CN204159342U - 一种烷基化反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种烷基化反应器，以解决现有的烷基化反应器分别存在的对反应温度的控制较为困难、未考虑换热等问题。本实用新型包括下部的混合室(6)和上部的反应室(1)，混合室的底部和下部分别设有烷烃进料管(4)和液体酸进料管(5)，顶部设有出口喷嘴(7)。反应室内设有导流筒(9)，导流筒内部为液体上升区，反应室与导流筒之间形成环形空间、作为液体回流区(3)。烷基化反应器设有烯烃进料管(8)。反应室内设有换热管束(10)和折流挡板(11)，反应室的顶部设有液体出口管(2)。本实用新型可用于烷烃和低碳烯烃在液体酸催化剂作用下生成高辛烷值烷基化油的反应。

Description

一种烷基化反应器

技术领域

本实用新型属于石油化工领域，涉及一种烷基化反应器。

背景技术

硫酸法烷基化反应的控制步骤为异丁烷向硫酸相的传质速率。由于异丁烷与硫酸催化剂具有非常高的密度差和粘度差，而且异丁烷在硫酸中的溶解度非常小，突出了该工艺过程的化学反应与分子扩散的矛盾。微观混合状态直接影响了反应产物的选择性和收率，因此对酸烃混合的要求非常严格。此外，烷基化反应是强放热反应，如何有效地移除反应热、控制反应温度，对烷基化反应具有非常重要的意义。硫酸法烷基化反应过程中既要实现酸烃两相快速、充分的混合，又要保证烷基化反应在较低的温度下进行，因此设计一种既能对反应物料产生足够的剪切分散效果、又能及时高效地移除反应热的烷基化反应器是众多研究者追求的目标。

美国专利US5443799公开的一种烷基化反应器，分为预混合区和反应区。在预混合区，由喷射器喷出的异丁烷高速进入硫酸相中并均匀地分散，形成酸烃乳化液，再经较细的喉管进入反应区。反应区设置有烯烃进料管，来自预混合区的酸烃乳化液与烯烃进料管喷射出的烯烃接触反应。该烷基化反应器的主要特点是硫酸与异丁烷预先混合、然后再与烯烃接触，硫酸消耗减少。主要缺点是烷基化反应热是依靠轻组分的气化吸热移除，对反应温度的控制较为困难，反应温度偏高。

中国专利CN101274249B公开的喷射式环流反应器，利用液体喷射产生的动能，使反应液体在反应器内循环流动、混合并反应。该反应器为液-液多相反应器，结构简单，可使液-液的接触面积较大、混合效果较好；并且无搅拌部件，不易泄漏，适合于高粘度液-液之间的反应。主要缺点是未考虑换热问题，对于放热剧烈的烷基化反应并不适用。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种烷基化反应器，以解决现有的烷基化反应器分别存在的对反应温度的控制较为困难、未考虑换热等问题。

为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是：一种烷基化反应器，包括下部的混合室和上部的反应室，混合室上设有烷烃进料部件、液体酸进料管，液体酸进料管设于混合室的下部，反应室内设有导流筒，导流筒内部为液体上升区，反应室与导流筒之间形成环形空间、作为液体回流区，混合室的顶部位于导流筒底部入口的下方，烷基化反应器还设有烯烃进料管、液体出口管，其特征在于：反应室内设有换热管束和折流挡板，混合室的顶部设有出口喷嘴，烷烃进料部件为1个设于混合室底部的烷烃进料管，液体出口管设于反应室的顶部。

采用本实用新型，具有如下的有益效果：(1)反应室内设有换热管束，通过反应室内的液体与换热管束内冷却介质的换热来移除烷基化反应热。通过灵活调节冷却介质的流量和温度，可以最大限度地、较为容易地控制烷基化反应在适宜的温度条件下进行。(2)操作过程中，液体酸与烷烃首先在混合室进行充分混合，形成酸烃乳化液，然后经出口喷嘴喷射进入反应室、与经烯烃进料管喷入的烯烃碰撞、混合；利用液体喷射产生的动能，使液体在反应室内的液体上升区和液体回流区之间不断地循环流动、分散和剪切，能够最终实现酸烃两相的充分接触、混合。

