CN106563402A - 一种改进后的卧式烷基化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种改进后的卧式烷基化反应器，包括本体。本体内设内循环套筒，后端设导向盘；内循环套筒内设U型管换热管束；导向盘连有电动机；内循环套筒末端与导向盘之间设有螺旋桨，该螺旋桨的主轴上设有密封系统并与电动机直联。密封系统为双端面干气密封，并通过轴套组件与螺旋桨主轴相连；轴套组件上分别设有弹簧座、压盖；弹簧座的两侧分别设有压环、动环、静环；压盖中分别设有氮气或仪表风入口、泄露气出口、冲洗口，其末端设有一组驱动环；U型管换热管束上分别设有支撑圈、防振动栅栏；原料进口连有原料进口管，该原料进口管的末端连有2个并列设置的原料分散管。本发明可有效改善反应效果、提高反应效率、延长连续运转时间。

Description

一种改进后的卧式烷基化反应器

技术领域

本发明涉及一种卧式烷基化反应器，尤其涉及一种改进后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 ZL 200520078557.3）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，但该烷基化反应器在生产操作过程中存在以下缺点和不足：

⑴原方案采用机械密封，该机械密封转速低、振动大、摩擦发热较大，需要强制冷却，系统较复杂；检修、更换频繁（使用寿命只有3~6个月），运行费用高，易污染环境；因采用端面接触运行，功率消耗较大；一旦密封系统使用故障造成反应器停车，系统停产造成经济损失无法估计。

⑵原方案中U型管管束采用常规支撑，防震动效果不好；

⑶原反应器方案物料进口对于物料分配效果一般，效率还未达到预期，酸耗较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种有效改善反应效果、提高反应效率、延长连续运转时间的改进后的卧式烷基化反应器。

为解决上述问题，本发明所述的一种改进后的卧式烷基化反应器，包括分别设有冷剂入口、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、安全阀口的本体；所述本体内设有内循环套筒，其后端设有导向盘；所述内循环套筒内设有U型管换热管束；所述导向盘通过密封系统连有电动机；所述内循环套筒末端与所述导向盘之间设有螺旋桨，该螺旋桨的主轴上设有所述密封系统，并通过联轴器与所述电动机直联，其特征在于：所述密封系统为双端面干气密封，并通过轴套组件经轴套O型圈与所述螺旋桨的主轴相连；所述轴套组件上分别设有带弹簧的弹簧座、内置调心滚子轴承的压盖；所述弹簧座的两侧分别设有压环，该压环通过动环连有静环；所述压盖中与大气相通的一侧分别设有氮气或仪表风入口、泄露气出口、冲洗口，其末端设有一组驱动环；所述U型管换热管束上分别设有支撑圈、防振动栅栏；所述原料进口连有原料进口管，该原料进口管的末端连有2个并列设置的原料分散管；所述循环酸入口连有循环酸进料管，该循环酸进料管穿过所述原料分散管，并使其直达所述螺旋桨的前部附近。

所述动环与所述静环的密封面上分别均布有数个对数螺旋线浅槽。

所述静环、所述动环、所述压盖分别通过静环O型圈、动环O型圈、压盖O型圈与所述轴套组件相连。

所述支撑圈包括外圈及置于所述外圈内的横向分隔条、竖向分隔条；所述横向分隔条与所述竖向分隔条交错设置形成网格状；所述外圈通过均布的数个定位块与所述U型管换热管束相连。

所述防振动栅栏包括固定在所述U型管换热管束上的支撑轴；所述支撑轴的中部设有垂直于所述支撑轴的拉筋，其两端分别设有垂直于所述支撑轴的边缘隔条；所述边缘隔条与所述拉筋之间等间距设有平行于所述边缘隔条的中间隔条；所述边缘隔条的外侧通过挡条与所述U型管换热管束相连。

所述螺旋桨设有三个叶片，其每个叶片的中心角度α为10°~30°，高度为150~200mm，平面角度β为50°~100°，重心轴线角度γ为10°~60°。

所述导向盘呈渐进式圆弧结构。

所述循环酸入口的中心线与所述循环酸进料管的中心线及所述原料分散管的中心线处于同一水平面。

所述循环酸进料管的轴向段在所述螺旋桨的前部通过筋板固定于所述内循环套筒上。

所述2个原料分散管通过支撑件固定在所述循环酸进料管上；所述2个原料分散管中的每一个原料分散管上面向所述螺旋桨的方向30°~60°开30~50个圆形分散孔；所述2个原料分散管上的所述圆形分散孔按错位方式分布。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明中设有双端面干气密封，与机械密封相比，可大大提高反应器运行的可靠性和稳定性，保证了装置的长周期运行，提高了装置的运行水平和经济效益。

