CN209752873U - 一种基于固体酸催化剂的烷基化反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于固体酸催化剂的烷基化反应装置，包括静态混合器、烷基化反应器、脱丙烷塔、脱丁烷塔、异构化反应器和异丁烷回收塔，静态混合器的一侧设置有异丁烷进料管和碳四烯烃进料管，烷基化反应器包括第一烷基化反应器和第二烷基化反应器，脱丙烷塔的上部设置有C1‑C3烃类出料管，脱丙烷塔的下部与脱丁烷塔连通，脱丁烷塔的下部设置有烷基化油出料管。本实用新型通过在静态混合器上连接第一烷基化反应器和第二烷基化反应器，同时使第一烷基化反应器和第二烷基化反应器均与异丁烷进料管连通，能够使第一烷基化反应器和第二烷基化反应器循环进行烷基化反应和催化剂再生，能有效提高反应效率，提高异丁烷的利用率。

Description

一种基于固体酸催化剂的烷基化反应装置

技术领域

本实用新型属于烷基化油生产技术领域，具体涉及一种基于固体酸催化剂的烷基化反应装置。

背景技术

石油炼制和石油化工生产过程中副产大量碳四烃类混合物，包括正丁烷、异丁烷、异丁烯和丁二烯等，将这部分副产物综合利用已经提高附加值是增加企业效益的重要途径。其中异丁烷与碳四烯烃烷基化生产清洁汽油技术是发展较早的一种碳四利用技术。

20世纪30～40年代，世界上开发成功了以硫酸、氢氟酸为催化剂的烷基化技术。20世纪80年代国内引进了国外先进技术，有美国Stratco硫酸法烷基化技术和氢氟酸法烷基化技术，先后建成了20于套烷基化装置，实际加工能力达130万t/a。传统烷基化方法所采用的催化剂为硫酸或氢氟酸，装置存在酸腐蚀、废酸处理和安全操作等一系列问题。

随着环保法规对汽油中烯烃、芳烃、硫含量等限制的日益严格，国内烷基化油的重要性日显突出。由于传统烷基化技术存在的问题限制了其进一步的发展，而固体酸催化烷基化技术具有设备腐蚀轻、催化剂选择性高、环境污染小和产物易分离等优点，是一种可以替代传统液体酸烷基化技术的一种新型技术。

授权公告号为CN102191081B的中国专利公开了一种固体酸烷基化方法，其通过将混合反应原料间歇引入烷基化反应器，且始终保持异构烷烃在反应系统内循环，实现了烷基化反应与催化剂再生的交替进行，同时将烷基化反应器部分反应物料返回至反应器入口以提高进料烷烯比，此方法含有一台反应器时为间歇操作，串联2个以上反应器可以实现连续操作，但该方法的操作条件为异丁烷的超临界状态，操作条件苛刻，且烷基化油在反应器中循环，降低了反应器的效率，增加了催化剂失活的几率。

授权公告号为CN1100028C的中国专利公开了一种异构烷烃与烯烃的烷基化方法，其使用至少二个并联的反应器，当其中一个或多个反应器中的催化剂需要再生时，在反应器原位通过溶剂与固体酸催化剂接触，冲洗清除覆盖在固体酸催化剂表面上的大分子烃类，恢复催化剂的高选择性，但该方法设置了一套独立的再生溶剂系统，操作系统复杂效率低。

