CN105400544B - 一种使用多级循环流反应器制备烷基化油的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用多级循环流反应器制备烷基化油的方法。分为反应和压缩两个工段；在反应工段中使用多级循环流反应器；压缩工段为在反应器顶部排出的气相出口设置气体压缩机。多级循环流反应器包括壳体、导流筒、内套筒、油酸分离段、内套筒规整填料和液烃分布器；反应器中内套筒和上下相邻的导流筒组成一级反应段，由2～6级反应段组成，油酸分离段位于多级反应段的上部。本发明采用多级循环流反应器作为烷基化反应器，整个过程中没有大功率搅拌设备，全部能耗仅为一台C4压缩机，节能效果明显，在多级循环流反应器内部硫酸和反应物料接触充分混合均匀，酸消耗量小，异辛烷产量高。没有转动部件降低了泄露的可能性，保证装置长周期平稳运行。

Description

一种使用多级循环流反应器制备烷基化油的方法

技术领域

本发明涉及石油化工领域烷基化油的制备工艺，特别是采用浓硫酸作为催化剂制备烷基化油的方法。具体为一种使用多级循环流反应器制备烷基化油的方法。

背景技术

烷基化油(主要包含三甲基戊烷TMP和二甲基己烷DMH)是烷烃与烯烃烷基化反应的主要产物，具有辛烷值高、敏感度好、蒸汽压低、沸点范围宽、燃烧热值高，几乎不含芳烃、硫和烯烃，不污染环境等优点，因此是一种最为理想的清洁汽油。随着汽车工业的飞速发展以及人类对环境保护的日益重视，世界各国对成品油都做出了更为严格的规定，限制车用汽油中芳烃含量、烯烃含量、蒸汽压等指标，无铅高辛烷值汽油的需求量不断增加，烷基化油成为新配方汽油的理想组分受到社会的广泛关注。

烷基化反应是石油炼制工业的重要过程之一，主要有硫酸法烷基化技术和氢氟酸法烷基化技术，在硫酸和氢氟酸催化剂的作用下，异丁烷与丁烯反应得到烷基化油。目前国内新建装置多采用硫酸烷基化工艺。传统的硫酸法烷基化工艺反应器均设有至少一个大功率搅拌器进行油酸混合，高速旋转的叶轮使反应器内部的物流由于叶轮吸力、线速度差等造成一些流体的空穴，从而使硫酸和烃类获得比较好的分散和混合，但是大功率搅拌器的存在导致整个工艺流程能耗高，宜泄露，不容易连续生产，操作环境差等缺点。

发明US7652187公开了一种C3－C5烯烃与异丁烷的硫酸烷基化反应方法，取消传统的机械搅拌方式，采用喷射器对反应物料和催化剂进行混合并反应，但硫酸烷基化反应过程中硫酸与烃类物料的密度差较大，喷射混合的效果需要进一步提高。

US5785933公开了一种硫酸作为催化剂的烷基化反应器系统，反应器内部通过设置挡板和切向高置的多个注射管道入口，使烃类和催化剂在反应器内形成混合搅拌，从而取消机械运动部件。该技术利用静态混合器的原理设计了硫酸催化烷基化反应器，但是混合效果需要进一步提高。

专利CN101104570A公开了一种烷基化反应系统。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％体积的规整填料。反应物依靠规整填料的自身压降使烃类气化维持反应温度。该工艺和US5785933类似都是采用 静态混合器的原理使得硫酸和烃类混合。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用多级循环流反应器制备烷基化油的工艺，该工艺具有工艺流程短、操作弹性大、能耗低等特点，特别适用于异丁烷和异丁烯在硫酸作为催化剂，生产高辛烷值烷基化油的过程。

为了解决上述问题，本发明是通过以下技术实现的:

一种使用多级循环流反应器制备烷基化油的方法，分为反应和压缩两个工段；在反应工段中使用多级循环流反应器；压缩工段为在反应器顶部排出的气相出口设置气体压缩机。

多级循环流反应器包括壳体、导流筒、内套筒、油酸分离段、内套筒规整填料和液烃分布器；反应器中内套筒和上下相邻的导流筒组成一级反应段，由2～6级反应段组成，油酸分离段位于多级反应段的上部。

反应器设置有气体C4进料口、液烃进料口、新鲜硫酸进料口、废酸出料口、C4气相出口和烷基化油出口；C4气相出口和废酸出料口分别位于顶部和底部封头处，气相C4进料口位于反应器底部，液烃进料口位于导流筒上的内套筒内，新鲜硫酸进料口位于油酸分离段底部，烷基化油出口位于油酸分离段底部。

