CN103861533B - 一种烷基化油的生产装置及生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烷基化油的生产装置及生产方法。上述烷基化油的生产装置，包括填料装置、转动装置和壳体，转动装置与填料装置连接；壳体设在填料装置的外围，壳体的顶部设有液体进口管、催化剂进口管和气相出口管，壳体的底部设有液相出料口。采用上述装置可实现烷基化油的连续生产，且避免了反应过程中烷烃和烯烃的分层；反应瞬时完成，避免了因反应物停留时间过长而引发的副反应；且反应温度易控制，进一步减免了副反应的发生。

Description

一种烷基化油的生产装置及生产方法

技术领域

本发明涉及一种烷基化油的生产装置及生产方法。

背景技术

在我国的经济高速发展的同时，日益严重的环境问题也随之而来。汽车尾气是造成我国空气污染的罪魁祸首之一，对减少汽车尾气中的污染就成为人们关注的焦点。其主要原因是我国的汽油中硫、氮和芳烃含量高。我国目前的汽油构成中高硫、低辛烷值的催化汽油组分高达76.7%，是欧美等发达国家的2倍左右；催化重整油只占汽油总量的14.8%，仅为欧洲比例的1/3；烷基化油占汽油总量的比例，美国2008年为14%，有的高达20～25%，我国仅为0.5%。我国汽油主要来至催化裂化和催化重整，而烷基化油几乎没有，因此我国石油炼制工业急需解决的问题就是如何生产符合国家日益严格的环保标准的清洁汽油，在满足国内交通和市场需求的对环境危害降至最低。

通过将异丁烷与丁烯在酸催化下发生烷基化反应得到的以三甲基戊烷（TMP）为主的烷基化油，具有不含有硫、烯烃和芳烃、敏感性小、较低的雷顿蒸汽压和较高的辛烷值等优点，是一种理想清洁汽油调和组分。

目前烷基化采用的主要是浓硫酸和氢氟酸为主的液体酸催化剂，浓硫酸烷基化和氢氟酸烷基化工艺是目前世界上能够规模化生产的成熟的烷基化工艺路线。目前全球投入商业运行的烷基化装置共计有212套，其中浓硫酸烷基化装置90套，以氢氟酸烷基化装置有111套，两者占据着全球烷基化产能的90%。

传统的浓硫酸烷基化工艺在实施过程中存在着许多问题，主要问题有：1）液相异丁烷和丁烯在浓硫酸中不容易溶解，极易分层，使反应无法正常进行；2）反应物在反应器中停留时间过长，容易发生烯烃聚合等副反应，导致三甲基戊烷含量降低，生产的烷基化汽油辛烷值不高；3）烷基化反应是放热反应，而异丁烷和丁烯适宜在低温下反应，因此要及时移除反应热，否则热量的积累会导致副反应加剧。因此寻找一种高效经济的工艺流程成为研究的热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种烷基化油的生产装置及生产方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种烷基化油的生产装置，包括填料装置、转动装置和壳体，转动装置与填料装置连接；壳体设在填料装置的外围，壳体的顶部设有液体进口管、催化剂进口管和气相出口管，壳体的底部设有液相出料口。

制备时，将转动装置开启，填料装置在转动装置的带动下转动，液态烷烃和液态烯烃均从液体进口管加入，浓硫酸从催化剂进口管加入，未反应的气相物质从气相出口管排出，生成的物料从液相出料口流出。

采用上述装置可实现烷基化油的连续生产，且避免了反应过程中烷烃和烯烃的分层；反应瞬时完成，避免了因反应物停留时间过长而引发的副反应；且反应温度易控制，进一步减免了副反应的发生。

为了使反应充分，提高产物的得率和质量，壳体的侧壁设有气相进口管。

为了能更加准确地控制反应温度，壳体为双层中空结构，包括内层壳体和外层壳体，外层壳体侧壁的底部设有冷却水进口管，外层壳体侧壁的顶部设有冷却水出口管。

为了使反应进行的更加充分，且能使产物及时导出，填料装置为环形结构，液体进口管和催化剂进口管安装在填料装置内侧，液体进口管和催化剂进口管均为喷淋管。

上述填料装置为环形结构，即中间为空心柱体，液体进口管和催化剂进口管安装在填料装置内侧亦指插入空心柱体内，这样更便于物料的喷洒、提高烷基化油的得率并同时保证其质量。

