CN105536676A - 一种设有循环酸进料分布管的卧式烷基化反应器 - Google Patents

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Abstract

一种设有循环酸进料分布管的卧式烷基化反应器，它包括本体、导向盘、机械密封系统和电动机，本体分别设有冷剂入口、冷剂出口、反应产物及酸出口、原料进口、循环酸入口、废酸出口、混合物出口、安全阀口；本体内设有内循环套筒，本体后端的导向盘通过机械密封系统与电动机连接；内循环套筒内设有U型管换热管束，内循环套筒末端与导向盘之间设有螺旋桨，螺旋桨的主轴置于机械密封系统，并通过联轴器与电动机连接；循环酸入口连有循环酸进料分布管，该循环酸进料分布管的末端为堵头，该堵头有开孔；原料进口连接原料分布管。本发明使其循环酸通过孔隙呈喷射状与原料混合，直达螺旋桨前部，达到酸与物料混合充分，分散均匀，有利于烷基化反应进行。

Description

一种设有循环酸进料分布管的卧式烷基化反应器
技术领域
本发明属于炼化设备领域，涉及一种卧式烷基化反应器，尤其涉及一种设有循环酸进料分布管的卧式烷基化反应器。
背景技术
卧式烷基化反应器为卧式偏心双支点内置U型管换热器式搅拌反应器，属Ⅱ类压力容器，是催化剂（H2SO4）法烷基化反应中关键设备（催化剂为90%~98%浓硫酸）。反应原料（石油液化气C4馏分，主要成分异丁烷和丁烯）在浓硫酸作用下，发生烷基加成反应，生成带多种支链的烷烃混合物，统称为烷基化油。该反应是液相放热反应，较低的反应温度有利于反应平衡向正方向进行，但会降低反应速率；较高的反应温度有利于提高反应速率，但会抑制反应平衡向正方向进行，降低反应产物的收率。因此，该烷基加成反应需要有一个最适宜的反应温度，控制反应在最适宜的反应温度下进行，不但能加快反应速率，而且能提高反应产物的收率。反应过程中，浓硫酸为连续相，反应原料为分散相，为了防止反应过程中温升过高，必须使浓硫酸过量，反应原料少量；为了使反应原料中的丁烯反应完全，反应原料配比必须是大量的异丁烷＋少量的丁烯，因此，进入卧式烷基化反应器参与反应物料的特点是含有大量浓硫酸、中量异丁烷及少量的丁烯。而为了使反应进行得彻底完全，对进入到卧式烷基化反应器的各种物料分散混合的均匀程度对烷基加成反应十分重要。
专利卧式烷基化反应器（专利号ZL200520078557.3）虽然采用鞍式支座直接卧置于地面基础，没有立式大型框架，操作方便；电动机与螺旋搅拌器直联，结构简单，易于对中，动力消耗小；取热器采用U型换热管束，易于抽出，方便检修。但该烷基化反应器循环酸进口对于循环酸分配效果不理想，效率还未达到预期，需要继续提高酸与原料混合的均匀性。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中存在的问题，提供一种有效改善循环酸分配效果的设有循环酸进料分布管的卧式烷基化反应器。
本发明的一种设有循环酸进料分布管的卧式烷基化反应器，它包括本体、导向盘、机械密封系统和电动机，所述本体分别设有冷剂入口、冷剂出口、反应产物及酸出口、原料进口、循环酸入口、废酸出口、混合物出口、安全阀口；所述本体内设有内循环套筒，本体后端的导向盘通过机械密封系统与电动机连接；所述内循环套筒内设有U型管换热管束，内循环套筒末端与所述导向盘之间设有螺旋桨，螺旋桨的主轴置于机械密封系统，并通过联轴器与所述电动机连接；所述循环酸入口连有循环酸进料分布管，该循环酸进料分布管的末端为堵头，该堵头有开孔；所述原料进口连接原料分布管。
所述堵头的结构为盲板、圆形封头、喇叭状扩散管或带圆形封头喇叭状扩散管。
所述循环酸入口的中心线与所述循环酸进料分布管的中心线及所述原料分散管的中心线处于同一水平面，可为同心或不同心。
所述盲板上开20~100个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔或椭圆孔，按错位方式分布或不按错位方式分布，循环酸进料分布管“L”直管段上不开孔或开20~1000个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔、椭圆孔或长圆孔等，按错位方式分布或不按错位方式分布。
所述圆形封头为椭圆封头、球形封头或蝶形封头，在圆形封头上开20~100个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔或椭圆孔，按错位方式分布或不按错位方式分布，循环酸进料分布管“L”直管段上不开孔或开20~1000个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔、椭圆孔或长圆孔，按错位方式分布或不按错位方式分布。
所述喇叭状扩散管角度α为1°~89°，扩散管大端盲板封死，在盲板开20~100个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔、椭圆孔或长圆孔，按错位方式分布或不按错位方式分布，循环酸进料分布管“L”直管段上不开孔或开20~1000个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔、椭圆孔或长圆孔，按错位方式分布或不按错位方式分布。
所述带圆形封头喇叭状扩散管角度α范围1°~89°，扩散管大端设有圆形封头，圆形封头为椭圆封头、球形封头或蝶形封头，在圆形封头上开20~200个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔或椭圆孔，按错位方式分布或不按错位方式分布，循环酸进料分布管“L”直管段上可不开孔或开20~1000个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔、椭圆孔或长圆孔，按错位方式分布或不仅限于错位方式分布。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明中循环酸进料分布管内伸反应器长度加长，直达螺旋桨前部，且穿过原料分散管，利于循环酸与原料进行充分混合反应。轴向段在螺旋桨前的部位用筋板固定于循环套筒体上，有效抵御流体对循环酸进料分布管的冲击，抑制轴向段进料管的振动。
