CN103865570B - 一种烷基化反应器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烷基化反应器，所述反应器内部主要由几组喷头及喷头末端的分布器组成，反应物料通过几组喷头喷射、混合、反应。其特征在于：几组喷头在反应器内部从上到下顺序排列，第一组喷头与反应器顶部相连，喷射方向沿着反应器向下。另外几组喷头由固定支架固定在反应器内部。每一组喷头的数量通常为1～4个。每组喷头由两个通道组成，喷头的第一个通道贯穿喷头的中心，第二个通道呈环状，并与第一个通道相隔。两个通道在喷头底部汇合，与分布器相通。该烷基化反应器具有结构简单、工艺流程简短、操作弹性大等特点，适用于异烷烃和低碳烯烃在液体酸催化剂作用下生成高辛烷值烷基化油的反应。

Description

一种烷基化反应器及方法

技术领域

本发明属于领域石油化工领域，特别涉及一种烷基化反应器及烷基化反应方法。

背景技术

低碳烯烃和异烷烃在液体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。烷基化的反应原料低碳烯烃和异烷烃与液体酸催化剂的溶解性较差，特别是异烷烃和液体酸催化剂很难相溶。尽管低碳烯烃与酸催化剂的溶解性相比于异烷烃稍好些，但是在10℃以上、液体酸催化作用下，低碳烯烃很容易聚合成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，就会加剧低碳烯烃聚合的副反应发生，严重影响烷基化油产品质量。因此，液体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。

专利说明书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。

专利说明书US7,652,187公开了一种烷基化反应器。硫酸与混合C4合为一股物料后经由一个或多个喷射器直接喷射，使异丁烷、丁烯以及硫酸雾化、混合、反应。部分烃发生气化，烷基化反应放出的反应热由气化的烃组分带走。

专利说明书US5,785,933公开了一种烷基化反应器，反应原料经过两级静态混合器后形成乳化液，再以足够大的速度喷射进入反应器。反应产物反应放出的热量由乳化液表面蒸发的异丁烷带走。

专利说明书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。

专利说明书CN101104570A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。

专利说明书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。该专利反应器与专利US3,759,318类似。综上所述，现有液体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，维持烷基化反应器低温的技术有与冷介质换热和异丁烷气化。

发明内容

本发明的目的是提供一种烷基化反应器，该烷基化反应器具有结构简单、工艺流程简短、操作弹性大等特点，适用于异烷烃和低碳烯烃在液体酸催化剂作用下生成高辛烷值烷基化油的反应。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：本发明的烷基化反应器内部主要由几组喷头及喷头末端的分布器组成，反应物料通过几组喷头喷射、混合、反应。其特征在于：几组喷头在反应器内部从上到下顺序排列，将反应器内部分为预混合区、反应区和沉降区，预混合区喷头的组数为1～2组，反应区喷头组数为1～3组，反应区喷头下方为沉降区；第一组喷头与反应器顶部相连，喷射方向沿着反应器向下。另外几组喷头由固定支架固定在反应器内部。每一组喷头的数量通常为1～4个。每个喷头由两个通道组成，喷头的第一通道贯穿喷头的中心，第二通道呈环状，并与第一通道相隔。两个通道在喷头底部汇合，与分布器相通。

第一组喷头喷射方向沿着反应器向下，最后一组喷头喷射方向沿着反应器向上，中间几组喷头的喷射方向可以一致向上或一致向下，也可以有的向上，有的向下，优选一致向上。

本发明的一种烷基化反应器，其进一步特征在于：每组喷头的数量通常为1～4个。当每组喷头只有一个喷头时，喷头位于反应器的中心线上；当每组喷头有两个以上喷头时，所述喷头在反应器内部沿中心线均匀分布。

