿过反应器壳体1的下封头2而延伸到反应器壳体1外，并例如通过联轴器44而与驱动机构、例如电机42相连。容易理解，可通过密封机构7来实现旋转传动轴41和反应器壳体1之间的密封。这样，当电机42运行时，旋转床30通过旋转传动轴41而被带动旋转，例如沿箭头G旋转。
空心圆柱体形式的旋转床30将反应器壳体的内腔分成中心区45和外侧区46。分配管20以与旋转床30之间形成有间隙的方式伸入到中心区45中。优选地是，分配管20上的分配孔21均设置在比旋转床30的上表面更低的位置处。这样，可以保证经分配孔21离开分配管20的反应物料将完全进入到中心区45中。
在旋转床30的上部和反应器壳体1之间设置有密封机构31。该密封机构31包括位于固定在旋转床30的上表面上的第一环形板32，以及固定在反应器壳体1的内壁上的第二环形板33。第一环形板32和第二环形板33彼此之间形成旋转密封式连接。在图示实施方案中，第一环形板32在其周向外缘处设有第一凸缘34，而第二环形板33在其周向内缘处设有第二凸缘35。第一凸缘34和第二凸缘35之间设置通过密封件36（以及必要的轴承）而形成可相对旋转的密封连接。通过上方的环形板32和环形板33以及下方的支撑板43，一方面加强了对旋转床30的支撑作用，另一方面也使得任何处于旋转床30上方的物料将只能进入到中心区45中，而无法直接进入到外侧区46。
在根据本发明的反应器100中，反应物料（例如硫酸和液态烃）首先经第一入口11和第二入口12进入到进料管10中，经分配孔21离开分配管20，并进入到中心区45中。之后，反应物料如图1中的粗箭头D所示地那样沿径向穿过旋转床30，然后进入到反应器壳体1的内腔的外侧区46中。最后，反应物料在重力的作用下汇集到反应器壳体的下封头2处，并由出料口6流出反应器100。由此，整个液液反应过程完成。
根据本发明，反应物料必须径向地穿过由电机42带动而处于高速旋转下的旋转床30。由此，在旋转床30的旋转所形成的超重力的作用下，液态的反应物料被分散。反应物料剧烈撞击到高速转动的旋转床30的床层内壁上，实现强化式混合。同时，当流过旋转床30的床层时，反应物料不断被各个床层切割，因而在此反复地实现了分散－聚并过程，这显著地强化了混合效果。
根据本发明，反应器壳体1还包括循环冷却介质入口4和循环冷却介质出口5。在循环冷却介质入口4和循环冷却介质出口5之间设置了循环气制冷系统。由此，循环冷却介质在制冷系统和旋转床之间形成循环，以便为反应过程提供适宜的温度环境。循环气制冷系统可以设置在反应器壳体1的外部，也可以设置在反应器壳体1的内部。在一个优选实施方案中，循环气制冷系统可以设置在反应器壳体1的外部。
作为一种设置方式，以密封机构31为界，循环冷却介质入口4设置成处于密封机构31的上方，而循环冷却介质出口5设置成处于密封机构的下方。在这种情况下，循环冷却介质如细箭头E所示地流动，与反应物料同向地穿过旋转床30。由于高速转动的旋转床30对气体具有抽吸作用，因此可以不设置循环冷却介质输送动力装置，或者可以设置功率较小的循环冷却介质输送动力装置。作为另一种设置方式，以密封机构31为界，循环冷却介质入口4设置成处于密封机构31的下方，而循环冷却介质出口5设置成处于密封机构的上方。在这种情况下，循环冷却介质将与反应物料反向地穿过旋转床30，因而需要设置循环冷却介质输送动力装置。
这样，根据本发明，采用循环冷却气为冷却介质，其中气相为连续相，液相为分散相。反应物料以极微小的液体雾滴分散在循环冷却介质中，这与传统的间接换热取热方式完全不同。在旋转床30的超重力作用下，可以使反应物料实现微米级尺度的分散。液相物料以微小的颗粒分散在气相冷却介质中，因此换热面积远远超过使用管束间接换热的反应器，导致反应温度更加均匀，不产生热点，并且反应温度实现在微米级尺度上的均匀。相反，传统反应器只能实现宏观上的温度均匀，无法排除局部的热点，而这种热点是造成一系列有害影响（如产品质量下降、酸耗增加等）的根源。
另外，在本发明中，可以利用液相物料对气相的抽吸作用来推动气相实现自中心区向外侧区的流动，实现以气相为连续的冷却介质对高度分散的液相充分有效冷却，从而实现温度场的高度均匀。