采用固体酸催化烷基化时，由于固体酸催化剂具有失活快的特点，因此如何快速、简单、高效、节约地对失活的固体酸催化剂进行再生是固体酸催化烷基化技术应用中需要亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于固体酸催化剂的烷基化反应装置，其通过在静态混合器的出料口处连接第一烷基化反应器和第二烷基化反应器，同时使第一烷基化反应器和第二烷基化反应器均与异丁烷进料管连通，能够使第一烷基化反应器和第二烷基化反应器循环进行烷基化反应和催化剂再生，能有效提高反应效率，提高异丁烷的利用率，降低了操作费用和投资费用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：包括静态混合器、烷基化反应器、脱丙烷塔、脱丁烷塔、异构化反应器和异丁烷回收塔，所述静态混合器的一侧设置有异丁烷进料管和碳四烯烃进料管，所述烷基化反应器包括第一烷基化反应器和第二烷基化反应器，所述第一烷基化反应器和第二烷基化反应器上均设置有异丁烷进料口和烷基化原料进料口，所述第一烷基化反应器的烷基化原料进料口和第二烷基化反应器的烷基化原料进料口均与静态混合器的出料口连通，所述第一烷基化反应器的异丁烷进料口和第二烷基化反应器的异丁烷进料口均与异丁烷进料管连通，所述第一烷基化反应器和第二烷基化反应器的下部均设置有烷基化反应产物出口和第一异丁烷出料口，所述第一烷基化反应器的烷基化反应产物出口和第二烷基化反应器的烷基化反应产物出口均与脱丙烷塔的进料口连接，所述第一烷基化反应器的第一异丁烷出料口和第二烷基化反应器的第一异丁烷出料口均与异丁烷回收塔的进料口连接，所述脱丙烷塔的上部设置有C1-C3烃类出料管，所述脱丙烷塔的下部出料口处与脱丁烷塔的进料口连通，所述脱丁烷塔的上部出口与异构化反应器的进料口连接，所述脱丁烷塔的下部设置有烷基化油出料管，所述脱丁烷塔的一侧设置有与异丁烷进料管连通的第二异丁烷出料口，所述异构化反应器的下部设置有与异丁烷进料管连通的第三异丁烷出料口，所述异丁烷回收塔的下部设置有与异丁烷进料管连通的第四异丁烷出料口。

上述的一种基于固体酸催化剂的烷基化反应装置，其特征在于：所述静态混合器的出料口与第一烷基化反应器的烷基化原料进料口之间通过第一连接管连通，所述静态混合器的出料口与第二烷基化反应器的烷基化原料进料口之间通过第二连接管连通，所述第一连接管上设置有第一阀门，所述第二连接管上设置有第二阀门；

所述第一烷基化反应器的异丁烷进料口与异丁烷进料管之间通过第三连接管连通，所述第二烷基化反应器的异丁烷进料口与异丁烷进料管之间通过第四连接管连通，所述第三连接管上设置有第二阀门，所述第四连接管上设置有第一阀门。

上述的一种基于固体酸催化剂的烷基化反应装置，其特征在于：所述第一烷基化反应器的烷基化反应产物出口与脱丙烷塔的进料口之间通过第五连接管连通，所述第二烷基化反应器的烷基化反应产物出口与脱丙烷塔的进料口之间通过第六连接管连通，所述第五连接管上设置有第一阀门，所述第六连接管上设置有第二阀门；

所述第一烷基化反应器的第一异丁烷出料口与异丁烷回收塔的进料口之间通过第七连接管连通，所述第二烷基化反应器的第一异丁烷出料口与异丁烷回收塔的进料口之间通过第八连接管连通，所述第七连接管上设置有第二阀门，所述第八连接管上设置有第一阀门。

上述的一种基于固体酸催化剂的烷基化反应装置，其特征在于：所述第一烷基化反应器和第二烷基化反应器内设置的固体酸催化剂均为分子筛催化剂。

上述的一种基于固体酸催化剂的烷基化反应装置，其特征在于：所述碳四烯烃进料管内的碳四烯烃为1-丁烯、顺-2-丁烯和反-2-丁烯中的一种或两种以上。

上述的一种基于固体酸催化剂的烷基化反应装置，其特征在于：所述异构化反应器内设置有正丁烷异构化催化剂。

上述的一种基于固体酸催化剂的烷基化反应装置，其特征在于：所述异丁烷回收塔内设置有活性白土。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型通过在静态混合器的出料口处连接第一烷基化反应器和第二烷基化反应器，使第一烷基化反应器和第二烷基化反应器为并联连接，同时使第一烷基化反应器和第二烷基化反应器均与异丁烷进料管连通，通过切换第一烷基化反应器和第二烷基化反应器的异丁烷和烷基化原料的供给，能够使第一烷基化反应器和第二烷基化反应器循环进行烷基化反应和催化剂再生，能有效提高反应效率，简化了再生流程，降低了操作费用和投资费用。

2、本实用新型通过在脱丁烷塔上连接异构化反应器，能够将脱丁烷塔内的正丁烷转化为异丁烷进行使用，通过将第一烷基化反应器和第二烷基化反应器均与异丁烷回收塔连接，能够将从第一烷基化反应器和第二烷基化反应器内进入异丁烷回收塔的含有杂质的异丁烷进行杂质吸附，进行再次利用，能有效提高异丁烷的利用率，减少资源的浪费。

