CN111606772B - 一种异丁烯叠合反应方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异丁烯叠合反应方法及装置，属于石油化工领域。该反应方法包括：使包含混合C4的反应物料在第一叠合反应器中于第一设定压力及第一设定温度下进行第一叠合反应；使来自第一叠合反应器的第一反应产物冷却至第二设定温度，在第二叠合反应器中于第二设定压力下进行第二叠合反应；对来自第二叠合反应器的第二反应产物进行分馏，得到二异丁烯产品。其中，第一设定温度为混合C4在第一设定压力下的泡点温度，且第一设定温度小于第一叠合反应器中催化剂的失活温度；第二设定压力大于第一设定压力。利用该方法，能够显著提高异丁烯向二异丁烯转化的转化率，且利于降低成本。

Description

一种异丁烯叠合反应方法及装置

技术领域

本发明涉及石油化工领域，特别涉及一种异丁烯叠合反应方法及装置。

背景技术

异丁烯(Isobutene，IB)叠合反应能够生成包括2,2,4-三甲基戊烯(又称异辛烯)在内的二异丁烯，二异丁烯的加氢产物具有高辛烷值，被广泛用作汽油添加组分。考虑到节能化和经济化，通常利用含有异丁烯的混合C4来制备二异丁烯产品，其中，二异丁烯产品主要包括二异丁烯，还包括部分其他组分。

现有技术提供了一种采用外循环取热的异丁烯叠合反应方法，使包含混合C4的反应物料在叠合反应器中进行叠合反应，一部分反应产物作为产品排出，另一部分反应产物冷却至特定温度，然后回流至与混合C4混合后进入叠合反应器内部来吸收反应热，以对其内部的催化剂进行降温，防止催化剂失活。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：

现有技术使部分反应产物冷却后再循环至反应器入口与混合C4原料混合，不仅降低了反应物料中异丁烯的浓度，还会使反应物料中因加入不期望的叠合产物，使C4三聚、C4四聚副反应增多。以上不利于异丁烯向二异丁烯的转化并使产品质量下降。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种异丁烯叠合反应方法及装置，可以显著提高异丁烯向二异丁烯转化的转化率。

具体而言，包括以下的技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种异丁烯叠合反应方法，所述异丁烯叠合反应方法包括：使包含混合C4的反应物料在第一叠合反应器中于第一设定压力及第一设定温度下进行第一叠合反应；

使来自所述第一叠合反应器的第一反应产物冷却至第二设定温度，在第二叠合反应器中于第二设定压力下进行第二叠合反应；

对来自所述第二叠合反应器的第二反应产物进行分馏，得到二异丁烯产品；

其中，所述第一设定温度为所述混合C4在所述第一设定压力下的泡点温度，且所述第一设定温度小于所述第一叠合反应器中催化剂的失活温度；

所述第二设定压力大于所述第一设定压力。

在一种可能的实现方式中，所述反应物料包括：混合C4和叔丁醇；

所述异丁烯叠合反应方法还包括：对参与所述第一叠合反应和所述第二叠合反应的所述叔丁醇进行回收；

在进入所述第一叠合反应器之前，使所述混合C4与回收的所述叔丁醇混合。

在一种可能的实现方式中，所述反应物料还包括：对所述催化剂不会造成中毒的处理水；

所述处理水的质量为所述混合C4质量的0.03％-0.07％。

在一种可能的实现方式中，所述处理水为经脱盐处理及除氧处理后的水。

在一种可能的实现方式中，所述第一设定压力为0.5MPa-0.8MPa；

所述第一设定温度为60℃-80℃。

在一种可能的实现方式中，所述第二设定压力为1.6MPa-2.1MPa；

所述第二设定温度为45℃-60℃。

另一方面，本发明实施例提供了一种异丁烯叠合反应装置，所述异丁烯叠合反应装置包括：第一叠合反应器、第二叠合反应器、分馏塔、第一压力调节阀、液位调节阀、第二压力调节阀、第一冷却器、第一冷凝器、第二冷凝器、升压泵、换热器；