2、本发明中的循环酸进料分布管，该循环酸进料分布管的末端设为堵头结构，在所述堵头结构上开孔，使其循环酸通过孔隙呈喷射状与原料混合，直达所述螺旋桨前部，达到酸与物料混合充分，分散均匀，有利于烷基化反应进行。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步详细的说明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中循环酸进料分布管末端设有盲板示意图。
图3为本发明中循环酸进料分布管末端设有圆形封头示意图。
图4为本发明中循环酸进料分布管末端设有喇叭状扩散管示意图。
图5为本发明中循环酸进料分布管末端设有带圆形封头喇叭状扩散管示意图。
图中：1—U型管换热管束2—本体201—冷剂入口202—冷剂出口203—反应产物及酸出口204—原料进口205—循环酸入口206—废酸出口207—混合物出口208—安全阀口3—导向盘4—机械密封系统5—电动机6—螺旋桨7—原料分布管8—内循环套筒9—循环酸进料分布管“L”直管段。
具体实施方式
如图1的一种设有循环酸进料分布管的卧式烷基化反应器，它包括本体2、导向盘3、机械密封系统4和电动机5，本体2分别设有冷剂入口201、冷剂出口202、反应产物及酸出口203、原料进口204、循环酸入口205、废酸出口206、混合物出口207、安全阀口208；本体2内设有内循环套筒8，本体2后端的导向盘3通过机械密封系统4与电动机5连接；内循环套筒8内设有U型管换热管束1，内循环套筒8末端与所述导向盘3之间设有螺旋桨6，螺旋桨6的主轴置于机械密封系统4，并通过联轴器与所述电动机5连接；循环酸入口205连有循环酸进料分布管，该循环酸进料分布管的末端为堵头，该堵头有开孔；原料进口204连接原料分布管7。堵头的结构为盲板、圆形封头、喇叭状扩散管或带圆形封头喇叭状扩散管。循环酸入口205的中心线与所述循环酸进料分布管的中心线及所述原料分散管7的中心线处于同一水平面，可为同心或不同。
如图2的盲板上开20~100个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔或椭圆孔，按错位方式分布或不按错位方式分布，循环酸进料分布管“L”直管段9上不开孔或开20~1000个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔、椭圆孔或长圆孔等，按错位方式分布或不按错位方式分布。
如图3的圆形封头为椭圆封头、球形封头或蝶形封头，在圆形封头上开20~100个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔或椭圆孔，按错位方式分布或不按错位方式分布，循环酸进料分布管“L”直管段9上不开孔或开20~1000个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔、椭圆孔或长圆孔，按错位方式分布或不按错位方式分布。
如图4的喇叭状扩散管角度α为1°~89°，扩散管大端盲板封死，在盲板开20~100个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔、椭圆孔或长圆孔，按错位方式分布或不按错位方式分布，循环酸进料分布管“L”直管段9上不开孔或开20~1000个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔、椭圆孔或长圆孔，按错位方式分布或不按错位方式分布。
如图5的带圆形封头喇叭状扩散管角度α范围1°~89°，扩散管大端设有圆形封头，圆形封头为椭圆封头、球形封头或蝶形封头，在圆形封头上开20~200个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔或椭圆孔，按错位方式分布或不按错位方式分布，循环酸进料分布管“L”直管段9上可不开孔或开20~1000个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔、椭圆孔或长圆孔，按错位方式分布或不仅限于错位方式分布。使其循环酸通过孔隙呈喷射状与原料混合，直达所述螺旋桨前部附近。
催化剂法烷基化工艺是以石油液化气C4馏分（主要成分异丁烷和丁烯）为原料生产高辛烷值汽油组分（烷基化油）的炼油工艺。
本发明专利目的在于通过该反应器使物料与催化剂（浓硫酸）达到充分混合与乳化、流动和循环，并且确保换热管束及时带走反应热以达到更好反应的目的，生产出以异辛烷为主要成分的烷基化油。该反应器其特征包括电动机5与螺旋桨6通过联轴器直联，反应器本体2与内循环筒体8组成卧式容器，用以完成酸、原料乳化液的混合和循环。催化剂（H2SO4）与原料分别通过循环酸入口205和原料进口204，经入口分散管7和循环酸进料分布管9在直达螺旋桨叶轮处进行反应，经螺旋桨叶轮快速旋转形成强烈切割和激烈搅拌，使酸和原料呈乳化状态。混合的乳液在反应器导向盘3折返，沿着内循环套筒8和反应器本体2的环隙流向冷却管束一端，在管束的头部再折返进入内循环套筒8内部，重新流向螺旋桨一端，形成一个高速循环的物流。完成烷基化反应的反应产物在反应产物及酸出口203上升去酸沉降罐进行酸烃分离，分离出的反应产物烃相进入下一环节，酸相循环回反应器继续参与烷基化反应。
内置U型管换热管束1通过冷剂入口202通入反应流出物，通过反应流出物闪蒸过程取走反应器内反应热，为反应提供了适宜的温度条件，抑制了烷基化副反应发生。由于反应器内部循环流率很高，有利于热量扩散，从而使各点反应温度基本接近。
螺旋桨6的高速旋转还促进了液体的高速流动，强化了管束的传热效果。螺旋桨6较高的旋转还使得酸和原料剧烈运动，原料迅速分散在酸乳化液中，保证了酸、原料的充分接触、反应。反应器的这些结构特点，有利于提高烷基化油收率和质量。
在反应器本体2上还设有安全阀口208，及在检维修时使用的废酸出口206、混合物出口207等。
在反应器及管口上还设有温度计口、压力表口、吹扫口等配套电仪管口，以提高自动化水平和设备的运行监测。