每个喷头由两个通道组成，如附图2和附图3所示。喷头的第一个通道贯穿喷头的中心，第二个通道呈环状，并与第一个通道相隔。两个通道在喷头底部汇合，与分布器相通。

第一通道的进料口位于喷头顶部的中心，进料方向沿第一通道方向，第二通道的进料口20位于喷头的侧面，进料方向与第二通道相垂直。其中第一通道的直径d1与第二通道宽度d2比值在2.5～5范围内，喷头的直径D1与第二通道宽度d2的比值在5～10范围内。喷头的直径D1、第一通道的直径d1以及第二通道的宽度d2三个尺寸的大小由反应器的规模及操作条件确定。

本发明的分布器是一个中空的圆柱体，分布器的分布端有许多分布孔，分布孔的形状为小圆孔，分布孔的排列方式为正三角形或正四边形。

本发明的一种烷基化反应器，其进一步特征在于：反应器分为预混合区、反应区和沉降区，当反应器使用两组喷头时，第一组喷头第一通道是异烷烃，第二通道是液体酸催化剂，或者两个通道物料互换，形成预混合区。第二组喷头为反应区喷头，两个通道的物料都是低碳烯烃，喷射方向向上，与向下喷射的第一组喷头形成反应；第二组喷头下部为沉降区。

本发明的一种烷基化反应器，其进一步特征在于：当反应器使用三组及三组以上喷头时，第一组喷头和第二组喷头为预混合区，第三组喷头和剩余几组喷头为反应区，最下面一组喷头下部为沉降区域。预混合区域第一组喷头和第二组喷头的进料是异烷烃和液体酸催化剂，两组喷头进料方式相同，第一通道是异烷烃，第二通道是液体酸催化剂，或者两个通道物料互换。反应区第三组及三组以上喷头的进料是低碳烯烃，每组喷头的两个通道的物料都是低碳烯烃。

使用本发明一种烷基化反应器，在预混合区，不相溶的异烷烃和液体酸催化剂经过多级分散而充分混合，为异烷烃和低碳烯烃在酸催化剂作用下发生烷基化反应提供了有力保证。在反应区，低碳烯烃与来自预混合区的混合物接触、反应，增大了接触面积，加大了接触时间，提高了烷基化反应效率和效果。

本发明的一种烷基化反应方法，其特征在于：由以上所述的烷基化反应器实现烷基化反应。其特征在于：烷基化反应原料异烷烃和液体酸催化剂分别进入反应器内预混合区喷头的第一通道和第二通道内，在喷头底部汇合，通过分布器喷射出去，低碳烯烃进入反应区喷头的第一通道和第二通道内，在喷头也通过分布器喷射出去，与异烷烃和液体酸催化剂进行反应。

其中，所述低碳烯烃包括丁烯、丙稀、戊烯中的一种以上。

异烷烃和低碳烯烃的烷基化反应在低温条件下是比较理想的，通常温度控制在5～10℃，温度过高则烯烃聚合等副反应增加，影响烷基化油产品的质量。此外，异烷烃和低碳烯烃的烷基化反应是放热反应，因此控制烷基化反应器的温度显得格外重要。将反应器内部的压力控制在一定范围内，异烷烃和液体酸催化剂由喷头喷射后，由于较大的压降而导致部分异烷烃发生气化。异烷烃气化吸收大量的热量，从而降低了反应器内温度，减少了烷基化副反应的发生，保证烷基化油产品质量。

与现有烷基化工艺相比，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。异烷烃和液体酸催化剂在预混合区多级分散、混合，使难于相溶的异烷烃和液体酸催化剂充分混合。在反应区，低碳烯烃向上喷射与预混合物以雾化状态逆向接触、反应，酸烃混合效果好；②反应低温控制效果好。控制反应器的内部压力，依靠异丁烷气化吸热，维持反应器的低温环境。

附图说明

图1：本发明一种烷基化反应器示意图；

图2：喷头主视剖面图；

图3：喷头俯视剖面图；

图4：分布器结构示意图。

图中所示附图标记为：1-烷基化反应器，2-液体酸催化剂，3-第一组喷头，4-第二组喷头，5-第三组喷头，6-气相烃，7-滤网，8-异烷烃，9-低碳烯烃，10-反应流出物过滤网，11-过滤后的反应流出物，12-酸相，13-废酸，14-循环废酸，15-补充酸，16-支撑架，17-喷头，18-喷头第一通道，19-喷头第二通道，20-喷头第二通道进口，21-喷头顶部，22-分布器，23-分布孔。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明。