所述第一叠合反应器的上部出口、所述第一压力调节阀、所述第一冷凝器通过管线顺次连通；

所述第一叠合反应器的下部出口、所述液位调节阀、所述第一冷却器通过管线顺次连通；

所述第一冷凝器和所述第一冷却器的出口汇合管线、所述升压泵、所述第二叠合反应器、所述第二压力调节阀、所述分馏塔通过管线顺次连通；

所述换热器位于所述第二压力调节阀和所述分馏塔之间的连接管线上，用于使来自所述第二叠合反应器的第二反应产物与来自所述分馏塔的塔底的馏分产物二异丁烯产品进行换热。

在一种可能的实现方式中，所述异丁烯叠合反应装置还包括：加热器，所述加热器设置在所述第一叠合反应器的物料进口管线上。

在一种可能的实现方式中，所述异丁烯叠合反应装置还包括：抑制剂回收管线、以及位于所述抑制剂回收管线上的回收泵；

所述抑制剂回收管线的进口与所述分馏塔的抑制剂出口连通；

所述抑制剂回收管线的出口与所述第一叠合反应器的物料进口管线连通，且位于所述加热器的上游；

所述抑制剂为叔丁醇与二异丁烯的混合物，其中所述叔丁醇的质量分数为50％-75％。

在一种可能的实现方式中，所述异丁烯叠合反应装置还包括：第二冷凝器、回流罐、回流泵、剩余C4外排管线；

所述分馏塔的顶部出口、所述第二冷凝器、所述回流罐、所述回流泵、所述分馏塔的上部进口顺次连通；

所述剩余C4外排管线的进口与所述回流泵和所述分馏塔之间的管线连通。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的异丁烯叠合反应方法，通过使包含混合C4的反应物料在第一叠合反应器中于第一设定压力及第一设定温度下进行第一叠合反应，由于第一设定温度小于第一叠合反应器中催化剂的失活温度，确保催化剂的反应活性不会失活。第一叠合反应进行过程中，由于第一设定温度为混合C4在第一设定压力下的泡点温度，这样，第一叠合反应产生的反应热仅用于混合C4的汽化(第一叠合反应越多，反应热越多，混合C4汽化量越多)，第一叠合反应器内部温度保持不变，不存在额外的反应热使温度升高而造成催化剂失活问题。如此设置，避免了采用将部分反应产物冷却后再循环至反应器入口来降低叠合反应器内部温度所造成的反应物中三聚物、四聚物含量增加的弊端，利于提高异丁烯向二异丁烯转化的转化率，还利于降低成本。由于第一叠合反应包括了混合C4的汽化。为了对汽化后的混合C4进行利用，使来自第一叠合反应器的第一反应产物在第二叠合反应器中于第二设定压力及第二设定温度下进行第二叠合反应，进一步提高异丁烯向二异丁烯转化的转化率。由于第一反应产物中异丁烯的浓度相比反应物料降低，并且第二设定压力大于第一设定压力，这样，第二叠合反应产生的反应热较小，仅能使第一反应产物升温，而不再使其汽化，使反应在液相状态下进行，有利于提高异丁烯向二异丁烯转化的转化率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一示例性异丁烯叠合反应装置的结构示意图。

附图标记分别表示：

1-第一叠合反应器，2-第二叠合反应器，3-分馏塔，4-第一压力调节阀，

5-液位调节阀，6-第二压力调节阀，7-第一冷却器，8-第一冷凝器，

9-第二冷凝器，10-升压泵，11-换热器，12-加热器，

13-抑制剂回收管线，14-回收泵，15-第二冷却器，

16-回流罐，17-回流泵，18-剩余C4外排管线，19-液位调节器，

20-第一压力调节器，21-第二压力调节器。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

一方面，本发明实施例提供了一种异丁烯叠合反应方法，该异丁烯叠合反应方法包括：使包含混合C4的反应物料在第一叠合反应器中于第一设定压力及第一设定温度下进行第一叠合反应。

使来自第一叠合反应器的第一反应产物冷却至第二设定温度，在第二叠合反应器中于第二设定压力下进行第二叠合反应。

对来自第二叠合反应器的第二反应产物进行分馏，得到二异丁烯产品。

其中，第一设定温度为混合C4在第一设定压力下的泡点温度，且第一设定温度小于第一叠合反应器中催化剂的失活温度；

第二设定压力大于第一设定压力。

本发明实施例提供的异丁烯叠合反应方法，通过使包含混合C4的反应物料在第一叠合反应器中于第一设定压力及第一设定温度下进行第一叠合反应，由于第一设定温度小于第一叠合反应器中催化剂的失活温度，确保催化剂的反应活性不会失活。第一叠合反应进行过程中，由于第一设定温度为混合C4在第一设定压力下的泡点温度，这样，第一叠合反应产生的反应热仅用于混合C4的汽化(第一叠合反应越多，反应热越多，混合C4汽化量越多)，第一叠合反应器内部温度保持不变，不存在额外的反应热使温度升高而造成催化剂失活问题。如此设置，避免了采用将部分反应产物冷却后再循环至反应器入口来降低叠合反应器内部温度的措施所造成的反应物中三聚物、四聚物含量增加的弊端，利于提高异丁烯向二异丁烯转化的转化率，还利于降低成本。由于第一叠合反应包括了混合C4的汽化，为了对汽化后的混合C4进行利用，使来自第一叠合反应器的第一反应产物在第二叠合反应器中于第二设定压力及第二设定温度下进行第二叠合反应，进一步提高异丁烯向二异丁烯的转化率。由于第一反应产物中异丁烯的浓度相比反应物料降低，并且第二设定压力大于第一设定压力，这样，第二叠合反应产生的反应热较小，仅能使第一反应产物升温进行反应，而不再使其汽化，使反应在液相状态下进行，有利于提高异丁烯向二异丁烯转化的转化率。

