CN206273355U - 绕管换热式烷基化反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种绕管换热式烷基化反应器，它包括反应器罐体，罐体的两端安装有上封头、下封头，罐体的内腔中设有中心筒，上封头中安装有液体酸分布器和烷烃分布器，中心筒中均匀填充有静态混合元件，中心筒的外壁与罐体的内壁之间设有数层环绕中心筒的换热管，换热管的冷却介质入口设置在罐体的侧壁上部，换热管的冷却介质出口设置在罐体的侧壁下部；罐体侧壁上部还设有反应产物出口；下封头内安装有烯烃分布器。本实用新型兼具液体分散与乳化、传质与换热的能力，液‑液接触效果好、控温能力强、结构简单、无搅拌部件、易实现大型化，适用于异构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

绕管换热式烷基化反应器

技术领域

本实用新型涉及烷基化反应设备技术领域，具体的说是一种具有静态混合功能的绕管换热式烷基化反应器。

背景技术

烷基化反应是炼油加工领域一个重要的工艺过程。由异构烷烃和低碳烯烃在酸催化作用下生成的烷基化油，辛烷值高、挥发性小、有毒物含量少、燃烧清净性好，是理想的汽油调合组分，可以有效缓和汽油尾气排放所造成的大气污染。工业上广泛采用的烷基化催化剂有硫酸和氢氟酸，二者在基建投资、生产成本、产品收率和产品质量等方面十分接近，长期共存。近年来，随着环保法规日益严格，因氢氟酸的剧毒特性，新建反应器多采用硫酸烷基化工艺。烷基化反应原料异构烷烃和低碳烯烃与液体酸催化剂的互溶性较差，特别是异构烷烃在硫酸中的溶解度非常小，虽然低碳烯烃在液体酸中的溶解性略优于异构烷烃，但若低碳烯烃的点浓度较高，则易发生叠合和酯化反应，导致产品质量下降，酸耗增加。因此，为保证烷基化反应的顺利进行，必须提高酸烃两相的微观混合程度。此外，烷基化反应属强放热反应，若不及时移除反应热，会加剧烯烃副反应的发生，直接影响反应产物的选择性和收率。综上所述，烷基化反应器的优劣取决于酸烃分散、接触、循环方式等是否良好，以及反应热能否及时高效地移除。

专利US3759318公开了一种卧式搅拌反应器，内设有循环管、换热管束和螺旋搅拌浆。通过叶轮的强力搅拌形成酸烃乳化液，并利用换热管束移除烷基化反应热。Stratco卧式搅拌反应器已大量工业化，但是单个反应器的规模有限，扩大生产规模只能依靠反应器数量的增加。

专利CN204320310U、CN204996455U和CN105536676A对Stratco卧式搅拌反应器进行了局部改进，提高了装置的稳定性和酸烃的混合效果。专利CN105664826A 和CN105642217A公开了一种外循环式烷基化反应器，包括乳化器和换热器，保证了烷基化反应中的分散乳化传质、反应移热和流体循环流动三种功能的稳定性和可调控性。但此类反应器内具有循环物料，部分物料停留时间较长，副反应增加，酸耗较大，对产品辛烷值的提高不利。

专利CN103861545A和CN103865570A公开了一种喷射式烷基化反应器，反应器内部主要由几组喷头及喷头末端的分布器组成。不相溶的异烷烃和液体酸催化剂经过多级分散而充分混合，为异烷烃和低碳烯烃在酸催化剂作用下发生烷基化反应提供了有力保证。该反应器可通过压力调节控制反应器的温度，但设置了过多的物料入口管路，其结构复杂、流动阻力大，不利于制造、生产及维护。

现有液体酸烷基化工艺中酸烃的混合方式主要有搅拌、静态混合以及喷射等，烷基化反应热的去热方式包括与冷介质换热和异丁烷气化。但搅拌式反应器密封困难，且存在循环物料，产品酸耗大，产品质量低，喷射式反应器管路布置复杂、流动阻力大，不利于制造、生产及维护，静态混合式反应器通常采用异丁烷气化去热，空间利用率低。

实用新型内容

为了提高酸烃两相的微观混合程度，有效移除反应热，使烷基化反应在较低的温度下进行，同时降低酸耗，提高反应器的操作弹性，本实用新型提供了一种绕管换热式烷基化反应器。

为达到上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：

一种绕管换热式烷基化反应器，它包括反应器罐体，罐体的两端安装有上封头、下封头，罐体的内腔中设有中心筒，所述上封头中安装有液体酸分布器和烷烃分布器，上封头与罐体顶端的连接处设有环形平板结构的上支撑板；所述中心筒中均匀填充有静态混合元件，中心筒的外壁与罐体的内壁之间设有数层环绕中心筒的换热管，换热管的冷却介质入口设置在罐体的侧壁上部，换热管的冷却介质出口设置在罐体的侧壁下部；罐体侧壁上部还设有反应产物出口；所述下封头与罐体底端的连接处设有均布通孔的下支撑板，下封头内安装有烯烃分布器。

