CN105218345B - 一种烷基化反应的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种烷基化反应的装置。该烷基化反应的装置包括反应分酸单元，水洗单元，粗蒸单元及催化剂回收单元，该反应分酸单元与该水洗单元连通，该水洗单元与该粗蒸单元连通，该催化剂回收单元与该反应分酸单元连通。本发明还提供一种烷基化反应的方法，其使用上述烷基化反应的装置进行烷基化反应和反应原料的回收利用。本发明的烷基化反应的装置及方法能在进行烷基化反应的同时对反应后的原料及制得的产物进行分离提纯，通过水洗单元和粗蒸单元回收未反应的原料，通过催化剂回收单元回收利用催化剂，减少了原材料的损耗，降低了成本。

Description

一种烷基化反应的装置及方法

技术领域

本发明属于石油化工技术领域，尤其涉及一种烷基化反应的装置及方法。

背景技术

脂肪酸是多种化工产品的生产原料，尤其是日化行业所用的表面活性剂类产品，多是用脂肪酸作为原料生产，烷基碳链主要是C₁₂-C₁₈之间。而用于油田提高原油采收率的表面活性剂产品，由于地层温度较高，且对于油水界面张力有很高要求，使得天然的脂肪酸原料在烷基碳链长度上不能很好的满足要求。

中国石油勘探开发研究院经过多年努力，成功将芳香烃链接到不饱和脂肪酸的双键上，以此芳基烷基为原料合成性能优异的甜菜碱表面活性剂，并完成了产品的放大实验。

但是发明人考虑到，由于该院没有自己的工业放大生产基地，在接下来的多个油田现场试验中难以提供合格的产品，因此，中国石油勘探开发研究院迫切需要建立自己的工业放大生产装置。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种烷基化反应的装置和方法，能够解决当前中国石油勘探开发研究院工业放大生产装置的不足。

为了达到本发明的目的，本发明提供一种烷基化反应的装置，包括反应分酸单元、水洗单元、粗蒸单元和催化剂回收单元，所述反应分酸单元与所述水洗单元连通，所述水洗单元与所述粗蒸单元连通，所述催化剂回收单元与所述反应分酸单元连通。

上述烷基化反应的装置中，所述反应分酸单元为进行傅-克烷基化反应和利用脱盐水萃取的装置单元；所述水洗单元为利用脱盐水进一步萃取的装置单元；所述粗蒸单元为蒸发提纯傅-克烷基化反应产物的装置单元；所述催化剂回收单元为分离提纯催化剂的装置单元。

上述烷基化反应的装置中，优选的，

所述反应分酸单元包括反应釜和分酸釜，所述分酸釜的顶部设置有分酸釜进水口；

所述水洗单元包括水洗塔，所述水洗塔的上部设置有水洗塔进水口，顶部设置有水洗塔出料口，底部设置有水洗塔废水排放口；

所述粗蒸单元包括蒸发釜、降膜蒸发器、分离柱、蒸发釜冷凝器，所述分离柱的上部设置有分离柱出料口，所述蒸发釜设置有分子蒸馏出口；

所述催化剂回收单元包括催化剂回收塔，所述催化剂回收塔设置有催化剂回收塔进料口、催化剂回收塔出料口和催化剂回收塔废料排放口；

所述反应釜的底部与所述分酸釜的顶部连通；

所述分酸釜的底部连通有第一分流控制器，所述第一分流控制器分别与所述水洗塔的下部和所述催化剂回收塔进料口连通；

所述水洗塔出料口与所述蒸发釜连通；

所述降膜蒸发器和所述分离柱分别设置在所述蒸发釜上，所述蒸发釜冷凝器设置在所述分离柱的顶部，所述分子蒸馏出口连通有第二分流控制器，且所述第二分流控制器与所述降膜蒸发器连通，并设置有分子蒸馏料出料口。