根据一个优选的实施方案，本发明的反应器100还包括设置在进料管10的顶部处的对撞室13。用于液态物料的第一入口11和第二入口12均通入到对撞室13，以便在其中进行各物料的预混合。优选地，各个入口11、12均设有喷射管，并且各个喷射管设置成在直径上彼此相对。由此，可以保证良好的对撞分散效果，实现各物料的良好的预混合。在一个具体实施方案中，喷射管由若干个喷嘴构成，喷嘴的总面积为进料连接管的面积的1/3～4/5。
图2示意性地显示了根据本发明的第二实施方案的反应器200。为简便起见，下面仅介绍反应器200与反应器100的不同之处，而相同之处可参阅上文。
如图2所示，反应器200还包括设置在外侧区46中的静止床50。该静止床50优选同轴式地设置于旋转床30的外侧，并且与旋转床30间隔开一定距离。静止床50的床层例如可由耐腐蚀筛网、耐腐蚀丝网或耐腐蚀填料制成。静止床50围绕着旋转床30至少设置半周以上，优选地设置一周，即完全地围绕着旋转床30设置。
静止床50可以通过下部固定方式、上部固定方式或径向固定方式而固定在反应器壳体1上。在图2中显示了上部固定方式，其中静止床50固定在密封机构31的下部，具体地是固定在第二环形板33的下部。这样，形成在旋转床30和静止床50之间的腔室的上端由第二环形板33封闭，而其下端为敞开的。容易理解，本领域的技术人员可以根据需要而通过下部连接件或径向连接件而将静止床50固定在反应器壳体1上。
通过设置静止床50，源自旋转床30的处于高速运动状态下的物料将撞击在静止床50上，从而实现了液相的再次撞击，强化了混合效果，有利于进一步的充分反应。因此，设置静止床50能够充分地利用物料的动能，能够以较小的动力消耗而达到相同的反应效果。同时，设置静止床50能够有利于雾状液体物料的收集。
静止床50可具有与旋转床30相等的高度。然而，静止床50也可以比旋转床30更长。在这种情况下，可以保证源自旋转床30的所有物料将完全撞击在静止床50上。静止床50与旋转床30之间的距离例如为10mm～700mm，优选为50mm～200mm。静止床50的厚度例如为旋转床30的厚度的0.2倍～1.5倍，优选为0.5倍～0.8倍。
下面将结合实施例和对比例来说明本发明的反应效果。
实施例1～3
采用如图1所示的反应器100。旋转床的床层由不锈钢丝网填料构成。不锈钢丝网填料的床层空隙率为0.95，比表面积为4000m2/m3，金属丝直径为1mm。旋转床层体积占反应器壳体内的总容积的45%。静止床层采用与旋转床层相同的丝网填料，静止床层的厚度为旋转床层厚度的50%。以质量浓度为95%的浓硫酸为催化剂，以异丁烷和丁烯为原料进行烷基化反应。
异丁烷与丁烯的摩尔比为1:1～300:1，优选为3:1～50:1。酸烃体积比为0.1:1～5:1，优选为0.5:1～1.5:1。反应温度为-20～15℃，优选为-10～10℃，最优选为-5～5℃。反应压力为0.2～1.5MPa，优选为0.3～0.8MPa。旋转床的转速一般为50～5000转/分（rpm），优选为150～2000rpm。反应物料在反应器内停留时间一般为2～600秒，优选为10～100秒。
循环冷却介质采用氮气，循环冷却介质的制冷系统使用氨制冷系统。
具体操作条件见表1，反应结果见表2。
比较例1
采用常规的内部设置制冷管束的卧式机械搅拌反应器（结构参见刘志刚等《天然气与石油》2002年第2期第“异丁烷与丁烯烷基化的工艺装置综述”一文图2所示），反应条件参见表1（本领域最优化的工业操作条件），反应结果参见表2。
表1实施例和比较例的烷基化反应主要条件
实施例1 实施例2 实施例3 比较例1
异丁烷与丁烯摩尔比 2:1 40:1 8:1 8:1
酸烃体积比 0.2:1 3:1 1:1 1:1
反应温度(℃) -5 0 6 6
反应压力(MPa) 0.5 1.0 0.7 0.7
反应停留时间(min) 0.6 1 1.5 20
旋转床转速(rpm) 1500 800 400 -
表2实施例和比较例的烷基化反应结果
Figure BDA0000400701300000111