Claims (7)

1.一种设有循环酸进料分布管的卧式烷基化反应器，其特征在于：它包括本体（2）、导向盘（3）、机械密封系统（4）和电动机（5），所述本体（2）分别设有冷剂入口（201）、冷剂出口（202）、反应产物及酸出口（203）、原料进口（204）、循环酸入口（205）、废酸出口（206）、混合物出口（207）、安全阀口（208）；所述本体（2）内设有内循环套筒（8），本体（2）后端的导向盘（3）通过机械密封系统（4）与电动机（5）连接；所述内循环套筒（8）内设有U型管换热管束（1），内循环套筒（8）末端与所述导向盘（3）之间设有螺旋桨（6），螺旋桨（6）的主轴置于机械密封系统（4），并通过联轴器与所述电动机（5）连接；所述循环酸入口（205）连有循环酸进料分布管，该循环酸进料分布管的末端为堵头，该堵头有开孔；所述原料进口（204）连接原料分布管（7）。
2.如权利要求1所述的一种设有循环酸进料分布管的卧式烷基化反应器，其特征在于：所述堵头的结构为盲板、圆形封头、喇叭状扩散管或带圆形封头喇叭状扩散管。
3.如权利要求1所述的一种设有循环酸进料分布管的卧式烷基化反应器，其特征在于：所述循环酸入口（205）的中心线与所述循环酸进料分布管的中心线及所述原料分散管（7）的中心线处于同一水平面，可为同心或不同心。
4.如权利要求2所述的一种设有循环酸进料分布管的卧式烷基化反应器，其特征在于：所述盲板上开20~100个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔或椭圆孔，按错位方式分布或不按错位方式分布，循环酸进料分布管“L”直管段（9）上不开孔或开20~1000个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔、椭圆孔或长圆孔等，按错位方式分布或不按错位方式分布。
5.如权利要求2所述的一种设有循环酸进料分布管的卧式烷基化反应器，其特征在于：所述圆形封头为椭圆封头、球形封头或蝶形封头，在圆形封头上开20~100个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔或椭圆孔，按错位方式分布或不按错位方式分布，循环酸进料分布管“L”直管段（9）上不开孔或开20~1000个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔、椭圆孔或长圆孔，按错位方式分布或不按错位方式分布。
6.如权利要求2所述的一种设有循环酸进料分布管的卧式烷基化反应器，其特征在于：所述喇叭状扩散管角度α为1°~89°，扩散管大端盲板封死，在盲板开20~100个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔、椭圆孔或长圆孔，按错位方式分布或不按错位方式分布，循环酸进料分布管“L”直管段（9）上不开孔或开20~1000个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔、椭圆孔或长圆孔，按错位方式分布或不按错位方式分布。
7.如权利要求2所述的一种设有循环酸进料分布管的卧式烷基化反应器，其特征在于：所述带圆形封头喇叭状扩散管角度α范围1°~89°，扩散管大端设有圆形封头，圆形封头为椭圆封头、球形封头或蝶形封头，在圆形封头上开20~200个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔或椭圆孔，按错位方式分布或不按错位方式分布，循环酸进料分布管“L”直管段（9）上可不开孔或开20~1000个φ5~φ30分散孔，孔型为圆孔、椭圆孔或长圆孔，按错位方式分布或不仅限于错位方式分布。
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