上述烷基化反应的装置中，优选的，所述第一分流控制器或所述第二分流控制器包括检测单元和分流单元；更优选的，所述检测单元包括PH计、黏度计、真空度计中的一种或几种的组合；所述分流单元包括电磁控制阀或气动控制阀。

上述第一分流控制器或上述第二分流控制器与计算机相连，并通过计算机控制液体分流。

上述检测单元主要通过检测流经液体的酸度、黏度或流经气体的真空度控制该液体或该气体的流向；

上述分流单元主要通过控制电磁控制阀或气动控制阀来控制其连通管路的开关，从而控制流经该分流控制器的液体或气体的流向。

上述烷基化反应的装置中，优选的，所述第二分流控制器的分子蒸馏料出料口连通有分子蒸馏装置。

上述烷基化反应的装置中，优选的，该装置还包括原料单元，所述原料单元包括原料一区、原料二区、催化剂区和脱盐水区；

所述原料一区、所述原料二区和所述催化剂区分别与所述反应釜的顶部连通，所述脱盐水区分别与所述分酸釜进水口和所述水洗塔进水口连通。

更优选的，所述原料一区和所述催化剂区分别与所述反应釜的顶部连通，所述原料二区的管道延伸至所述反应釜的底部。

上述烷基化反应的装置中，所述催化剂回收塔可以采用本领域常规的耐酸腐蚀的蒸馏装置。

上述烷基化反应的装置中，优选的，所述粗蒸单元还包括分相罐，且所述分相罐分别与所述分离柱出料口和所述原料二区连通，所述分相罐还设置有分相罐废水排放口。

更优选的，所述分相罐的顶部与所述分离柱出料口连通，所述分相罐的下部与所述原料二区连通，所述分相罐的底部设置有分相罐废水排放口。

本发明还提供一种烷基化反应的方法，该方法使用上述的烷基化反应的装置进行烷基化反应和反应原料的回收。

在上述烷基化反应的方法中，优选的，所述方法包括：

将间二甲苯、工业油酸和甲基磺酸(Methanesulfonic acid,MSA)分别经由原料二区、原料一区和催化剂区加入反应釜进行傅-克烷基化反应，得到第一混合物；

将间二甲苯、工业油酸和甲基磺酸分别经由原料二区、原料一区和催化剂区加入反应釜进行傅-克烷基化反应，得到第一混合物；

将所述第一混合物转至分酸釜，通过脱盐水区向分酸釜中加入脱盐水，分相后得到酸水混合物和羧酸粗品；并将所述酸水混合物转至催化剂回收塔，将所述羧酸粗品转至水洗塔；

将脱盐水经由所述脱盐水区加入所述水洗塔中进行萃取，得到第二混合物，并将其转至蒸发釜；分离出的废水由水洗塔废水排放口排出；

将所述第二混合物通过降膜蒸发器循环分离；将分离得到的芳基烷基羧酸由蒸发釜的分子蒸馏出口排出，进行后续蒸馏提纯，将分离得到的间二甲苯和水通过分离柱转至分相罐；

将分相罐中的间二甲苯和水分相，并将所述间二甲苯转至所述原料二区回收利用，将所述水通过分相罐废水排放口排出；

将所述酸水混合物中的甲基磺酸经由催化剂回收塔蒸发提纯后从催化剂回收塔出料口收集，其余废料从催化剂回收塔废料排放口排出。

更优选的，所述甲基磺酸经由所述催化剂回收塔蒸发提纯后转至上述催化剂区回收利用。

在上述烷基化反应的方法中，优选的，所述第一混合物包括芳基烷基羧酸、未反应的间二甲苯、甲基磺酸和焦油；所述酸水混合物包括脱盐水、甲基磺酸和焦油；所述羧酸粗品包括芳基烷基羧酸、未反应的间二甲苯、残留的甲基磺酸和水；所述第二混合物包括芳基烷基羧酸、未反应的间二甲苯和水。