从上述实施例1～3和比较例1可以看出，根据本发明的烷基化反应器100具有规模小、酸耗低、产品质量高等特点。
实施例4～6
采用如图2所示的反应器200。旋转床的床层由不锈钢丝网填料构成。不锈钢丝网填料的床层空隙率为0.95，比表面积为4000m2/m3，金属丝直径为1mm。旋转床层体积占反应器壳体内的总容积的65%。以质量浓度为95%的浓硫酸为催化剂，以异丁烷和丁烯为原料进行烷基化反应。
异丁烷与丁烯的摩尔比为1:1～300:1，优选为3:1～50:1。酸烃体积比为0.1:1～5:1，优选为0.5:1～1.5:1。反应温度为-20～15℃，优选为-10～10℃，最优选为-5～5℃。反应压力为0.2～1.5MPa，优选为0.3～0.8MPa。旋转床的转速一般为50～5000转/分（rpm），优选为150～2000rpm。反应物料在反应器内的反应停留时间一般为1～600秒，优选为10～100秒。
循环冷却介质采用氮气，循环冷却介质的制冷系统使用氨制冷系统。
比较例2与比较例1相同。具体操作条件见表3，反应结果见表4。
表3实施例与比较例的烷基化反应主要条件
实施例4 实施例5 实施例6 比较例2
异丁烷与丁烯摩尔比 2:1 40:1 8:1 8:1
酸烃体积比 0.2:1 3:1 1:1 1:1
反应温度(℃) -5 0 6 6
反应压力(MPa) 0.5 1.0 0.7 0.7
反应停留时间(min) 0.6 1 2 20
旋转床转速(rpm) 2500 1200 500 -
表4实施例与比较例的烷基化反应结果
从上述实施例4～6和比较例2可以看出，根据本发明的烷基化反应器100具有规模小、酸耗低、产品质量高等特点。
以上描述了本发明的一些优选实施例。本领域技术人员可以理解，在不脱离本发明的精神和原理的前提下，可以对本发明进行各种修改、变换或扩充。

Claims (29)

1.一种用于至少两种液态物料的反应器(100)，包括：
封闭式的反应器壳体(1)；
进料管(10)，其具有用于分别接受各液态物料的相应入口(11,12)；
分配管(20)，其与所述进料管连通并延伸到所述反应器壳体内，并且在延伸到所述反应器壳体内的区域中设有若干分配孔(21)；
空心柱体形式的旋转床(30)，其通过固定机构(40)安装于所述反应器壳体内，从而将所述反应器壳体的内腔分成中心区(45)和外侧区(46)，所述旋转床能够在驱动机构(42)的带动下旋转；和
设于反应器壳体的下部的用于输出反应后物料的出料口(6)，
其中，所述分配管与所述旋转床的内表面间隔开地伸入到所述中心区内，使得物料能够从中心区穿过旋转床而进入外侧区，并且经由所述出料口输出。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述分配管上的分配孔均处于所述旋转床的上表面的下方。
3.根据权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，在所述旋转床的上表面上固定有第一环形板(32)，所述第一环形板与固定在所述反应器壳体的内壁上的第二环形板(33)形成旋转密封式连接。
4.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述第一环形板在其周向外缘处设有第一凸缘(34)，所述第二环形板在其周向内缘处设有第二凸缘(35)，所述第一凸缘和第二凸缘之间通过密封件(36)而以可相对旋转的方式密封连接。
5.根据上述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，所述旋转床包括耐腐蚀框架和床层，所述床层由耐腐蚀金属丝网或填料构成。
6.根据上述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，在所述外侧区设置有与反应器固定连接的静止床(50)，所述静止床设置于所述旋转床的外侧并与之间隔开。
7.根据权利要求6所述的反应器，其特征在于，所述静止床围绕着所述旋转床延伸过180度到360度的周向范围。
8.根据权利要求6或7所述的反应器，其特征在于，所述静止床的上端固定于所述第二环形板的下方。