⑴采用工业氮气或工业仪表风，用气体代替液体实现密封，杜绝密封油进入工艺介质和环境；

⑵密封系统简单、操作方便，辅助系统易于控制，端面不产生摩擦热，可不用冷却及润滑；

⑶延长了密封的检修、维护周期，降低了运行费用，避免了密封油泄露、环境污染的问题；

⑷干气密封优良抗轴摆动性能允许密封面径向摆动提高到1.5mm。

2、本发明在U型管管束上设置了特殊型式的防振动栅栏，可以有效控制管束的振动，但不会改变流体主体流动方向，对流动产生的阻力很小，能量消耗增加甚微。此外，还可以对流体产生一定的的局部湍流扰动，加剧酸和原料间的分散、乳化和混合，有效强化了传质和传热，有利于反应过程的进行。

3、本发明中采用U型管支撑圈代替现有技术中的单层结构，从而可以有效支撑U形管，中间空隙保证流体流动，对流体产生阻力很小，还可产生一定的局部湍流扰动，加剧酸和原料间的分散、乳化和混合，有效强化了传质和传热，有利于反应过程的进行。

4、本发明中螺旋桨桨叶采用中心角度α为10°~30°、平面角度β为50°~100°、重心轴线角度γ为10°~60°，从而达到最佳的剪切分散作用，并对物料进行强烈剪切分散的同时产生较高的乳化液循环作用，保证物料的乳化程度和传质传热需求。

5、本发明中导向盘为渐进式圆弧设计结构，保证了螺旋桨搅拌过程中不会产生死区及低速流动区，从而达到轴向流的稳定和规整， 保证了物料乳液在反应器内的均质高速循环流动。

6、本发明中循环酸进料管内伸反应器长度加长，直达螺旋桨前部位置，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，有效抵御流体对进料管的冲击，克服轴向段进料管的振动。

7、本发明中的原料入口分散管，由原单一分散管，径向开口方向90°改为两根圆形分散管组成，并开有分散孔，使物料可以沿不同方向喷射到含酸的反应物中，从而达到充分混合目的。同时，两根分散管由四套支撑件固定在循环酸进料管上，避免振动损坏。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明的总体结构示意图。

图2为本发明中干气密封示意图。

图3为本发明中干气密封A向示意图。

图4为本发明中U型管防振动栅栏主视图。

图5为本发明中U型管防振动栅栏俯视图。

图6为本发明中U型管支撑圈示意图。

图7为本发明中U型管支撑圈B-B视图。

图8为本发明中螺旋桨桨叶主视图。

图9为本发明中螺旋桨桨叶俯视图。

图10为本发明中螺旋桨桨叶叶片示意图。

图11为本发明中导向盘示意图。

图12为本发明中循环酸进料管内伸及原料分散管示意图。

图13为本发明中原料分散管示意图。

图14为本发明中原料分散管C-C视图。

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—密封系统 401—轴套组件 402—静环 403—轴套O型圈 404—动环O型圈 405—压环 406—弹簧座407—冲洗口408—压盖409—调心滚子轴承410—驱动环411—泄露气出口 412—静环O型圈 413—压盖O型圈 414—氮气或仪表风入口 415—动环416—弹簧 5—电动机 6—螺旋桨 7—原料分散管 71—圆形分散孔 8—内循环套筒 9—支撑圈 901—外圈 902—横向分隔条 903—定位块 904—竖向分隔条 10—防振动栅栏101—挡条 102—支撑轴 103—边缘隔条 104—中间隔条 105—拉筋。

具体实施方式

如图1~14所示，一种改进后的卧式烷基化反应器，包括分别设有冷剂入口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的本体2。

本体2内设有内循环套筒8，其后端设有导向盘3；内循环套筒8内设有U型管换热管束1；导向盘3通过密封系统4连有电动机5；内循环套筒8末端与导向盘3之间设有螺旋桨6，该螺旋桨6的主轴上设有密封系统4，并通过联轴器与电动机5直联。导向盘3呈渐进式圆弧结构。螺旋桨6设有三个叶片，其每个叶片的中心角度α为10°~30°，高度为150~200mm，平面角度β为50°~100°，重心轴线角度γ为10°~60°。

密封系统4为双端面干气密封，并通过轴套组件401经轴套O型圈403与螺旋桨6的主轴相连；轴套组件401上分别设有带弹簧416的弹簧座406、内置调心滚子轴承409的压盖408；弹簧座406的两侧分别设有压环405，该压环405通过动环415连有静环402；压盖408中与大气相通的一侧分别设有氮气或仪表风入口414、泄露气出口411、冲洗口407，其末端设有一组驱动环410。

动环415与静环402的密封面上分别均布有数个对数螺旋线浅槽。静环402通过静环O型圈412与轴套组件401相连。动环415通过动环O型圈404与轴套组件401相连。压盖408通过压盖O型圈413与轴套组件401相连。

U型管换热管束1上分别设有支撑圈9、防振动栅栏10。支撑圈9包括外圈901及置于外圈901内的横向分隔条902、竖向分隔条904；横向分隔条902与竖向分隔条904交错设置形成网格状；外圈901通过均布的数个定位块903与U型管换热管束1相连；防振动栅栏10包括固定在U型管换热管束1上的支撑轴102；支撑轴102的中部设有垂直于支撑轴102的拉筋105，其两端分别设有垂直于支撑轴102的边缘隔条103；边缘隔条103与拉筋105之间等间距设有平行于边缘隔条103的中间隔条104；边缘隔条103的外侧通过挡条101与U型管换热管束1相连。