在上述烷基化反应的方法中，优选的，所述傅-克烷基化反应的温度为130℃，压力为1.01-1.05MPa，时间为4h-8h。

在上述烷基化反应的方法中，优选的，所述第一混合物需冷却至50℃以下再转至所述分酸釜，且所述分酸釜的温度为50℃以下。

在上述烷基化反应的方法中，优选的，所述第二混合物经由所述降膜蒸发器循环分离，且所述降膜蒸发器的蒸发温度为180℃-210℃，压力为3-5kpa。

本发明提供的烷基化反应的装置及方法能在进行烷基化反应的同时对反应后的原料及制得的产物进行分离提纯，通过水洗单元和粗蒸单元回收未反应的原料，通过催化剂回收单元回收利用催化剂，减少了原材料的损耗，降低了成本。

附图说明

图1为本发明实施例1的烷基化反应的装置的结构示意图。

附图标号说明：

1反应釜；2分酸釜；3水洗塔；4降膜蒸发器；5蒸发釜；6分离柱；7蒸发冷凝器；8分相罐；9催化剂回收塔；1a第一分流控制器；2a第二分流控制器；

01-13为物流。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明可实施范围的限定。

以下结合说明书附图和实施例对本发明的原理和特征进行描述。

实施例1

本实施例提供一种烷基化反应的装置。如图1所示，该装置包括反应分酸单元，水洗单元、粗蒸单元和催化剂回收单元，所述反应分酸单元与所述水洗单元连通，所述水洗单元与所述粗蒸单元连通，所述催化剂回收单元与所述反应分酸单元连通。

在本实施例的烷基化反应装置中，该反应分酸单元包括反应釜1和分酸釜2，该分酸釜2的顶部还设置有分酸釜进水口；

该水洗单元包括水洗塔3，该水洗塔3的上部设置有水洗塔进水口，顶部设置有水洗塔出料口，底部设置有水洗塔废水排放口；

该粗蒸单元包括降膜蒸发器4、蒸发釜5、分离柱6和蒸发冷凝器7，分离柱6的上部设置有分离柱出料口，所述蒸发釜5设置有分子蒸馏出口；

该催化剂回收单元包括催化剂回收塔9，该催化剂回收塔为常规的耐强酸腐蚀的蒸馏塔，且设置有催化剂回收塔进料口、催化剂回收塔出料口和催化剂回收塔废料排放口；

反应釜1底部的输出管道连通分酸釜2的顶部；

分酸釜2底部的输出管道设置有第一分流控制器1a，该第一分流控制器1a连通水洗塔3的下部和催化剂回收塔9的催化剂回收塔进料口；

水洗塔3顶部的水洗塔出料口与蒸发釜5连通；

降膜蒸发器4和分离柱6均直接安装在上述蒸发釜5上，蒸发冷凝器7直接安装在上述分离柱6的顶部，且蒸发釜5底部分子蒸馏出口的输出管道设置有第二分流控制器2a，该第二分流控制器2a与降膜蒸发器4连通，并设置有分子蒸馏料出料口。

上述第一分流控制器1a和第二分流控制器2a均包括检测单元和分流单元，且都与计算机相连，由计算机控制液体分流。其中：

上述第一分流控制器1a的检测单元包括PH计，用以检测流经液体的PH值，并反馈给上述计算机；上述分流单元包括两个气动控制阀；计算机根据上述反馈的PH值做出判断，再通过控制气动控制阀分别控制连通水洗塔3和连通催化剂回收塔9的输出管道的开关，从而控制流经液体的流向；

上述第二分流控制器2a的检测单元包括真空度计，用以检测上述蒸发釜的真空度，并反馈给上述计算机；上述分流单元包括两个气动控制阀，计算机根据上述反馈的真空度值作出判断，再通过控制气动控制阀分别控制连通降膜蒸发器4和分子蒸馏装置的输出管道的开关，来控制流经液体的流向。