需要说明的是，本发明实施例中所涉及的二异丁烯产品，包括但不限于：由异丁烯与异丁烯叠合反应制得的2,2,4-三甲基戊烯(又称二异丁烯，其为主要成分，其在二异丁烯产品中的质量分数在60％-80％之间、由异丁烯与1-丁烯反应制得的2,5-二甲基己烯和5,5-二甲基己烯等、由异丁烯和2-丁烯反应制得的2,3,3-三甲基戊烯、2,3,4-三甲基戊烯、2,2,4-三甲基戊烷、3,4,4-三甲基戊烯、2,2,4-三甲基戊烯与异丁烯反应生成三聚物、三聚物与异丁烯反应生成四聚物等。

反应生成的三聚物的辛烷值虽然较高，但其沸点一般在170-180℃，已处于汽油馏程末端，应减少其生成量；四聚物的沸点为230-250℃，己经完全超出了汽油馏程，因而不能加入汽油中。因此，以混合C4为原料生产二异丁烯产品时要尽量降低三聚物特别是四聚物生成量。将水和叔丁醇加入至反应物料中，这些水和叔丁醇可覆盖于催化剂活性中心，有利于提高目标产物二异丁烯的选择性并降低三聚物、四聚物的生成量。

第一叠合反应包括：异丁烯转化为二异丁烯的化学反应和异丁烯汽化的物理反应。

第一叠合反应后获得的第一反应产物包括：由第一叠合反应器上部排出的气相产物，以及由第一叠合反应器下部排出的液相产物。其中，气相产物主要包括汽化的混合C4，还包括反应过程中产生的其他轻物质；液相产物主要包括二异丁烯，还包括反应过程中产生的其他重物质。

气相产物和液相产物混合后形成第一反应产物，一同进入第二叠合反应器进行第二叠合反应。

本发明实施例中，在进行第一叠合反应时，所用到的反应物料包括：混合C4和叔丁醇。其中，本发明实施例提供的异丁烯叠合反应方法还包括：对参与第一叠合反应和第二叠合反应的叔丁醇进行回收；在进入第一叠合反应器之前，使混合C4与回收的叔丁醇混合。

其中，在分馏塔进料板以下6#-12#塔板处抽出抑制剂，该抑制剂为叔丁醇与异辛烯混合物，其中叔丁醇在该混合物中的质量分数为50％-75％，并且，抑制剂的质量流量为混合C4原料质量流量的1％-4％。

异丁烯叠合反应中所使用的催化剂为阳离子交换树脂催化剂(叠合反应时，液时体积空速可以为0.5h^-1-5h^-1)，该类催化剂活性较高，需要添加叔丁醇来抑制三聚物、四聚物的生成。叠合反应完毕，需要对参与第一叠合反应和第二叠合反应的叔丁醇进行回收，并且使回收的叔丁醇与混合C4原料混合，随后一并进入第一叠合反应器，使叔丁醇循环利用。

需要说明的是，对于一完整的叠合反应，除了第一次加入时采用新的叔丁醇，后续在使用时，均是回收得到的叔丁醇。

进一步地，为了弥补回收过程中损失的叔丁醇，本发明实施例中，反应物料还包括：对催化剂无毒的处理水，其中，处理水的质量为混合C4质量的0.03％-0.07％。

这部分处理水与混合C4一起进入第一叠合反应器，在第一叠合反应器内不但起到与叔丁醇一样的作用，即作为叠合反应的抑制剂，而且在催化剂的作用下，还可与异丁烯反应生成叔丁醇，以弥补损失的叔丁醇，具体是分馏塔顶产品和塔底产品出装置时携带出的叔丁醇，使整个系统循环的叔丁醇保持不变。