本实用新型兼备液体分散与乳化、流动与循环、传质与换热的能力。其结构简单、液-液接触面积大、无搅拌部件、操作弹性大，可用于烷烃和低碳烯烃在液体酸催化剂作用下生成高辛烷值烷基化油的反应。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本实用新型要求保护的范围。

附图说明

图1是本实用新型烷基化反应器的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型的烷基化反应器包括下部的混合室6和上部的反应室1。混合室6上设有烷烃进料部件、液体酸进料管5，液体酸进料管5设于混合室6的下部。反应室1内设有导流筒9。混合室6、反应室1和导流筒9的主体均为圆筒形筒体，一般同轴设置；导流筒9的下部为缩径结构。导流筒9内部为液体上升区，反应室1与导流筒9之间形成环形空间、作为液体回流区3；液体上升区与液体回流区3上下连通。混合室6的顶部穿过反应室1的底部封头进入反应室1内，与反应室1的底部连通，且位于导流筒9底部入口的下方。烷基化反应器还设有烯烃进料管8、液体出口管2。混合室6的顶部设有出口喷嘴7，烷烃进料部件为1个设于混合室6底部的烷烃进料管4，液体出口管2设于反应室1的顶部。

反应室1内设有换热管束10和折流挡板11。换热管束10为列管式换热管束、蛇形换热管束等，可以设于液体上升区和/或液体回流区3内。图1所示的烷基化反应器，换热管束10同时设于液体上升区和液体回流区3内。折流挡板11设于液体上升区和液体回流区3内。图1所示的烷基化反应器水平设置有多个折流挡板11，折流挡板11分别固定在导流筒9的内侧壁和外侧壁上。固定在导流筒9内侧壁上的折流挡板11可以为弓形等形状，固定在导流筒9外侧壁上的折流挡板11可以为月牙形等形状。上下相邻两个折流挡板11的间距不小于反应室1内直径D的五分之一，且不小于50毫米。本实用新型设置折流挡板11的目的，是为了增加物料在反应室1内的湍流特性，避免酸烃乳化液在反应室1内分层。

参见图1，本实用新型的烷基化反应器，烯烃进料管8有三个设置位置。烯烃进料管8的第一个设置位置是反应室1的底部封头，围绕出口喷嘴7设置1圈，数量一般为4～6个。该位置的烯烃进料管8倾斜向上，与混合室6轴心线之间的夹角一般为10～60度，出口位于导流筒9的底部入口处。烯烃进料管8的第二个设置位置是导流筒9的侧壁，一般沿高度方向设置2～3圈(图1所示是在导流筒9侧壁的上部、中部和下部各设置1圈)，每圈一般设置4～6个。该位置的烯烃进料管8倾斜向上，与导流筒9轴心线之间的夹角一般为10～60度，出口位于液体上升区内。烯烃进料管8的第三个设置位置是反应室1的侧壁，一般沿高度方向设置2～3圈(图1所示是在反应室1侧壁的上部、中部和下部各设置1圈)，每圈一般设置4～6个。该位置的烯烃进料管8倾斜向下，与反应室1轴心线之间的夹角一般为10～60度，出口位于液体回流区3内。

上述各圈烯烃进料管中的烯烃进料管8，一般是在圆周方向上均匀分布。烯烃进料管8与有关部件轴心线之间的夹角数值，使烯烃经烯烃进料管8喷出后能够促进液体在反应室1内的液体上升区和液体回流区3之间不断地循环流动。本实用新型所用的烯烃进料管8，优选在其出口端设置若干个小管道，在小管道上安装喷嘴，以利于烯烃的分散。烯烃进料管8的入口与烯烃输送管的出口相连，图略。

烷烃进料管4的轴心线与混合室6的轴心线同轴或平行。液体酸进料管5一般设置2个，位于混合室6侧壁相向的两侧，其轴心线与混合室6的轴心线垂直或成20～60度的夹角。出口喷嘴7一般设置2～4个，其轴心线与混合室6的轴心线平行。

导流筒9的内直径d一般为反应室1内直径D的0.5～0.7倍，导流筒9的顶部至液体出口管2的距离s一般为导流筒9内直径d的0.1～0.3倍。出口喷嘴7的喷口位于导流筒9的底部入口下方，至导流筒9底部入口的距离应小于出口喷嘴7的射流长度。