优选的，相邻所述换热管之间安装有隔条。

优选的，所述中心筒体积小于罐体内腔体积的二分之一。

优选的，所述中心筒与上支撑板、下支撑板同轴设置，上支撑板中心孔的直径与中心筒的内径相等。

优选的，所述中心筒的上下两端分别安装有填料压紧装置和填料支承装置，中心筒内填充的静态混合元件为规整填料或者散装填料。

优选的，所述液体酸分布器、烷烃分布器、烯烃分布器的形状为管状或者槽状或者盘状，设有至少一个物料进口，设有数个物料出口，物料出口的形状为圆形或者多边形。

优选的，所述下支撑板为多孔筛板或者格栅板。

本实用新型在使用时，液体酸和烷烃分别由液体酸分布器和烷烃分布器进入上封头处的预分布区，初步混合后，经上支撑板的中心孔进入中心筒内的混合区，在静态混合元件的反复分散、剪切作用下碰撞、混合，形成以液体酸为连续相、烷烃为分散相的酸烃乳化液。酸烃乳化液继续下行，流出中心筒，在下封头处与由烯烃分布器进入的烯烃快速接触混合后，经下支撑板向上流动，进入中心筒外壁与罐体内壁之间的反应区，并持续向上流动。烯烃和酸烃乳化液经过环绕在中心筒外壁的换热管和隔条的切割、扰动作用下充分混合、接触，使得烷烃和烯烃在液体酸的催化作用下进行烷基化反应，生成烷基化油。烷基化反应所产生的大量的反应热与换热管内的冷却介质进行换热移除，从而使反应物流维持在最佳烷基化反应温度范围内。反应产物由设置的罐体侧壁上部的反应产物出口排出反应器，进入分离系统。

本实用新型具有如下的有益效果：

（1）酸烃混合效果好，上封头处的液体酸分布器、烷烃分布器可以实现酸烃的初步混合；中心筒内的静态混合元件具有反复分散、剪切的作用，使难于相溶的异烷烃和液体酸催化剂充分混合；反应区内环绕在中心筒外壁上的换热管和隔条对流体具有扰动作用，加剧了酸烃两相的分散、乳化和混合，强化了传质和传热，提高了酸烃两相的微观混合水平；

（2）去热效果好，采用绕管式的换热结构，不存在流动死区，单位容积传热面积较大，在冷热流体温差较小时仍能保证较高的传热效率，去热效果好，使烷基化反应在最佳的温度范围内进行，降低了副反应发生的几率；上下支撑板和中心筒将反应器划分为预分布区、混合区和反应区，混合区的体积小于反应区的体积，无循环物料，酸耗低，产品质量高；

（3）能耗低，装置稳定性强，利用静态混合元件提高酸烃的混合接触效果，避免了搅拌反应釜内液体与壁面撞击的能量损耗，能量利用率高；反应器内构件少，结构简单，全部采用静密封，避免了传统搅拌式反应器中旋转部件削弱密封性能的缺点，装置稳定性更好，运行周期更长；

（4）结构紧凑，反应器空间利用率高，操作弹性大，装置容易实现大型化，可减少设备数量。

综上所述，本实用新型兼具液体分散与乳化、传质与换热的能力，液-液接触效果好、控温能力强、结构简单、无搅拌部件、易实现大型化，适用于异构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。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中液体分布管的结构示意图；

图3为图1中上支撑板的结构示意图；

图4为图1中下支撑板的结构示意图。

图中：1、上封头，2、冷却介质入口，3、罐体，4、中心筒，5、冷却介质出口，6、下封头，7、液体酸分布器，8、烷烃分布器，9、上支撑板，10、反应产物出口，11、静态混合元件，12、换热管，13、隔条，14、下支撑板，15、烯烃分布器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步详细描述。