所述的反应器中内套筒的流道面积占壳体流道面积的25％～75％。

所述的反应器中每一级反应段的内套筒内都装有规整填料。

所述的反应器中导流筒为圆台式结构，其侧面与底面的夹角为45°～60°，上下底面的直径比在0.3～0.6，导流筒下底面与壳体的间隙为5～30mm。

反应器的压力为1.1～2.0bar。反应器的操作温度为5～13℃。

硫酸和丁烯质量进料的比值为0.2～0.8：1。

上述气体压缩机产生的气相C4的压力在3～5bar。

所述的烷基化反应器中每一级反应段的内套筒内都装有规整填料；

催化剂硫酸从新鲜硫酸进料口进入，在反应器内完成催化作用后从反应器底部的废酸出料口采出；液相C4烃在反应器下部不同高度处的液烃进料口经液烃分布器进入反应器；气相C4烃由反应器底部的气相C4进料口进入反应器。在反应器内，气相C4自下而上运动，硫酸自上向下运动。对于每一级反应段内套筒内的气相C4烃含量远远大于内套筒和壳体间的气相含量，这样就在内套筒内外形成压力差，使得浓硫酸和液相反应物料随着气相C4烃在内套筒内向上运动，在内套筒与壳体之间向下流动，形成内部循环流。在内套筒规整填料的作用下， 浓硫酸和液相反应物充分接触混合，并发生烷基化反应，生成的烷基化油和未反应完全的液相C4烃在气相C4的携带下，在反应器上部的油酸分离段富集并采出。本反应为放热反应，控制反应器的压力为1.1～2.0bar(绝压，下同)，反应热以C4蒸发的形式在顶部移出，催化剂废硫酸从反应器底部废酸出料口采出。

在压缩工段的使用主要设备为气体压缩机，在反应器顶部排出的气相设置气体压缩机，因0.在反应器顶部排出的气相C4压力较低，无法进入后续系统，必须将该股气相C4压缩增压。压缩后的气相C4一部分返回循环流反应器作为浓硫酸和液相反应物料混合的动力，一部分返回C4烷烃储罐。

所述的烷基化油制备工艺中，烷基化反应器的操作温度为5～13℃，反应热通过C4蒸发的形式移出。

所述的烷基化油制备工艺中，新鲜硫酸和丁烯质量进料的比值为0.2～0.8：1。

所述压缩工段产生的气相C4的压力在3～5bar(绝压，下同)，该气相C4一部分返回至烷基化反应器内作为浓硫酸和液相反应物料混合的动力，一部分返回C4烷烃储罐。

对比于传统工艺，本发明的优点在于：

1.本工艺采用多级循环流反应器作为烷基化反应器，在反应器内部硫酸和反应物料充分接触混合，不仅提高烷基化油质量而且降低硫酸的使用量。

2.本工艺使用多级循环流反应器，取消了大功率搅拌器，节能效果显著，没有转动部件降低了泄露的可能性，保证装置的低耗长周期平稳运行。

3.本工艺的主要设备有多级循环流反应器和C4压缩机，设备少，工艺流程短，减少设备投资。

4.本工艺将传统的烷基化反应器由卧式改为立式，占地面积小。

附图说明

图1-多级循环流反应器结构图；

其中：A-多级循环流反应器；B-C4压缩机；C-壳体；D-导流筒；E-内套筒；F-内套筒规整填料；G-液烃分布器；H-气相C4进料口；I-液烃进料口；J-C4气相出口；K-新鲜硫酸进料口；L-废酸出料口；M-烷基化油出口；N-油酸分离段。

图2-工艺流程图；

流股：1-液相C4烷烃；2-常温液相C4烯烃；3-气相C4；4-气相C4返回；5-气相C4进料；6-烷基化油；7-新鲜硫酸；8-废硫酸。

具体实施方式

下面结合附图1和2进行详细说明：

一种使用多级循环流反应器制备烷基化油的方法，其主要目的采用多级循环流反应器作为烷基化反应器生产烷基化油。这主要是通过以下工艺实现的：

在反应工段中使用多级循环流反应器；烷基化反应器结构由壳体、导流筒、内套筒、油酸分离段、内套筒规整填料、液烃分布器组成。烷基化反应器工艺口有气体C4进料口、液烃进料口、新鲜硫酸进料口、废酸出料口、C4气相出口、烷基化油出口，其中C4气相出口和废酸出料口分别位于顶部和底部封头处，气相C4进料口位于反应器底部，液烃进料口位于导流筒上的内套筒内，新鲜硫酸进料口位于油酸分离段底部，烷基化油出口位于油酸分离段底部；烷基化反应器中内套筒和上下相邻的导流筒组成一级反应段，该烷基化反应器由2～6级反应段组成，油酸分离段位于多级反应段的上部；

所述的烷基化反应器中内套筒的流道面积占壳体流道面积的25％～75％；

所述的烷基化反应器中每一级反应段的内套筒内都装有规整填料；

所述的烷基化反应器中导流筒为圆台式结构，其侧面与底面的夹角α为45°～60°之间，上下底面的直径比在0.3～0.6之间，导流筒下底面与壳体的间隙λ为5～30mm；