本实用新型的操作过程如下：烷烃(异构烷烃)和液体酸(作为催化剂)分别经烷烃进料管4和液体酸进料管5喷射进入混合室6内，在混合室6内进行碰撞、乳化混合，形成液体酸为连续相、烷烃为分散相的酸烃乳化液。酸烃乳化液经出口喷嘴7向上高速喷入液体上升区后向上流动，与经设置于反应室1底部封头和导流筒9侧壁上的烯烃进料管8倾斜向上喷入液体上升区内的烯烃进行碰撞、剪切和乳化，在烷基化条件下使烷烃和烯烃与液体酸接触，生成烷基化油。混合乳化液经导流筒9的顶部进入液体回流区3后向下流动，与经设置于反应室1侧壁上的烯烃进料管8倾斜向下喷入液体回流区3内的烯烃接触，使烷烃和烯烃继续发生烷基化反应。液体回流区3内的液体流动到液体回流区3的底部后，又经导流筒9的底部入口重新返回到液体上升区。液体在反应室1内的液体上升区和液体回流区3之间不断地循环流动，能使烷基化反应更加充分地进行。在上述的操作过程中，一部分乳化液(含有反应产物、未反应的原料和液体酸)由液体出口管2进入酸烃沉降器进行沉降分离，分离出的烃进入后续处理单元进行处理，得到烷基化油产品。

在上述的操作过程中，液体上升区和液体回流区3内的液体与换热管束10内的冷却介质换热，将烷基化反应热移除。

Claims (6)

1.一种烷基化反应器，包括下部的混合室(6)和上部的反应室(1)，混合室(6)上设有烷烃进料部件、液体酸进料管(5)，液体酸进料管(5)设于混合室(6)的下部，反应室(1)内设有导流筒(9)，导流筒(9)内部为液体上升区，反应室(1)与导流筒(9)之间形成环形空间、作为液体回流区(3)，混合室(6)的顶部位于导流筒(9)底部入口的下方，烷基化反应器还设有烯烃进料管(8)、液体出口管(2)，其特征在于：反应室(1)内设有换热管束(10)和折流挡板(11)，混合室(6)的顶部设有出口喷嘴(7)，烷烃进料部件为1个设于混合室(6)底部的烷烃进料管(4)，液体出口管(2)设于反应室(1)的顶部。

2.根据权利要求1所述的烷基化反应器，其特征在于：换热管束(10)设于液体上升区和/或液体回流区(3)内。

3.根据权利要求1或2所述的烷基化反应器，其特征在于：折流挡板(11)设于液体上升区和液体回流区(3)内。

4.根据权利要求1或2所述的烷基化反应器，其特征在于：烯烃进料管(8)有三个设置位置，烯烃进料管(8)的第一个设置位置是反应室(1)的底部封头，围绕出口喷嘴(7)设置1圈，数量为4～6个，该位置的烯烃进料管(8)倾斜向上，与混合室(6)轴心线之间的夹角为10～60度，出口位于导流筒(9)的底部入口处，烯烃进料管(8)的第二个设置位置是导流筒(9)的侧壁，沿高度方向设置2～3圈，每圈设置4～6个，该位置的烯烃进料管(8)倾斜向上，与导流筒(9)轴心线之间的夹角为10～60度，出口位于液体上升区内，烯烃进料管(8)的第三个设置位置是反应室(1)的侧壁，沿高度方向设置2～3圈，每圈设置4～6个，该位置的烯烃进料管(8)倾斜向下，与反应室(1)轴心线之间的夹角为10～60度，出口位于液体回流区(3)内。

5.根据权利要求1或2所述的烷基化反应器，其特征在于：烷烃进料管(4)的轴心线与混合室(6)的轴心线同轴或平行，液体酸进料管(5)设置2个，位于混合室(6)侧壁相向的两侧，其轴心线与混合室(6)的轴心线垂直或成20～60度的夹角，出口喷嘴(7)设置2～4个，其轴心线与混合室(6)的轴心线平行。

6.根据权利要求1或2所述的烷基化反应器，其特征在于：导流筒(9)的内直径为反应室(1)内直径的0.5～0.7倍，导流筒(9)的顶部至液体出口管(2)的距离为导流筒(9)内直径的0.1～0.3倍。