CN111992166B - 一种新型硫酸法卧式烷基化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明属于石油化工设备领域，具体涉及一种新型硫酸法卧式烷基化反应器，包括反应器主体，反应器主体内至少设置有两个反应室，其特征在于：所述各个反应室相对独立，所述反应器主体内左右两端分别设置有预混室和沉降室；所述反应室上部的前后两侧分别设置有混合槽和分配槽，所述分配槽与预混室上部通过溢流口连通，各个反应室分别通过酸沉降管与分配槽底部连通；所述混合槽与沉降室连通，各个反应室分别通过溢流口与混合槽连通；所述沉降室下部分为烃相室和酸相室，酸相室与烃相室之间设置隔板，酸相室与混合槽连通，烃相室连接烃相泵。本发明反应器的各个反应室相互独立，生产能力大、反应效果好、使用更灵活的新型硫酸法卧式烷基化反应器。

Description

一种新型硫酸法卧式烷基化反应器

技术领域

本发明属于石油化工设备领域，具体涉及一种新型硫酸法卧式烷基化反应器。

背景技术

烷基化反应主要是指异丁烷与丁烯在浓硫酸的作用下，把烷烃分子加到烯烃分子上的有机加成反应，生成带多种支链的烷烃混合物，统称为烷基化油。烷基化油具有高辛烷值和低Reid蒸汽压，硫含量、烯烃含量极低，无苯和芳烃，是优良的汽油调和组分。采用新配方汽油作为汽油发动机的燃料，将会大大缓和由于汽油尾气排放造成的空气污染。在这个意义上，烷基化汽油是一种环境友好的石油化工产品。

现在市场上规模应用的是卧式烷基化反应器，烷基化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。而为了使反应进行的彻底完全，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。

专利号为ZL200520078557.3的中国专利公开了一种卧式烷基化反应器，其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：①原方案采用机械密封，该机械密封工作环境恶劣（处于反应器液相中）转速高、震动大、磨擦发热较大，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。②原方案中U型管管束处于易腐蚀工作环境中，表面挠动剧烈，不易形成金属钝化层，腐蚀严重，使用寿命较短，长则一年，短则几个月就泄漏更换，严重威胁装置安全稳定运行。③反应器物料进口对于物料分配效果不太理想，效率还未达到预期，酸耗较高。④反应器内部物料混合要求强度高，造成搅拌器功率大，能耗高。⑤单个反应器运行规模偏小，一个只能出6-8万吨烷基化油，大型烷基化装置需多个反应器并联运行，增加设备维护保养及操作难度。

为解决以上烷基化反应器U型管管束易泄漏、机封故障率高、搅拌器功率过大、能耗高等问题，目前硫酸法烷基化领域还广泛采用了一种卧式阶梯式反应器，此反应器采用物料汽化取热的自冷冻反应形式，同卧式偏心反应器相比，取消了内置冷却管束，不存在管束应用过程中的泄露问题。同时，此反应器的反应室搅拌为立式安装，轴封在反应器顶部气相空间，工作环境比卧式偏心反应器优越，加之转速较低，反应器机封出故障率较低，此反应器另外一个优点是自冷取热，比卧式偏心反应器间壁换热效率高，制冷压缩机及搅拌功率大为降低，生产成本较低。

但是阶梯式反应器也有较大的缺点：①反应器中有5-6个反应室，烯烃物料并联分支进料至每个混合室，循环异丁烷及催化剂硫酸由前部第一反应室开始依次串联流过各反应室，最终反应产物进入沉降段，分出反应烃类进入后续精制分馏系统，重相硫酸循环回反应器重复利用。在此运行过程中，如果有一个反应室的搅拌或其他反应系统出现问题，则会严重影响整个反应器的工作，必须停工检修处理。②以往资料中普遍反映阶梯反应器因混合强度等问题，反应效果不太理想，造成反应产物干点高（需设置烷基化油再分馏塔，分出少量重组分产物，才能保证产品干点合格），收率偏低，这也是C₄烷基化领域大部分采用卧式偏心反应器而不采用卧式阶梯反应器的主要原因。