在反应工段，催化剂新鲜硫酸7从新鲜硫酸进料口K进入，在反应器内完成催化作用后从反应器底部的废酸出料口L采出；液相C4烷烃1和常温液相C4烯烃2混合后在反应器下部不同高度处的液烃进料口I经液烃分布器G进入反应器A；气相C4进料5由反应器底部的气相C4进料口H进入反应器A。在反应器内，气相C4自下而上运动，硫酸自上向下运动。对于每一级反应段内套筒E内的气相C4烃含量远远大于内套筒E和壳体C间的气相含量，这样就在内套筒E内外形成压力差，使得浓硫酸和液相反应物料随着气相C4烃在内套筒E内向上运动，在内套筒E与壳体C之间向下流动，形成内部循环流。在内套筒规整填料F的作用下，浓硫酸和液相反应物充分接触混合，并发生烷基化反应，生成的烷基化油和未反应完全的液相C4烃在气相C4的携带下，在反应器上部富集，烷基化油6从烷基化油出口M采出。本反应为放热反应，控制反应器的压力为微正压，反应热以C4蒸发的形式在顶部移出，催化剂废硫酸8从反应器底部废酸出料口L采出。

在压缩工段，由于反应器顶部排出的气相C4压力较低，无法进入后续系统，使用气体压缩机将该股气相C4压缩增压。压缩后的气相C4一部分返回循环流反应器作为浓硫酸和液相反应物料混合的动力，一部分返回C4烷烃储罐。

本发明提出一种使用多级循环流反应器制备烷基化油的工艺，其主要由反应工段和压缩 工段两个部分组成。

本发明提出的烷基化油制备工艺采用多级循环流反应器作为烷基化反应器该多级循环流反应器的具有的特征为：

1.内套筒和上下相邻的导流筒组成一级反应段，该烷基化反应器由2～6级反应段组成；

2.内套筒的流道面积占壳体流道面积的25％～75％，内套筒的长度在0.5m～2.0m之间；

3.每一级反应段的内套筒内都装有规整填料；

4.导流筒为圆台式结构，其侧面与底面的夹角为45°～60°之间，上下底面的直径比在0.3～0.6之间；导流筒下底面与壳体留有5～30mm的空隙。

本发明提出的烷基化油制备工艺中，烷基化反应器的操作温度为5～13℃，反应热通过C4蒸发的形式移出。

本发明提出的烷基化油制备工艺中，新鲜硫酸和丁烯质量进料的比值为0.2～0.8：1。

本发明提出的使用多级循环流反应器制备烷基化油的工艺中，压缩工段产生的气相C4的压力在3～5bar，该气相C4一部分返回至烷基化反应器内作为浓硫酸和液相反应物料混合的动力，一部分返回C4烷烃储罐。

代表例：

以每小时生产38kg异辛烷的烷基化装置为例。液相C4烷烃1的进料量约为150kg/h，进料压力为7bar，温度为28℃；常温液相C4烯烃2进料量约为60kg/h，其中丁烯含量大约为15％，进料压力为8bar，进料温度为-8℃；气相C45进料量为40.6kg/h，进料压力为2bar，进料温度为36℃；新鲜硫酸7为常温进料，进料量为4kg/h。烷基化反应器A的操作压力为1.3bar，操作温度约为5.6℃。在此条件下，硫酸和烃类混合的效果为完全分层时间4分钟，小于传统反应器分层时间1～2分钟，反应器顶部烷基化油6的流量为92.3kg/h，其中异辛烷含量为41％，废酸8的消耗量为每小时4kg/h。表1为具体实施例。

表1

以此工艺进行，整个过程中没有大功率搅拌设备，全部能耗仅为一台C4压缩机，节能效果明显，在多级循环流反应器内部硫酸和反应物料接触充分混合均匀，酸消耗量小，异辛烷产量高。

以上所述实例仅是充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种使用多级循环流反应器制备烷基化油的方法，分为反应和压缩两个工段；其特征是在反应工段中使用多级循环流反应器；压缩工段为在反应器顶部排出的气相出口设置气体压缩机；多级循环流反应器包括壳体、导流筒、内套筒、油酸分离段、内套筒规整填料和液烃分布器；反应器中内套筒和上下相邻的导流筒组成一级反应段，由2～6级反应段组成，油酸分离段位于多级反应段的上部；反应器设置有气体C4进料口、液烃进料口、新鲜硫酸进料口、废酸出料口、C4气相出口和烷基化油出口；C4气相出口和废酸出料口分别位于顶部和底部封头处，气相C4进料口位于反应器底部，液烃进料口位于导流筒上的内套筒内，新鲜硫酸进料口位于油酸分离段底部，烷基化油出口位于油酸分离段底部。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的反应器中内套筒的流道面积占壳体流道面积的25％～75％。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的反应器中每一级反应段的内套筒内都装有规整填料。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的反应器中导流筒为圆台式结构，其侧面与底面的夹角为45°～60°，上下底面的直径比在0.3～0.6，导流筒下底面与壳体的间隙为5～30mm。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是反应器的压力为1.1～2.0bar。

6.如权利要求1所述的方法，其特征是反应器的操作温度为5～13℃。

7.如权利要求1所述的方法，其特征是硫酸和丁烯质量进料的比值为0.2～0.8：1。

8.如权利要求1所述的方法，其特征是气体压缩机产生的气相C4的压力在3～5bar。