上述第二分流控制器2a的分子蒸馏料出料口连通有分子蒸馏装置，该分子蒸馏装置用以提纯烷基化反应的产物。

此外，本实施例的烷基化反应装置还包括原料单元，且该原料单元包括：原料一区，原料二区，催化剂区及脱盐水区；

原料一区、原料二区和催化剂区的输入管道均连通反应釜1的顶部，且原料二区的输入管道延伸至反应釜1的底部，脱盐水区设有两根输入管道，分别连通分酸釜2的分酸釜进水口和水洗塔3的水洗塔进水口。

在本实施例的烷基化反应装置中，粗蒸单元还包括分相罐8，该分相罐8顶部的输入管道连通分离柱6的分离柱出料口，该分相罐8下部的输出管道连接上述原料二区，且该输出管道与分相罐8的连通口位于该分相罐8的侧壁上，与该分相罐8底部的垂直距离为30cm，且该分相罐8的底部设置有分相罐废水排放口。

实施例2

实施例2提供一种烷基化反应的方法，用以合成芳基烷基羧酸。本实施例采用实施例1提供的烷基化反应的装置进行反应，并回收未反应的原料间二甲苯和催化剂MSA。其方法如下所示：

按顺序依次将282t/a的间二甲苯、872t/a的工业油酸和30t/a的MSA分别经物流04、物流03和物流02从对应的原料二区、原料一区和催化剂区加入反应釜1进行傅-克烷基化反应，得到第一混合物；

将该第一混合物经物流05转至分酸釜2，通过脱盐水区经物流01向分酸釜2中加入9t/a的脱盐水，经萃取后，大部分的MSA融于脱盐水中，分酸釜2中的溶液分层，分离出酸水混合物层和羧酸粗品层，其中该酸水混合物层位于该羧酸粗品层的下层；该酸水混合物层首先流过第一分流控制器1a，该第一分流控制器1a通过检测流经溶液的PH值，反馈给计算机，计算机判断该流经溶液的流向：当PH计检测到溶液的PH值小于等于6.5时，计算机判断该流经溶液为上述酸水混合物，从而启动分流单元的两个气动控制阀，打开物流12管道的开关，关闭物流06管道的开关，将流经该第一分流控制器1a的酸水混合物导向物流12，使其流向催化剂回收塔9进行蒸发提纯；而当第一分流控制器1a检测到的PH值大于6.5时，计算机判断该流经溶液为上述羧酸粗品，从而启动分流单元的两个气动控制阀，关闭物流12管道的开关，打开物流06管道的开关，将流经该第一分流控制器1a的羧酸粗品导向物流06，使其流向水洗塔3进一步去除残留的MSA；

通过脱盐水区经物流01向水洗塔3的塔顶加入2832t/a的脱盐水，经萃取后，上述羧酸粗品中残留的MSA也融于脱盐水中，水洗塔中的溶液分层，分离出第二混合物层和含有MSA的废水层，该第二混合物层位于该含有MSA的废水层的上层；该第二混合物层由水洗塔3顶部的水洗塔出料口经物流07进入蒸发釜5进行分离提纯，而该含有MSA的废水层则从水洗塔3的水洗塔废水排放口排出，经物流08流向后续的废水工段处理，该废水工段的废水流量为2841t/a；

上述第二混合物通过降膜蒸发器4循环分离后所得芳基烷基羧酸液从蒸发釜5底部的分子蒸馏出口排出，第二分流控制器2a的检测单元为真空度计，用于检测温度为190±10℃时蒸发釜5的压力，并反馈给计算机，计算机再判断芳基烷基羧酸液的流向：当真空度计检测到的压力大于2kpa时，计算机判断该芳基烷基羧酸液不合格，从而启动分流单元的两个气动控制阀，打开物流09管道的开关，关闭物流13管道的开关，将流经该第二分流控制器2a的芳基烷基羧酸液导向物流09，并通过回流泵使其流向降膜蒸发器4进一步进行蒸发提纯；而当真空度计检测到的压力小于等于2kpa时，计算机判断该芳基烷基羧酸液合格，从而启动分流单元的两个气动控制阀，关闭物流09管道的开关，打开物流13管道的开关，将流经该第二分流控制器2a的芳基烷基羧酸液导向物流13，使其进入分子蒸馏装置进行蒸馏提纯，且芳基烷基羧酸的产量为1035t/a；而粗蒸单元分离出的未反应的间二甲苯和极少量的水则通过分离柱6的分离柱出料口经物流10进入分相罐8进行分相；