综上所述，本实用新型通过在静态混合器的出料口处连接第一烷基化反应器和第二烷基化反应器，同时使第一烷基化反应器和第二烷基化反应器均与异丁烷进料管连通，能够使第一烷基化反应器和第二烷基化反应器循环进行烷基化反应和催化剂再生，能有效提高反应效率，提高异丁烷的利用率，降低了操作费用和投资费用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

附图标记说明:

1—静态混合器； 2-1—第一烷基化反应器；

2-2—第二烷基化反应器； 3—脱丙烷塔；

4—脱丁烷塔； 5—异构化反应器； 6—异丁烷回收塔；

7—异丁烷进料管； 8—碳四烯烃进料管； 9—C1-C3烃类出料管；

10—烷基化油出料管； 11—第一连接管； 12—第二连接管；

13—第一阀门； 14—第二阀门； 15—第三连接管；

16—第四连接管； 17—第五连接管； 18—第六连接管；

19—第七连接管； 20—第八连接管。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括静态混合器1、烷基化反应器、脱丙烷塔3、脱丁烷塔4、异构化反应器5和异丁烷回收塔6，所述静态混合器1的一侧设置有异丁烷进料管7和碳四烯烃进料管8，所述烷基化反应器包括第一烷基化反应器2-1和第二烷基化反应器2-2，所述第一烷基化反应器2-1和第二烷基化反应器2-2上均设置有异丁烷进料口和烷基化原料进料口，所述第一烷基化反应器2-1的烷基化原料进料口和第二烷基化反应器2-2的烷基化原料进料口均与静态混合器1的出料口连通，所述第一烷基化反应器2-1的异丁烷进料口和第二烷基化反应器2-2的异丁烷进料口均与异丁烷进料管7连通，所述第一烷基化反应器2-1和第二烷基化反应器2-2的下部均设置有烷基化反应产物出口和第一异丁烷出料口，所述第一烷基化反应器2-1的烷基化反应产物出口和第二烷基化反应器2-2的烷基化反应产物出口均与脱丙烷塔3的进料口连接，所述第一烷基化反应器2-1的第一异丁烷出料口和第二烷基化反应器2-2的第一异丁烷出料口均与异丁烷回收塔6的进料口连接，所述脱丙烷塔3的上部设置有C1-C3烃类出料管9，所述脱丙烷塔3的下部出料口处与脱丁烷塔4的进料口连通，所述脱丁烷塔4的上部出口与异构化反应器5的进料口连接，所述脱丁烷塔4的下部设置有烷基化油出料管10，所述脱丁烷塔4的一侧设置有与异丁烷进料管7连通的第二异丁烷出料口，所述异构化反应器5的下部设置有与异丁烷进料管7连通的第三异丁烷出料口，所述异丁烷回收塔6的下部设置有与异丁烷进料管7连通的第四异丁烷出料口。

实际使用时，通过在静态混合器1的出料口处连接第一烷基化反应器2-1和第二烷基化反应器2-2，使第一烷基化反应器2-1和第二烷基化反应器2-2为并联连接，同时使第一烷基化反应器2-1和第二烷基化反应器2-2均与异丁烷进料管7连通，通过切换第一烷基化反应器2-1和第二烷基化反应器2-2的异丁烷和烷基化原料的供给，能够实现第一烷基化反应器2-1和第二烷基化反应器2-2循环进行烷基化反应和催化剂再生，能有效提高反应效率。

本实施例中，所述第一烷基化反应器2-1和第二烷基化反应器2-2进行催化剂再生时所需的再生温度、再生压力、异丁烷重时空速和再生时间与其进行烷基化反应时的反应温度、反应压力、烷基化原料重时空速和反应时间相同，第一烷基化反应器2-1和第二烷基化反应器2-2始终能够确保其中一个处于催化剂再生状态，而另一个处于烷基化反应状态。烷基化反应条件为：反应温度70℃，反应压力2.0MPa，反应器入口物流的烷烯摩尔比300，烷基化原料的重时空速2.0h^-1，反应时间为8h；催化剂再生条件为：反应温度70℃，反应压力2.0MPa，异丁烷重时空速2.0h^-1，再生时间为8h。