原料进口204连有原料进口管，该原料进口管的末端连有2个并列设置的原料分散管7；循环酸入口205连有循环酸进料管，该循环酸进料管穿过原料分散管7，并使其直达螺旋桨6的前部附近。

循环酸入口205的中心线与循环酸进料管的中心线及原料分散管7的中心线处于同一水平面。循环酸进料管的轴向段在螺旋桨6的前部通过筋板固定于内循环套筒8上。2个原料分散管7通过支撑件固定在循环酸进料管上。2个原料分散管7中的每一个原料分散管上面向螺旋桨6的方向30°~60°开30~50个圆形分散孔71；2个原料分散管7上的圆形分散孔71按错位方式分布。

Claims (10)

1.一种改进后的卧式烷基化反应器，包括分别设有冷剂入口（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）的本体（2）；所述本体（2）内设有内循环套筒（8），其后端设有导向盘（3）；所述内循环套筒（8）内设有U型管换热管束（1）；所述导向盘（3）通过密封系统（4）连有电动机（5）；所述内循环套筒（8）末端与所述导向盘（3）之间设有螺旋桨（6），该螺旋桨（6）的主轴上设有所述密封系统（4），并通过联轴器与所述电动机（5）直联，其特征在于：所述密封系统（4）为双端面干气密封，并通过轴套组件（401）经轴套O型圈（403）与所述螺旋桨（6）的主轴相连；所述轴套组件（401）上分别设有带弹簧（416）的弹簧座（406）、内置调心滚子轴承（409）的压盖（408）；所述弹簧座（406）的两侧分别设有压环（405），该压环（405）通过动环（415）连有静环（402）；所述压盖（408）中与大气相通的一侧分别设有氮气或仪表风入口（414）、泄露气出口（411）、冲洗口（407），其末端设有一组驱动环（410）；所述U型管换热管束（1）上分别设有支撑圈（9）、防振动栅栏（10）；所述原料进口（204）连有原料进口管，该原料进口管的末端连有2个并列设置的原料分散管（7）；所述循环酸入口（205）连有循环酸进料管，该循环酸进料管穿过所述原料分散管（7），并使其直达所述螺旋桨（6）的前部附近。

2.如权利要求1所述的一种改进后的卧式烷基化反应器，其特征在于：所述动环（415）与所述静环（402）的密封面上分别均布有数个对数螺旋线浅槽。

3.如权利要求1所述的一种改进后的卧式烷基化反应器，其特征在于：所述静环（402）、所述动环（415）、所述压盖（408）分别通过静环O型圈（412）、动环O型圈（404）、压盖O型圈（413）与所述轴套组件（401）相连。

4.如权利要求1所述的一种改进后的卧式烷基化反应器，其特征在于：所述支撑圈（9）包括外圈（901）及置于所述外圈（901）内的横向分隔条（902）、竖向分隔条（904）；所述横向分隔条（902）与所述竖向分隔条（904）交错设置形成网格状；所述外圈（901）通过均布的数个定位块（903）与所述U型管换热管束（1）相连。

5.如权利要求1所述的一种改进后的卧式烷基化反应器，其特征在于：所述防振动栅栏（10）包括固定在所述U型管换热管束（1）上的支撑轴（102）；所述支撑轴（102）的中部设有垂直于所述支撑轴（102）的拉筋（105），其两端分别设有垂直于所述支撑轴（102）的边缘隔条（103）；所述边缘隔条（103）与所述拉筋（105）之间等间距设有平行于所述边缘隔条（103）的中间隔条（104）；所述边缘隔条（103）的外侧通过挡条（101）与所述U型管换热管束（1）相连。

6.如权利要求1所述的一种改进后的卧式烷基化反应器，其特征在于：所述螺旋桨（6）设有三个叶片，其每个叶片的中心角度α为10°~30°，高度为150~200mm，平面角度β为50°~100°，重心轴线角度γ为10°~60°。

7.如权利要求1所述的一种改进后的卧式烷基化反应器，其特征在于：所述导向盘（3）呈渐进式圆弧结构。

8.如权利要求1所述的一种改进后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。

9.如权利要求1所述的一种改进后的卧式烷基化反应器，其特征在于：所述循环酸进料管的轴向段在所述螺旋桨（6）的前部通过筋板固定于所述内循环套筒（8）上。

10.如权利要求1所述的一种改进后的卧式烷基化反应器，其特征在于：所述2个原料分散管（7）通过支撑件固定在所述循环酸进料管上；所述2个原料分散管（7）中的每一个原料分散管上面向所述螺旋桨（6）的方向30°~60°开30~50个圆形分散孔（71）；所述2个原料分散管（7）上的所述圆形分散孔（71）按错位方式分布。