将分相罐8中的间二甲苯和极少量的水分相，分相温度为室温，压力为常压，通过静置后，分相罐中溶液分层，分离出的水层位于间二甲苯层的下层，上述间二甲苯层从该分相罐8下部的输出管道经物流11返回上述原料单元的原料二区回收利用；定期(每月)打开分相罐8底部的分相罐废水排放口，将分离出的水层经管道流向废水工段处理，待水层排放完毕后，将该分相罐废水排放口关闭；

此外，上述酸水混合物中的MSA通过催化剂回收塔9蒸发提纯：催化剂回收塔首先在1kpa-5kpa下100-110℃加热塔釜，使酸水混合物中的水蒸发，并通过该催化剂回收塔9的催化剂回收塔废料排放口排出，此时催化剂回收塔9的催化剂回收塔出料口处于关闭状态；待水完全蒸发后，继续加热塔釜至160-200℃，使MSA蒸发分离，并从该催化剂回收塔9的催化剂回收塔出料口收集，然后返回至原料单元的催化剂区回收利用，此时催化剂回收塔废料排放口处于关闭状态；待MSA回收完全后，剩余的焦油则直接从催化剂回收塔9的催化剂回收塔废料排放口排出。

本实施例中，第一混合物包括产物芳基烷基羧酸、未反应的间二甲苯、MSA及杂质焦油；所述的酸水混合物包括脱盐水、焦油及大部分MSA；所述的羧酸粗品包括芳基烷基羧酸、未反应的间二甲苯、水及少量MSA；所述的第二混合物包括芳基烷基羧酸、未反应的间二甲苯及少量的水。

本实施例中，傅-克烷基化反应的温度为130℃，压力为1.03MPa，时间为4h-8h。

本实施例中，第一混合物需冷却至50℃再转至所述分酸釜2，且所述分酸釜2的温度为50℃。

本实施例中，第二混合物通过降膜蒸发器4循环分离，该降膜蒸发器4的操作温度为210℃，压力为3kpa。

由此可见，本发明实施例1-2提供的烷基化反应的装置及方法，能在进行烷基化反应的同时对制得的产物及未反应的原料进行分离提纯，通过水洗单元和粗蒸单元回收原料间二甲苯，通过催化剂回收单元回收催化剂MSA，减少了原材料的损耗，降低了成本。且本发明实施例1-2适用于芳烃烷基化，特别是针对含双键油脂与芳香烃的烷基化，在驱油用表面活性剂研制领域具有广泛应用前景

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种烷基化反应的装置，其特征在于，该装置包括反应分酸单元、水洗单元、粗蒸单元和催化剂回收单元，所述反应分酸单元与所述水洗单元连通，所述水洗单元与所述粗蒸单元连通，所述催化剂回收单元与所述反应分酸单元连通；