如图1至图4所示的一种绕管换热式烷基化反应器，它包括反应器罐体（3），罐体（3）的两端安装有上封头（1）、下封头（6），罐体（3）的内腔中设有中心筒（4），上封头（1）中安装有液体酸分布器（7）和烷烃分布器（8），上封头（1）与罐体（3）顶端的连接处设有环形平板结构的上支撑板（9）；所述中心筒（4）中均匀填充有静态混合元件，中心筒（4）的外壁与罐体（3）的内壁之间设有数层环绕中心筒（4）的换热管（12），相邻所述换热管（12）之间安装有隔条（13）。换热管（12）的冷却介质入口（2）设置在罐体（3）的侧壁上部，换热管（12）的冷却介质出口（5）设置在罐体（3）的侧壁下部；罐体（3）侧壁上部还设有反应产物出口（10）；所述下封头（6）与罐体（3）底端的连接处设有均布通孔的下支撑板（14），下封头（6）内安装有烯烃分布器（15）。

所述中心筒（4）的体积小于罐体（3）内腔体积的二分之一。中心筒（4）与上支撑板（9）、下支撑板（14）同轴设置，上支撑板（9）中心孔的直径与中心筒（4）的内径相等。中心筒（4）的上下两端分别安装有填料压紧装置和填料支承装置，中心筒（4）内填充的静态混合元件为规整填料或者散装填料。

液体酸分布器（7）、烷烃分布器（8）、烯烃分布器（15）的形状为管状或者槽状或者盘状，设有至少一个物料进口，设有数个物料出口，物料出口的形状为圆形或者多边形。下支撑板（14）为多孔筛板或者格栅板。

本实用新型的工作过程为：

液体酸和烷烃分别由液体酸分布器7和烷烃分布器8进入上封头1处的预分布区，初步混合后，经上支撑板9中心孔进入中心筒4内的混合区，在静态混合元件11的反复分散、剪切作用下碰撞、混合，形成液体酸为连续相、烷烃为分散相的酸烃乳化液。酸烃乳化液继续下行，流出中心筒4，在下封头6处与由烯烃分布器15进入的烯烃快速接触混合后，经下支撑板14进入中心筒4外壁与罐体3内壁之间的反应区，持续向上流动。烯烃和酸烃乳化液在换热管12和隔条13的切割、扰动作用下充分混合、接触，使得烷烃和烯烃在液体酸的催化作用下进行烷基化反应，生成烷基化油。烷基化反应的反应热通过换热管12内的冷却介质移除，从而使反应物流维持在最佳烷基化反应温度范围。反应产物由罐体3上部的反应产物出口10排出反应器，进入分离系统。

本实用新型兼具液体分散与乳化、传质与换热的能力，液-液接触效果好、控温能力强、结构简单、无搅拌部件、易实现大型化，适用于异构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。

Claims (7)

1.一种绕管换热式烷基化反应器，它包括反应器罐体（3），罐体（3）的两端安装有上封头（1）、下封头（6），罐体（3）的内腔中设有中心筒（4），其特征在于：所述上封头（1）中安装有液体酸分布器（7）和烷烃分布器（8），上封头（1）与罐体（3）顶端的连接处设有环形平板结构的上支撑板（9）；所述中心筒（4）中均匀填充有静态混合元件，中心筒（4）的外壁与罐体（3）的内壁之间设有数层环绕中心筒（4）的换热管（12），换热管（12）的冷却介质入口（2）设置在罐体（3）的侧壁上部，换热管（12）的冷却介质出口（5）设置在罐体（3）的侧壁下部；罐体（3）侧壁上部还设有反应产物出口（10）；所述下封头（6）与罐体（3）底端的连接处设有均布通孔的下支撑板（14），下封头（6）内安装有烯烃分布器（15）。

2.根据权利要求1所述的绕管换热式烷基化反应器，其特征在于：相邻所述换热管（12）之间安装有隔条（13）。

3.根据权利要求1或2所述的绕管换热式烷基化反应器，其特征在于：所述中心筒（4）的体积小于罐体（3）内腔体积的二分之一。

4.根据权利要求3所述的绕管换热式烷基化反应器，其特征在于：所述中心筒（4）与上支撑板（9）、下支撑板（14）同轴设置，上支撑板（9）中心孔的直径与中心筒（4）的内径相等。

5.根据权利要求4所述的绕管换热式烷基化反应器，其特征在于：所述中心筒（4）的上下两端分别安装有填料压紧装置和填料支承装置，中心筒（4）内填充的静态混合元件为规整填料或者散装填料。

6.根据权利要求5所述的绕管换热式烷基化反应器，其特征在于：所述液体酸分布器（7）、烷烃分布器（8）、烯烃分布器（15）的形状为管状或者槽状或者盘状，设有至少一个物料进口，设有数个物料出口，物料出口的形状为圆形或者多边形。

7.根据权利要求6所述的绕管换热式烷基化反应器，其特征在于：所述下支撑板（14）为多孔筛板或者格栅板。