本发明是将低碳烯烃和异烷烃以及酸催化剂进料到反应器，低碳烯烃包括丁烯、丙稀、戊烯或者烯烃混合物。试验优选醚后液化气、异丁烷以及浓硫酸为反应原料。

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。

如附图1所示，反应器采用三组喷头，每组喷头包含两个喷头，第一组喷头3的喷射方向沿着反应器向下，第二组喷头4和第三组喷头5的喷射方向与第一组喷头3相向。异烷烃8和液体酸催化剂2分别分两路进入预混合区的第一组喷头3和第二组喷头4，异烷烃8进入喷头的第一通道17，液体酸催化剂2从喷头侧方入口20进入第二通道19，异烷烃和液体酸催化剂在喷头底部的分布器混合、喷射，酸烃混合物以雾化状态向下流动，进入反应区。低碳烯烃9进入反应器反应区的第三组喷头5，向上喷射并与来自预混合区的酸烃混合物逆向相遇，二者以雾化状态接触、反应，反应后的物料在反应区下部沉降区沉降，分层为酸相和烃相，烃相经过滤网10过滤后从侧面引出，过滤后的反应流出物11依次去精制处理、分馏，酸相12由反应器底部排出，一部分作为循环酸14与补充酸15一并作为液体酸催化剂进入反应器，另一部分作为废酸13排掉。

Claims (7)

1.一种烷基化反应器，所述烷基化反应器内部主要由几组喷头及喷头末端的分布器组成，其特征在于：几组喷头在反应器内部从上到下顺序排列，将反应器内部分为预混合区、反应区和沉降区，预混合区喷头的组数为1～2组，反应区喷头组数为1～3组，反应区喷头下方为沉降区；第一组喷头与反应器顶部相连，喷射方向沿着反应器向下；另外几组喷头由固定支架固定在反应器内部；每一组喷头的数量通常为1～4个，每个喷头由两个通道组成，喷头的第一通道贯穿喷头的中心，第二通道呈环状，并与第一通道相隔，两个通道在喷头底部汇合，与分布器相通；所述第一组喷头喷射方向沿着反应器向下，中间几组及最后一组喷头喷射方向沿着反应器向上。

2.根据权利要求1所述的烷基化反应器，其特征在于：所述每组喷头只有一个喷头时，喷头位于反应器的中心线上；当每组喷头有两个以上喷头时，所述喷头在反应器内部沿中心线均匀分布。

3.根据权利要求1所述的烷基化反应器，其特征在于：所述第一通道的进料口位于喷头顶部中心，进料方向沿第一通道方向；第二通道的进料口位于喷头的侧面，进料方向与第二个通道相垂直。

4.根据权利要求1所述的烷基化反应器，其特征在于：所述分布器是一个中空的圆柱体，分布器的分布端有许多分布孔。

5.根据权利要求4所述的烷基化反应器，其特征在于：所述分布孔的形状为小圆孔，分布孔的排列方式为正三角形或正四边形。

6.根据权利要求1所述的烷基化反应器，其特征在于：当反应器使用三组及三组以上喷头时，第一组喷头和第二组喷头的进料是异烷烃和液体酸催化剂，第一通道是异烷烃，第二通道是液体酸催化剂；第三组及三组以上喷头的进料是低碳烯烃，每组喷头的两个通道的物料都是低碳烯烃。

7.根据权利要求1所述的烷基化反应器，其特征在于：当反应器使用三组及三组以上喷头时，第一组喷头和第二组喷头的进料是异烷烃和液体酸催化剂，第一通道是液体酸催化剂，第二通道是异烷烃；第三组及三组以上喷头的进料是低碳烯烃，每组喷头的两个通道的物料都是低碳烯烃。