为了进一步方便产物的导出，壳体底部为凹面结构，液相出料口位于壳体底部的边缘。

为了避免物料损失，同时提高产物的产率，气相出口管内设有捕沫器，气相出口管与填料装置同心设置；壳体内侧与填料装置外侧之间为间隙配合；填料装置中所用填料为丝网填料。

上述气相出口管与壳体可一体成型，也可为拼接而成，当为拼接时，拼接处设有上端面密封。

为了方便使用，同时保证生产装置的气密性，转动装置包括电机和设在电机上的转轴，转轴穿过壳体与填料装置通过连接支架连接，转轴与壳体的连接处设有密封。

利用上述的烷基化油的生产装置生产烷基化油的方法，以浓硫酸为催化剂，在温度为5～20℃的条件下，液态异丁烷和液态丁烯发生烷基化反应；其中，液态异丁烷、液态丁烯的质量和与浓硫酸酸质量之比为1:（2～8），液态异丁烷与液态丁烯的质量比为（5～20）:1；

制备时，将转动装置开启，填料装置在转动装置的带动下转动，液态异丁烷和液态丁烯均从液体进口管加入，浓硫酸从催化剂进口管加入，未反应的气相物质从气相出口管排出，生成的物料从液相出料口流出。

采用上述方法可实现烷基化油的连续生产，反应易控制，同时保证了产物的收率和纯度，大幅度减少了副反应的发生。

为了使反应能能更加充分，制备时，从气相进口管中补充气态异丁烷，其中，补充的气态异丁烷与浓硫酸的质量比为1:（5～20）。

申请人经研究发现：气态异丁烷进入后，在旋转中的填料床层的离心力作用下，沿着反应器壳体与床层之间的环形缝隙进入底部低压区，低压区是由于填料床层在高速旋转中在填料床层中心区域形成，气态异丁烷进入在圆柱形低压区后上升与浓硫酸和液相异丁烷/丁烯接触后发生反应，提高了反应区域的异丁烷/丁烯比，未完全反应的气相沿同心布置的气相出口管采出。

为了更加准确地控制反应温度，提高反应效率，反应时，通过冷却水进口管将壳体的双层中空结构中通入冷却水，冷却水从冷却水出口管中流出；转动装置转速为80～1800r/min。

本发明烷基化油生产装置可实现烷基化油的连续生产，反应物料混合的更加均匀，且避免了反应过程中烷烃和烯烃的分层；反应瞬时完成，大幅度缩短了反应物料的停留时间，避免了因反应物停留时间过长而引发的副反应；且反应温度易控制，进一步减免了副反应的发生；提高了产品烷基化油的收率和辛烷值。

附图说明

图1为本发明烷基化油的生产装置结构示意图。

图中，1为催化剂进口管，2为液体进口管，3为气相出口管，4为上端面密封，5为壳体空腔，6为填料装置，7为气相进口管，8为冷却水进口管，9为转轴，10为密封，11为电机，12为液相出料口，13为冷却水出口管，14为捕沫器。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的相关内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

如图1所示的烷基化油的生产装置，包括填料装置、转动装置和壳体，转动装置与填料装置连接；壳体设在填料装置的外围，壳体的顶部设有液体进口管、催化剂进口管和气相出口管，壳体的侧壁设有气相进口管，壳体的底部设有液相出料口，壳体底部为凹面结构，液相出料口位于壳体底部的边缘。

壳体为双层中空结构，包括内层壳体和外层壳体（即内层壳体和外层壳体之间形成壳体空腔），外层壳体侧壁的底部设有冷却水进口管，外层壳体侧壁的顶部设有冷却水出口管。填料装置为环形结构，液体进口管和催化剂进口管安装在填料装置的内侧，液体进口管和催化剂进口管均为喷淋管。气相出口管内设有捕沫器，气相出口管与填料装置同心设置；壳体内侧与填料装置外侧之间为间隙配合；填料装置中所用填料为丝网填料。

转动装置包括电机和设在电机上的转轴，转轴穿过壳体与填料装置通过连接支架连接，转轴与壳体的连接处设有密封。

采用上述装置来生产烷基化油，以烷基化油产量为0.6t/h为例，对该工艺进行说明：

上述壳体内径为1.75m；壳体内均匀布置环形丝网填料，其中，填料床层宽度为1m，内径0.5m，外径1.5m；初始进料酸烃比为4:1，液体烷烯比为9:1，补充气相异丁烷与酸比为1:10，浓硫酸质量流量为40Kg/min，液体异丁烷流量为9Kg/min，液体丁烯流量为1Kg/min，补充气相异丁烷质量流量为4Kg/min。反应温度10℃左右，转速为1000r/min。