因此，目前市场上现有的烷基化反应器，都存在各种各样的缺陷，无法满足实际生产的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种各个反应室相互独立，生产能力大、反应效果好、使用更灵活的新型硫酸法卧式烷基化反应器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型硫酸法卧式烷基化反应器，包括反应器主体，反应器主体内至少设置两个反应室，其特征在于：所述各个反应室相对独立，所述反应器主体内左右两端分别设置有预混室和沉降室；所述反应室上部的前后两侧分别设置有混合槽和分配槽，所述分配槽与预混室上部通过第一溢流口连通，各个反应室分别通过酸沉降管与分配槽底部连通；所述混合槽与沉降室连通，各个反应室分别通过混合槽侧壁的第二溢流口与混合槽连通；所述沉降室下部分为烃相室和酸相室，酸相室与烃相室之间设置隔板，酸相室与烃相室顶部连通，酸相室与混合槽连通，烃相室连接烃相泵。

进一步的，所述反应室和预混室内均设置有搅拌器。

进一步的，所述酸相室底部连通循环酸泵，所述沉降室顶部设置有气相出口，所述气相出口连接压缩机，循环酸泵出口与压缩机出口分别连通预混室底部。

进一步的，所述酸沉降管伸入到反应室下部，各个反应室内的酸沉降管底部距离反应室底部的高度相同。

进一步的，各个反应室与混合槽连通的第二溢流口高度相同。

进一步的，所述反应器主体内设置有5个反应室。

进一步的，还包括与各个反应室连通的原料进管，原料进管前端设置有静态混合器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明中各个反应室相对独立，并通过分配槽和混合槽并联，这样的结构在实际反应过程中，个别反应室出现故障无法修复时，可将其停止进料，其余各反应室无须停工仍能正常运行，克服了卧式阶梯式反应器一停全停的弊端，大大提高了反应器的工作效率和能力，将反应器故障对生产的影响降到最小。

2.本发明中多个反应室并联共同使用的结构，成倍的提高了反应器整体的加工能力，且可根据实际生产需要设计不同的反应室数量，更具灵活性，满足不同的生产能力需求。

3.本发明中原料进管与各个反应室连通，反应室和预混室内均设置有搅拌器，各个反应室独立搅拌，将原有的一份反应原料平均分成多份同时进行反应工作，能够有效保证原料的混合强度和反应效果。

4.本发明中沉降室的酸相室连接循环酸泵，沉降室顶部设置有连接压缩机的气相出口，循环酸泵出口与压缩机出口分别连通预混室底部，能够将反应之后剩余的异丁烷作为循环冷剂、剩余的硫酸作为循环酸，再次输送到预混室内进行二次反应，有效提高了原料利用率。

附图说明

图1是本发明中反应室的纵向视图；

图2是图1中D-D剖视图；

图3是图1中E-E剖视图；

图4图2中C-C剖视图。

图中标记为：

1.反应室；2.原料进管；3.沉降室；31.酸相室；32.烃相室；33.隔板；4.预混室；5.混合槽；6.分配槽；7.第一溢流口；8.酸沉降管；9.第二溢流口；10.烃相泵；11.第三溢流口；12.循环酸泵；13.气相出口；14.冷剂输送管。

具体实施方式

为统一表述便于理解，本实施例中将正常视线方向视为前端，反之为后端，左手边为左侧，右手边为右侧。

下面结合附图实施例，对本发明做进一步描述：

如图1-4，本发明提供了一种新型硫酸法卧式烷基化反应器，包括反应器主体和与反应器主体相连通的原料进管2，本实施例中，反应器主体内设置有5个反应室1，各个反应室1相对独立，还包括与各个反应室1连通的原料进管2，原料进管2的输送前端设置有静态混合器（图中未示出）。反应器主体内左右两端分别设置有沉降室3和预混室4，预混室4底部连接有硫酸进管（图中未示出）。反应室1和预混室4内分别设置有搅拌器，搅拌器可根据需要设计为单层或多层搅拌叶片结构，本实施例附图中设计为2层搅拌叶片结构。