该处理水须对催化剂(即，阳离子交换树脂催化剂)是无毒的，可以对普通常见的水进行脱盐处理和除氧处理，即可得到本发明实施例期望的处理水。

在进行第一叠合反应时，控制第一叠合反应器的内部压力为第一设定压力为0.5MPa-0.8MPa，第一设定温度为60℃-80℃。其中，该第一设定温度小于阳离子交换树脂催化剂的失活温度，并且，在该温度下，部分混合C4会吸热发生汽化，这样就确保了一部分混合C4发生叠合反应，另一部分混合C4吸收反应热进行汽化。其中，将第一设定压力控制在0.5MPa-0.8MPa，以确保混合C4在第一叠合反应器中的泡点温度在60℃-80℃之间，即，在该压力下，部分混合C4因吸热发生上述汽化现象。

举例来说，第一设定压力包括但不限于：0.5MPa、0.55MPa、0.6MPa、0.65MPa、0.7MPa、0.75MPa、0.8MPa等；

第一设定温度包括但不限于：60℃、65℃、67℃、70℃、75℃等；

第一叠合反应器反应液时体积空速为0.5～5h^-1，包括但不限于：0.5h^-1、1.0h^-1、1.5h^-1、2.0h^-1、2.5h^-1、3.0h^-1、3.5h^-1、4.0h^-1、4.5h^-1、5.0h^-1等。

为了使反应物料更容易地达到上述泡点温度，在进入第一叠合反应器之前，可以使反应物料加热至低于泡点温度的50℃-70℃，这样，在第一叠合反应器内部压力控制在0.5MPa-0.8MPa时，其内部温度将容易地被控制为泡点温度。

可见，本发明实施例提供的方法，将第一叠合反应器的反应压力控制在0.5MPa-0.8MPa之间，使第一叠合反应在该压力下的泡点温度下进行，反应热由混合C4在泡点温度下汽化带走。反应越多，放热越多，混合C4汽化量越多，但催化剂床层温度基本上维持不变。与现有技术采用外循环方式取热降温相比，每台叠合反应器可节省外循环泵2台和外循环冷却器1台，降低了设备成本、操作费用及设备体积；同时，还消除了造成反应物料中异丁烯浓度被稀释的弊端，以及消除了因反应物料中二异丁烯含量增加而造成其中三聚物、四聚物等副反应产物含量增加的弊端，可大大提高催化剂的利用率和二异丁烯产品的质量。

第一叠合反应器中，汽化后的混合C4中异丁烯的质量分数为5％-25％，为了对这部分汽化后的混合C4进行充分利用，将其用第一冷凝器冷凝、冷却至第二设定温度，然后与来自第一叠合反应器底部并经第一冷却器冷却至第二设定温度的液相产物混合，作为第一反应产物经升压泵升压后在第二叠合反应器中于第二设定压力及第二设定温度下进行第二叠合反应，以进一步提高异丁烯向二异丁烯转化的转化率。

第二设定温度为45℃-60℃，本发明实施例中，降低第二叠合反应器进料即所述的第一反应产物温度至上述第二设定温度的目的主要有两个：一是叠合反应为在液相中进行的反应，必须将汽化后的混合C4冷凝为液体；二是叠合反应为放热反应，降低温度有利于减少副反应生成并提高二异丁烯的转化率。将第一反应产物升压至第二设定压力1.6MPa-2.1MPa，这样，在第二叠合反应器内，因为反应物料中65％-85％的异丁烯已经在第一叠合反应器中生成了二异丁烯，使得第一反应产物中的异丁烯浓度较低(即，由于反应物料，即混合C4原料中65％-85％的异丁烯在第一叠合反应器中反应掉，第一反应产物中异丁烯浓度比混合C4原料中异丁烯浓度有大幅度降低)，在此基础上，使第一反应产物升压至1.6MPa-2.1MPa，这样第二叠合反应所产生的反应热较小，不会使第一反应产物汽化，只能用于使第一反应产物升温。其中，由于第二设定压力1.6MPa-2.1MPa，所以第一反应产物在第二叠合反应器中的反应温度，例如在65℃-70℃，要远低于在该压力下的泡点温度。

举例来说，第二设定压力包括但不限于：1.6MPa、1.7MPa、1.8MPa、1.9MPa、2.0MPa、2.1MPa等；

第二设定温度包括但不限于：45℃、50℃、55℃、60℃等。

第二叠合反应器反应液时体积空速为0.5～5h^-1，包括但不限于：0.5h^-1、1.0h^-1、1.5h^-1、2.0h^-1、2.5h^-1、3.0h^-1、3.5h^-1、4.0h^-1、4.5h^-1、5.0h^-1等。