液相异丁烷/丁烯与98%的浓硫酸分别从液体进口管、催化剂进口管进入，两进口管均采用开缝喷淋管结构类型，在两支喷淋管相邻一侧分别利用线切割打开一个狭长喷口，将浓硫酸和液相异丁烷/丁烯均匀的喷在高速旋转的填料床中，在离心力作用下自内向外通过填料，使液体高度分散，传质过程得到明显强化，使得液相烃类和浓硫酸达到常规反应器无法达到的混合程度；与此同时，气相异丁烷进入后，在旋转的填料床层的离心力作用下，沿着反应器壳体与床层之间的环形缝隙进入底部低压区，低压区是由于填料床层在高速旋转中在填料床层中心区域形成，气相异丁烷进入在圆柱形低压区后上升与浓硫酸和液相异丁烷/丁烯接触后发生反应，提高了反应区域的异丁烷/丁烯比，在高速旋转的填料床层的带动下，使气液膜变薄，传质阻力减小，增强了浓硫酸、异丁烷和丁烯的传质速率。在高速旋转的填料床层中，异丁烷和丁烯在浓硫酸催化下，发生烷基化反应，生成的以三甲基戊烷为主的烷基化油，烷基化油和硫酸通过反应器底部的液相出口管采出，未反应完全的气相物质通过反应器顶部的气相出口管采出后循环使用；反应过程产生的热量由壳体双层中空结构内的冷却水及时带出。

上述工艺，烷基化油收率为98%，辛烷值RON为98，与传统工艺相比，收率提高5%，辛烷值提高2RON。

实施例2

采用上述装置来生产烷基化油，以烷基化油产量为1t/h为例，对该工艺进行说明：

上述壳体内径为2m；壳体内均匀布置环形丝网填料，其中，填料床层宽度为1.5m，内径0.75m，外径1.75m；初始进料酸烃比为3:1，液态烷烯比为10:1，补充气相异丁烷与酸比为1:8，浓硫酸质量流量为51Kg/min，液态异丁烷和液态丁烯流量之和为17Kg/min，补充气相异丁烷流量为6.38Kg/min。反应温度15℃左右，转速为1200r/min。

上述工艺，烷基化油收率为97%，辛烷值RON为97.5，与传统工艺相比，收率提高4%，辛烷值提高1.5RON。

实施例3

采用上述装置来生产烷基化油，以烷基化油产量为2t/h为例，对该工艺进行说明：

上述壳体内径为2m；壳体内均匀布置环形丝网填料，其中，填料床层宽度为1.75m，内径0.5m，外径1.75m；初始进料酸烃比为2:1，液态烷烯比为10:1，补充气相异丁烷与酸比为1:10，浓硫酸质量流量为60Kg/min，液态异丁烷和液态丁烯流量之和为30Kg/min，补充气相异丁烷流量为6Kg/min。反应温度20℃左右，转速为1500r/min。

上述工艺，烷基化油收率为96%，辛烷值RON为97.5，与传统工艺相比，收率提高3%，辛烷值提高1.5RON。

Claims (9)

1.一种烷基化油的生产装置，其特征在于：包括填料装置、转动装置和壳体，转动装置与填料装置连接；壳体设在填料装置的外围，壳体的顶部设有液体进口管、催化剂进口管和气相出口管，壳体的底部设有液相出料口，壳体的侧壁设有气相进口管。

2.如权利要求1所述的烷基化油的生产装置，其特征在于：壳体为双层中空结构，包括内层壳体和外层壳体，外层壳体侧壁的底部设有冷却水进口管，外层壳体侧壁的顶部设有冷却水出口管。

3.如权利要求1或2所述的烷基化油的生产装置，其特征在于：填料装置为环形结构，液体进口管和催化剂进口管安装在填料装置内侧，液体进口管和催化剂进口管均为喷淋管。

4.如权利要求3所述的烷基化油的生产装置，其特征在于：气相出口管内设有捕沫器，气相出口管与填料装置同心设置；壳体内周侧与填料外周侧之间为间隙配合；填料装置中所用填料为丝网填料。

5.如权利要求1或2所述的烷基化油的生产装置，其特征在于：壳体底部为凹面结构，液相出料口位于壳体底部的边缘。

6.如权利要求1或2所述的烷基化油的生产装置，其特征在于：转动装置包括电机和设在电机上的转轴，转轴穿过壳体与填料装置通过连接支架连接，转轴与壳体的连接处设有密封。

7.利用权利要求1-6任意一项所述的烷基化油的生产装置生产烷基化油的方法，其特征在于：以浓硫酸为催化剂，在温度为5～20℃的条件下，液态异丁烷和液态丁烯发生烷基化反应；其中，液态异丁烷、液态丁烯的质量和与浓硫酸酸质量之比为1:(2～8)，液态异丁烷与液态丁烯的质量比为(5～20):1；

制备时，将转动装置开启，填料装置在转动装置的带动下转动，液态异丁烷和液态丁烯均从液体进口管加入，浓硫酸从催化剂进口管加入，未反应的气相物质从气相出口管排出，生成的物料从液相出料口流出。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：制备时，从气相进口管中补充气相的异丁烷，其中，补充的气相异丁烷与浓硫酸的质量比为1:(5～20)。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于：反应时，通过冷却水进口管将壳体的双层中空结构中通入冷却水，冷却水从冷却水出口管中流出；转动装置转速为100～2000r/min。