9.根据权利要求6到8中任一项所述的反应器，其特征在于，所述静止床通过径向连接件固定于所述反应器壳体的内壁上。
10.根据权利要求6到9中任一项所述的反应器，其特征在于，所述静止床与所述旋转床具有相同的高度且共轴线。
11.根据权利要求8所述的反应器，其特征在于，所述静止床比所述旋转床更长。
12.根据权利要求6到11中任一项所述的反应器，其特征在于，所述静止床层的厚度为所述旋转床层的厚度的0.2到1.5倍，优选为0.5到0.8倍。
13.根据权利要求6到12中任一项所述的反应器，其特征在于，形成所述旋转床和静止床之间的腔室的上端由所述第二环形板封闭而下端敞开。
14.根据上述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，还包括设置在反应器壳体上的循环冷却介质进口(4)和循环冷却介质出口(5)，它们相对于所述旋转床的上表面而言分别设置在两侧。
15.根据权利要14所述的反应器，其特征在于，所述循环冷却介质进口(4)设置在所述旋转床的上表面之上，所述循环冷却介质出口(5)设置在所述旋转床的下表面之下。
16.根据上述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，所述进料管的顶部设有液态物料的各个入口均通入到其中的对撞室，用于提供各液态物料的预混合。
17.根据权利要求16所述的反应器，其特征在于，所述液态物料的各个入口均设有喷射管，所述喷射管彼此相对地设置。
18.根据上述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，所述固定机构(40)包括与驱动机构相连的旋转传动轴(41)，以及与所述旋转传动轴(41)相连的支撑件(43)，其中所述旋转床(30)安装在所述支撑件(43)上。
19.根据权利要求18所述的反应器，其特征在于，所述驱动机构为设置在反应器壳体之外的电机(42)。
20.根据上述权利要求中任一项所述的反应器，其特征在于，所述反应器是用于烷基化反应的反应器。
21.根据权利要求20所述的反应器，其特征在于，所述至少两种液态物料分别为硫酸和混合烃。
22.一种烷基化方法，其中将异丁烷和C3～C5烯烃的混合烃以及硫酸催化剂输送到根据权利要求1到21中任一项所述的反应器中进行烷基化反应。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，异丁烷与C3～C5烯烃的摩尔比为1:1～300:1，优选为3:1～50:1。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，在烷基化反应中，所述硫酸催化剂为浓硫酸，其中浓硫酸与混合烃的体积比为0.1:1～5:1，优选为0.5:1～1.5:1；浓硫酸的质量浓度为90%～97%，优选为93%～96%。
25.根据权利要求22到24中任一项所述的方法，其特征在于，在烷基化反应中，反应温度为-20～15℃，优选为-10～10℃，最优选为-5～5℃；反应压力以维持在反应温度下混合烃为液相的压力，优选为0.2～1.5MPa，最优选为0.3～0.8MPa。
26.根据权利要求22到25中任一项所述的方法，其特征在于，所述旋转床的转速为50～5000转/分，优选为150～2000转/分。
27.根据权利要求22到26中任一项所述的方法，其特征在于，物料在反应器内的停留时间为2～600秒，优选为10～100秒。
28.根据权利要求22到27中任一项所述的方法，其特征在于，在烷基化反应中，采用循环冷却介质控制反应温度，所述循环冷却介质为选自氮气、氢气、惰性气体、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷或丙烷中的至少一种。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，丙烷以液相引入反应器，以气相排出反应器。
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