另一方面，本发明实施例还提供了一种异丁烯叠合反应装置，如附图1所示，该异丁烯叠合反应装置包括：第一叠合反应器1、第二叠合反应器2、分馏塔3、第一压力调节阀4、液位调节阀5、第二压力调节阀6、第一冷却器7、第一冷凝器8、第二冷凝器9、升压泵10、换热器11。

其中，第一叠合反应器1的上部出口、第一压力调节阀4、第一冷凝器8通过管线顺次连通；

第一叠合反应器1的下部出口(例如底部)、液位调节阀5、第一冷却器7通过管线顺次连通；

第一冷凝器8和第一冷却器7的出口汇合管线、升压泵10、第二叠合反应器2、第二压力调节阀6、分馏塔3通过管线顺次连通；

换热器11位于第二压力调节阀6和分馏塔3之间的连接管线上，用于使来自第二叠合反应器2的第二反应产物与来自分馏塔3塔底的馏分产物即二异丁烯产品进行换热。

应用时，使第一设定温度下的包含混合C4的反应物料进入第一叠合反应器1进行第一叠合反应，包括异丁烯汽化的物理反应和异丁烯转化为二异丁烯的化学反应，最终获得气相产物和液相产物。

反应过程中，通过控制第一压力调节阀4来控制第一叠合反应器1的内部压力，使其保持在第一设定压力；通过控制液位调节阀5来控制第一叠合反应器1的内部液位保持在催化剂床层之上的位置，以确保第一叠合反应顺利进行。

气相产物经第一叠合反应器1的上部出口排出，经第一冷凝器8冷凝成具有第二设定温度的液相，与此同时，液相产物经第一叠合反应器1的下部出口排出，经第一冷却器7冷却至第二设定温度，两者在出口汇合管线处汇合，并经升压泵10升压至第二设定压力，随后进入第二叠合反应器2进行第二叠合反应，生成第二叠合反应产物。其中，通过控制第二压力调节阀6控制第二叠合反应器2的内部压力，使其保持在第二设定压力。

第二叠合反应产物经换热后进入分馏塔3进行分馏操作，在塔底得到二异丁烯产品。其中，换热器11位于第二压力调节阀6和分馏塔3之间的连接管线上，用于使来自第二叠合反应器2的第二反应产物与来自分馏塔3塔底的馏分产物即二异丁烯产品进行换热，达到有效且合理地利用能源的目的。

需要说明的是，来自分馏塔3塔底的馏分产物即二异丁烯产品不仅包括主要成分二异丁烯，还有可能包括其他一些副反应产物。

本发明实施例中，部分反应物料在第一叠合反应器1内汽化，使第一叠合反应器1内第一反应产物呈气液两相状态。离开第一叠合反应器1的气相产物经第一压力调节阀4进入第一冷凝器8，被冷凝及冷却到45℃-60℃，离开第一叠合反应器1的液相产物经液位调节阀5进入第一冷却器7，被冷却到45℃-60℃，然后气相产物和液相产物混合后作为反应物料进入升压泵10被升压至1.6MPa-2.1MPa，再由底部或顶部进入第二叠合反应器2。

由于反应物料在第一叠合反应器1内汽化的原因，使第一叠合反应器1内第一反应产物呈气液两相状态。为了使第一叠合反应顺利进行，使第一叠合反应器1内液位控制在比反应器内的催化剂床层顶部高0.1m-0.5m，比第一叠合反应器1的气相出料口(即，上部出口)的位置低0.2m-0.6m。

其中，气液两相的界位由液位调节阀5来控制。具体地，当第一叠合反应器1内液位升高时，液位调节阀5的开度增大，反之，当第一叠合反应器1内液位降低时，通过液位调节阀5的开度减小。

液位调节阀5的开度可以通过液位调节器19来进行自动调整，其中，第一叠合反应器1内设置有与液位调节器19相配合的液位检测仪表，当液位检测仪表检测到液位信号不在要求范围内时，液位调节器19会向液位调节阀5发送调节开度的指令，以使第一叠合反应器1内液位满足要求。

第一叠合反应器1的内部压力由第一压力调节阀4进行控制，使其保持在第一设定压力。举例来说，当第一叠合反应器1内部压力升高时，使第一压力调节阀4的开度增大；反之，当第一叠合反应器1内部压力降低时，使第一压力调节阀4的开度减小。

第一压力调节阀4的开度可以通过第一压力调节器20(又称压力控制器)来进行自动调整，其中，第一叠合反应器1内设置有与第一压力调节器20相配合的压力检测仪表，当压力检测仪表检测到第一叠合反应器1不为第一设定压力时，第一压力调节器20会向第一压力调节阀4发送调节开度的指令，以使第一叠合反应器1内的压力始终保持为第一设定压力。