如图1所示，反应室1上部的前侧设置有长通的混合槽5，后侧设置有长通的分配槽6。分配槽6与预混室4上部通过第一溢流口7连通，各个反应室1分别通过酸沉降管8与分配槽6底部连通，酸沉降管8伸入到反应室1下部，各个反应室1的酸沉降管8底部距离反应室1底部的高度一致，有助于分配槽6内的液体能够均匀的流入各个反应室1中，保证原料配比，促进反应均匀、充分。

所述混合槽5与沉降室3连通，各个反应室1分别通过混合槽5侧壁的第二溢流口9与混合槽5连通，各个反应室1与混合槽5连通的第二溢流口9高度相同，有助于保证各个反应室1的反应产物向外流出的效率一致，促进生产标准化。

所述沉降室3的下部分为烃相室31和酸相室32，酸相室31与烃相室32之间设置隔板33，隔板33顶部距离沉降室3的顶部有间隔，保证酸相室31与烃相室32的顶部相连通，反应产物能从酸相室31溢流进烃相室32，烃相室32底部连通烃相泵10。混合槽5通过第三溢流口11与酸相室31连通，酸相室31底部连通循环酸泵12，循环酸泵12将硫酸注入预混室4底部。沉降室3顶部设置有气相出口13，气相出口13连接压缩机（图中未示出），压缩机出口通过冷剂输送管14连通预混室4底部，冷剂输送管14贴近原料进管2。

本发明的工作原理和具体实施方式：

首先，反应产物分离工序中产生的循环异丁烷与反应原料C₄在静态混合器中混合均匀后，分5路由原料进管2均匀进入5个反应室中，在硫酸的催化下进行烷基化反应。反应放出的热量由部分异丁烷自身蒸发带走，挥发的异丁烷由反应器顶气相出口13抽出进入压缩机冷却后，一部分作为冷剂冷却反应器进料，其余的作为循环冷剂返回预混室4入口。5个反应室1在各自的搅拌器搅拌作用下进行反应，反应产物通过第二溢流口9进入混合槽5，在混合槽5汇合后经由第三溢流口11进入沉降室3内的酸相室31，在酸相室31内沉淀后，烃相产物溢流过隔板33进入烃相室32，然后由烃相泵10抽出进入后续精制分离系统，得到烷基化油。酸相室31内的酸相产物由循环酸泵12抽出，与循环冷剂混合后进入预混室4底部，继续参与反应，循环利用。在预混室4内搅拌器的搅拌作用下，硫酸与循环冷剂混合均匀，经由第一溢流口7进入反应室1顶部后侧的分配槽6中，再经由酸沉降管8分别进入各个反应室1内，对反应室1内的反应原料进行催化反应，必要时，根据反应循环酸浓度需求补充部分新酸满足烷基化反应要求。如此，整个反应器内的酸循环和冷剂循环得以正常运行。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型。

Claims (3)

1.一种新型硫酸法卧式烷基化反应器，包括反应器主体，反应器主体内至少设置两个反应室，其特征在于：所述各个反应室相对独立，所述反应器主体内左右两端分别设置有预混室和沉降室；所述反应室上部的前后两侧分别设置有混合槽和分配槽，各个反应室通过分配槽和混合槽并联，所述分配槽与预混室上部通过第一溢流口连通，各个反应室分别通过酸沉降管与分配槽底部连通；所述混合槽与沉降室连通，各个反应室分别通过混合槽侧壁的第二溢流口与混合槽连通；所述沉降室下部分为烃相室和酸相室，酸相室与烃相室之间设置隔板，酸相室与烃相室顶部连通，酸相室与混合槽通过第三溢流口连通，烃相室连接烃相泵；所述酸相室底部连通循环酸泵，所述沉降室顶部设置有气相出口，所述气相出口连接压缩机，循环酸泵出口与压缩机出口分别连通预混室底部；所述酸沉降管伸入到反应室下部，各个反应室内的酸沉降管底部距离反应室底部的高度相同；各个反应室与混合槽连通的第二溢流口高度相同；还包括与各个反应室连通的原料进管，原料进管前端设置有静态混合器。

2.根据权利要求1所述的新型硫酸法卧式烷基化反应器，其特征在于：所述反应室和预混室内均设置有搅拌器。

3.根据权利要求2所述的新型硫酸法卧式烷基化反应器，其特征在于：所述反应器主体内设置有5个反应室。

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