所述反应分酸单元包括反应釜和分酸釜，所述分酸釜的顶部设置有分酸釜进水口；

所述水洗单元包括水洗塔，所述水洗塔的上部设置有水洗塔进水口，顶部设置有水洗塔出料口，底部设置有水洗塔废水排放口；

所述粗蒸单元包括蒸发釜、降膜蒸发器、分离柱、蒸发釜冷凝器，所述分离柱的上部设置有分离柱出料口，所述蒸发釜设置有分子蒸馏出口；

所述催化剂回收单元包括催化剂回收塔，所述催化剂回收塔设置有催化剂回收塔进料口、催化剂回收塔出料口和催化剂回收塔废料排放口；

所述反应釜的底部与所述分酸釜的顶部连通；

所述分酸釜的底部连通有第一分流控制器，所述第一分流控制器分别与所述水洗塔的下部和所述催化剂回收塔进料口连通；

所述水洗塔出料口与所述蒸发釜连通；

所述降膜蒸发器和所述分离柱分别设置在所述蒸发釜上，所述蒸发釜冷凝器设置在所述分离柱的顶部，所述分子蒸馏出口连通有第二分流控制器，且所述第二分流控制器与所述降膜蒸发器连通，并设置有分子蒸馏料出料口；

该装置还包括原料单元，所述原料单元包括原料一区、原料二区、催化剂区和脱盐水区；

所述原料一区、所述原料二区和所述催化剂区分别与所述反应釜的顶部连通，所述脱盐水区分别与所述分酸釜进水口和所述水洗塔进水口连通；

所述粗蒸单元还包括分相罐，且所述分相罐分别与所述分离柱出料口和所述原料二区连通，所述分相罐还设置有分相罐废水排放口。

2.根据权利要求1所述的烷基化反应的装置，其特征在于，所述第一分流控制器或所述第二分流控制器包括检测单元和分流单元；所述检测单元包括PH计、黏度计、真空度计中的一种或几种的组合；所述分流单元包括电磁控制阀或气动控制阀。

3.一种烷基化反应的方法，其特征在于，该方法使用权利要求1或2所述的烷基化反应的装置进行烷基化反应和反应原料的回收；

所述方法包括：

将间二甲苯、工业油酸和甲基磺酸分别经由原料二区、原料一区和催化剂区加入反应釜进行傅-克烷基化反应，得到第一混合物；

将所述第一混合物转至分酸釜，通过脱盐水区向分酸釜中加入脱盐水，分相后得到酸水混合物和羧酸粗品；并将所述酸水混合物转至催化剂回收塔，将所述羧酸粗品转至水洗塔；

将脱盐水经由所述脱盐水区加入所述水洗塔中进行萃取，得到第二混合物，并将其转至蒸发釜；分离出的废水由水洗塔废水排放口排出；

将所述第二混合物通过降膜蒸发器循环分离；将分离得到的芳基烷基羧酸由蒸发釜的分子蒸馏出口排出，进行后续蒸馏提纯，将分离得到的间二甲苯和水通过分离柱转至分相罐；

将分相罐中的间二甲苯和水分相，并将所述间二甲苯转至所述原料二区回收利用，将所述水通过分相罐废水排放口排出；

将所述酸水混合物中的甲基磺酸经由催化剂回收塔蒸发提纯后从催化剂回收塔出料口收集，其余废料从催化剂回收塔废料排放口排出。

4.根据权利要求3所述的烷基化反应的方法，其特征在于，所述第一混合物包括芳基烷基羧酸、未反应的间二甲苯、甲基磺酸和焦油；所述酸水混合物包括脱盐水、甲基磺酸和焦油；所述羧酸粗品包括芳基烷基羧酸、未反应的间二甲苯、残留的甲基磺酸和水；所述第二混合物包括芳基烷基羧酸、未反应的间二甲苯和水。

5.根据权利要求3所述的烷基化反应的方法，其特征在于，所述傅-克烷基化反应的温度为130℃-150℃，压力为1.01-1.05MPa，时间为4h-8h。

6.根据权利要求3所述的烷基化反应的方法，其特征在于，所述第一混合物需冷却至50℃以下再转至所述分酸釜，且所述分酸釜的温度为50℃以下。

7.根据权利要求3所述的烷基化反应的方法，其特征在于，所述第二混合物经由所述降膜蒸发器循环分离，且所述降膜蒸发器的蒸发温度为180℃-210℃，压力为3-5kpa。