在第二叠合反应器2内，由于混合后的反应物料中异丁烯浓度较低，反应压力较高，因而反应热只用于反应物料的升温而不能使反应物料汽化，从而提高异丁烯向二异丁烯的转化。离开第二叠合反应器2的液相第二反应产物经第二压力调节阀6后进入换热器11，被加热到80℃-100℃后进入分馏塔3。

第二叠合反应器2的内部压力由第二压力调节阀6进行控制，使其保持在第二设定压力。举例来说，当第二叠合反应器2内部压力升高时，使第二压力调节阀6的开度增大；反之，当第二叠合反应器2内部压力降低时，使第二压力调节阀6的开度减小。

第二压力调节阀6的开度可以通过第二压力调节器21来进行自动调整，其中，第二叠合反应器2内设置有与第二压力调节器21相配合的压力检测仪表，当压力检测仪表检测到第二叠合反应器2不为第二设定压力时，第二压力调节器21会向第二压力调节阀6发送调节开度的指令，以使第二叠合反应器2内的压力始终保持为第二设定压力。

在一种可能的设计中，本发明实施例提供的异丁烯叠合反应装置还包括：加热器12，加热器12设置在第一叠合反应器1的物料进口管线上。

通过加热器12，来对进入第一叠合反应器1的反应物料进行加热，使其温度达到第一设定温度，例如50℃-70℃。

在一种可能的设计中，本发明实施例提供的异丁烯叠合反应装置还包括：抑制剂回收管线13、以及位于抑制剂回收管线13上的回收泵14；

抑制剂回收管线13的进口与分馏塔3的抑制剂出口连通；

抑制剂回收管线13的出口与第一叠合反应器1的物料进口管线连通，且位于加热器12的上游。

应用时，抑制剂由分馏塔3的抑制剂出口排出至抑制剂回收管线13，经回收泵14泵送至第一叠合反应器1的物料进口管线内与混合C4和处理水混合，然后再经加热器12加热至第一设定温度，并进入第一叠合反应器1。

可以理解的是，由分馏塔3的抑制剂出口排出的不仅仅包括叔丁醇，还包括少量的二异丁烯，其中，叔丁醇占总量的质量比可以为50％～75％，两者构成的混合物的抽出量可以占混合C4的1％-4％。该混合物的温度一般在80℃-130℃，尽管温度较高，但由于该混合物的抽出量占比较低，因而可不经冷却而直接与混合C4混合。

在一种可能的设计中，本发明实施例提供的异丁烯叠合反应装置还包括：第二冷凝器9、回流罐16、回流泵17、剩余C4外排管线18。

分馏塔3的顶部出口、第二冷凝器9、回流罐16、回流泵17、分馏塔3的上部进口顺次连通；剩余C4外排管线18的进口与回流泵17和分馏塔3之间的管线连通。

应用时，分馏塔3的塔顶排出的是未反应的剩余混合C4，经第二冷凝器9冷凝至液相后进入回流罐16，然后经回流泵17升压，其中一部分作为回流返回分馏塔3，提供液相回流，使塔内精馏过程顺利进行；另一部分作为产品送出该异丁烯叠合反应装置。

对于本发明实施例中涉及的分馏塔3，其包括精馏段及提馏段，示例地，精馏段包括10-20块塔板，提馏段包括15-25块塔板，分馏塔3塔顶操作压力为0.5-0.9MPa，分馏塔3塔顶操作温度55℃-75℃，分馏塔3塔底操作温度175℃-205℃，回流比为0.5-4.5。

示例地，可以在分馏塔3进料板以下6#-12#塔板处设置抑制剂出口，通过该抑制剂出口抽出叔丁醇与二异丁烯的混合物。

分馏塔3的塔底采出的是以异辛烯为主要成分的二异丁烯产品，二异丁烯产品经换热器11初步降温至90℃-120℃后，可以再经第二冷却器15冷却至35℃-40℃出料。

可以理解的是，分馏塔3的塔底处设置重沸器，提供热量和气相回流，使塔内精馏过程顺利进行。

其中，二异丁烯产品的出料方式可根据炼厂实际情况确定，举例来说：当炼厂汽油池中烯烃含量有余量，并且与这部分二异丁烯产品混合后也能满足车用汽油标准，如GB17930-2016烯烃体积分数15％的指标要求时，这部分二异丁烯产品可直接调合至全厂汽油池中。

当炼厂汽油池中烯烃含量无余量时，需将这部分二异丁烯产品送至炼厂原有的汽油加氢装置或新增的叠合油加氢饱和装置进行处理。

以下将通过具体实施例进一步地描述本发明：

实施例1

结合附图1，自装置外来的温度为30.0℃、压力为0.70MPa、流量为5000.0kg/h的混合C₄与来自抑制剂回收管线13的温度为98.8℃、压力为0.70MPa、流量为100.0kg/h循环抑制剂、来自装置外的温度为30.0℃、压力为0.70MPa、流量为2.5kg/h的处理水(经除盐及脱氧处理的水)混合，混合物被加热器12加热到55℃自顶部进口进入第一叠合反应器1进行第一叠合反应。

其中，第一叠合反应时的液时体积空速为1.0h^-1，反应压力控制在0.6MPa，在该压力下混合C4的泡点温度为68.1℃，该68.1℃的温度即为反应物料在第一叠合反应器1中的反应温度。第一叠合反应产生的反应热使混合C4汽化，其中，第一反应产物中的气相产物自入第一叠合反应器1的上部经第一压力调节阀4进入第一冷凝器8，被冷凝、冷却到50.8℃；第一反应产物中的液相产物自入第一叠合反应器1底部经液位调节阀5进入第一冷却器7，被冷却到50.8℃，这两股物料进行混合后进入升压泵10被升压至1.7MPa，再由底部进入第二叠合反应器2。

第二叠合反应器2的液时体积空速为1.0h^-1，反应压力为1.6MPa，由设置在其出料管线上的第二压力调节阀6进行控制。在第二叠合反应器2内，由于反应物料中异丁烯浓度较低且反应压力较高，因而反应热只能将反应物料升温至67.7℃而不能使其汽化。来自第二叠合反应器2的液相第二反应产物经第二压力调节阀6进入换热器11被分馏塔3塔底的二异丁烯产品加热到93.5℃后进入分馏塔3。

分馏塔3精馏段具有11块塔板，提馏段具有17块塔板，塔顶操作压力为0.6MPa，塔顶和塔底的操作温度分别为60.5℃、197.8℃，回流比1.0。从上向下数在提馏段的第6#塔板处设置抑制剂出口，侧线抽出100.0kg/h，叔丁醇质量百分数为62.2％的叔丁醇与二异丁烯的混合物。其中，该混合物温度99.8℃，经升压泵10升压至0.70MPa后混合至混合C₄原料作为抑制剂循环利用。

分馏塔3的塔顶为流量为3752.1kg/h的剩余C₄，分馏塔3的塔底为流量为1250.4kg/h，温度为197.8℃的二异丁烯产品，其中，该温度下的二异丁烯产品进入换热器11被第二叠合反应器2的第二反应产物冷却至92.1℃，然后再进入第二冷却器15被冷却到40.0℃作为产品出装置。

具体地，该实施例中涉及的各物料的温度、压力、组成等性质参见表1，其中，表1中的一反指的是第一叠合反应器，二反指的是第二叠合反应器。

表1

表1(续)

由表1可知，利用本发明实施例提供的方法和装置，异丁烯向二异丁烯转化的转化率显著提高。并且，由于在混合C₄中加入了2.5kg/h的处理水，其中部分处理水与异丁烯反应生成了叔丁醇，弥补了分馏塔顶、塔顶底产品出装置携带出的叔丁醇，使整个系统循环的叔丁醇保持不变。

对比例1

本对比例1利用自装置外来的温度为38℃、压力为0.50MPa、流量为5000.0kg/h的混合C4原料进行叠合反应，其中，该叠合反应方法和装置采用专利文献(申请号201811525210.7，名称“由甲基叔丁基醚装置改造转化的异丁烯叠合系统装置及叠合工艺方法”)中所涉及的。

实施例1和对比例1的原料性质和公用工程条件完全相同，要求的产品性质也完全相同。项目实施后，从所需设备情况及投资方面的简要对比如表2所示。

表2

由表2可知，实施例1主要设备使用了9台，对比例1主要设备使用了22台，对于所需主要设备来说，实施例1少用13台，这就意味着，实施例1在蒸汽消耗、循环水消耗、电消耗、占地面积及投资方面均小于对比例1。

对比例2

本对比例1利用自装置外来的温度为38℃、压力为0.50MPa、流量为5000.0kg/h的混合C4原料进行叠合反应，其中，该叠合反应方法和装置采用专利文献(申请号201711235599.7，名称“一种采用间接烷基化技术生产异辛烷的装置及方法”)中所涉及的。

实施例1和对比例2的原料性质和公用工程条件完全相同，要求的产品性质也完全相同。项目实施后，从所需设备情况及投资方面的简要对比如表3所示。

表3

由表3可知，实施例1主要设备使用了9台，对比例2主要设备使用了17台，对于所需主要设备来说，实施例1少用8台，这就意味着，实施例1在蒸汽消耗、循环水消耗、电消耗、占地面积及投资方面均小于对比例2。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，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 (6)

1.一种异丁烯叠合反应方法，其特征在于，所述异丁烯叠合反应方法使用异丁烯叠合反应装置，所述异丁烯叠合反应装置包括：第一叠合反应器、第二叠合反应器、分馏塔、第一压力调节阀、液位调节阀、第二压力调节阀、第一冷却器、第一冷凝器、第二冷凝器、升压泵、换热器；

所述第一叠合反应器的上部出口、所述第一压力调节阀、所述第一冷凝器通过管线顺次连通；

所述第一叠合反应器的下部出口、所述液位调节阀、所述第一冷却器通过管线顺次连通；

所述第一冷凝器和所述第一冷却器的出口汇合管线、所述升压泵、所述第二叠合反应器、所述第二压力调节阀、所述分馏塔通过管线顺次连通；

所述换热器位于所述第二压力调节阀和所述分馏塔之间的连接管线上，用于使来自所述第二叠合反应器的第二反应产物与来自所述分馏塔的塔底的馏分产物二异丁烯产品进行换热；

其中，所述第一叠合反应器内液位比所述第一叠合反应器内的催化剂床层顶部高0.1m-0.5m，比所述第一叠合反应器的上部出口的位置低0.2m-0.6m；

所述异丁烯叠合反应装置还包括：第二冷凝器、回流罐、回流泵、剩余C4外排管线；

所述分馏塔的顶部出口、所述第二冷凝器、所述回流罐、所述回流泵、所述分馏塔的上部进口顺次连通；

所述剩余C4外排管线的进口与所述回流泵和所述分馏塔之间的管线连通；

所述异丁烯叠合反应方法包括：

使包含混合C4的反应物料在第一叠合反应器中于第一设定压力及第一设定温度下进行第一叠合反应，所述第一叠合反应包括：异丁烯转化为二异丁烯的化学反应和异丁烯汽化的物理反应，使得第一反应产物呈气液两相状态，所述第一反应产物中的气相产物由第一叠合反应器的上部出口排出，所述第一反应产物中的液相产物由第一叠合反应器的下部出口排出；

使来自所述第一叠合反应器的第一反应产物冷却至第二设定温度，在第二叠合反应器中于第二设定压力下进行第二叠合反应；

对来自所述第二叠合反应器的第二反应产物进行分馏，得到二异丁烯产品；

其中，所述第一设定温度为所述混合C4在所述第一设定压力下的泡点温度，且所述第一设定温度小于所述第一叠合反应器中催化剂的失活温度；

所述第二设定压力大于所述第一设定压力；

所述第一设定压力为0.5MPa -0.8MPa；

所述第一设定温度为60℃-80℃；

所述第二设定压力为1.6MPa -2.1MPa；

所述第二设定温度为45℃-60℃。

2.根据权利要求1所述的异丁烯叠合反应方法，其特征在于，所述异丁烯叠合反应装置还包括：加热器，所述加热器设置在所述第一叠合反应器的物料进口管线上。

3.根据权利要求2所述的异丁烯叠合反应方法，其特征在于，所述异丁烯叠合反应装置还包括：抑制剂回收管线、以及位于所述抑制剂回收管线上的回收泵；

所述抑制剂回收管线的进口与所述分馏塔的抑制剂出口连通；

所述抑制剂回收管线的出口与所述第一叠合反应器的物料进口管线连通，且位于所述加热器的上游；

其中，所述抑制剂为叔丁醇与二异丁烯的混合物，且所述叔丁醇的质量分数为50%-75%。

4.根据权利要求1所述的异丁烯叠合反应方法，其特征在于，所述反应物料包括：混合C4和叔丁醇；

所述异丁烯叠合反应方法还包括：对参与所述第一叠合反应和所述第二叠合反应的所述叔丁醇进行回收；

在进入所述第一叠合反应器之前，使所述混合C4与回收的所述叔丁醇混合。

5.根据权利要求4所述的异丁烯叠合反应方法，其特征在于，所述反应物料还包括：对所述催化剂不会造成中毒的处理水；

所述处理水的质量为所述混合C4质量的0.03%-0.07%。

6.根据权利要求5所述的异丁烯叠合反应方法，其特征在于，所述处理水为经脱盐处理及除氧处理后的水。

Images