需要说明的是，由于固体酸烷基化反应为一类复杂反应，除发生主要的烷基化反应外，还会发生异构化反应、歧化反应、裂解反应、聚合反应，产物组成复杂，包括丙烷、丁烷等组分，通过在第一烷基化反应器2-1和第二烷基化反应器2-2的烷基化反应产物出口处依次连接脱丙烷塔3和脱丁烷塔4，脱丙烷塔3能够将烷基化反应生成物中的C1-C3烃类物质的组分(包括丙烷、丙烯、乙烷、乙烯、甲烷)与C3以上烃类物质的组分进行分离，脱丁烷塔4能够将正丁烷与异丁烷进行分离，便于对异丁烷进行再利用。

实际使用时，通过设置异构化反应器5和异丁烷回收塔6，能有效提高异丁烷的利用率，减少资源的浪费。

本实施例中，所述脱丙烷塔3的下部出料口与脱丁烷塔4的进料口之间、所述脱丁烷塔4的第二异丁烷出料口与异丁烷进料管7之间、所述脱丁烷塔4的上部出口与异构化反应器5的进料口之间、所述异构化反应器5的第三异丁烷出料口与异丁烷进料管7之间、以及异丁烷回收塔6的第四异丁烷出料口与异丁烷进料管7之间均通过连接管相互连通。

本实施例中，所述静态混合器1的出料口与第一烷基化反应器2-1的烷基化原料进料口之间通过第一连接管11连通，所述静态混合器1的出料口与第二烷基化反应器2-2的烷基化原料进料口之间通过第二连接管12连通，所述第一连接管11上设置有第一阀门13，所述第二连接管12上设置有第二阀门14；

所述第一烷基化反应器2-1的异丁烷进料口与异丁烷进料管7之间通过第三连接管15连通，所述第二烷基化反应器2-2的异丁烷进料口与异丁烷进料管7之间通过第四连接管16连通，所述第三连接管15上设置有第二阀门14，所述第四连接管16上设置有第一阀门13。

本实施例中，所述第一烷基化反应器2-1的烷基化反应产物出口与脱丙烷塔3的进料口之间通过第五连接管17连通，所述第二烷基化反应器2-2的烷基化反应产物出口与脱丙烷塔3的进料口之间通过第六连接管18连通，所述第五连接管17上设置有第一阀门13，所述第六连接管18上设置有第二阀门14；

所述第一烷基化反应器2-1的第一异丁烷出料口与异丁烷回收塔6的进料口之间通过第七连接管19连通，所述第二烷基化反应器2-2的第一异丁烷出料口与异丁烷回收塔6的进料口之间通过第八连接管20连通，所述第七连接管19上设置有第二阀门14，所述第八连接管20上设置有第一阀门13。

实际使用时，通过在第一连接管11、第四连接管16、第五连接管17和第八连接管20上均设置第一阀门13，在第二连接管12、第三连接管15、第六连接管18和第七连接管19上均设置有第二阀门14，便于通过控制第一阀门13和第二阀门14的启闭来实现第一烷基化反应器2-1和第二烷基化反应器2-2进行烷基化反应和催化剂再生的循环切换，操作便捷。

需要说明的是，当打开所有的第一阀门13并关闭所有的第二阀门14时，静态混合器1内生成的烷基化原料通过第一连接管11进入第一烷基化反应器2-1内进行烷基化反应，异丁烷进料管7内的异丁烷通过第四连接管16进入第二烷基化反应器2-2内进行催化剂再生，第一烷基化反应器2-1内的烷基化反应完成后，此时第二烷基化反应器2-2内的催化剂再生也随之完成；关闭所有的第一阀门13并打开所有的第二阀门14，静态混合器1内生成的烷基化原料通过第二连接管12进入第二烷基化反应器2-2内进行烷基化反应，异丁烷进料管7内的异丁烷通过第三连接管15进入第一烷基化反应器2-1内进行催化剂再生；如此循环，可有效提高第一烷基化反应器2-1和第二烷基化反应器2-2的反应效率。

本实施例中，所述第一烷基化反应器2-1和第二烷基化反应器2-2内设置的固体酸催化剂均为分子筛催化剂。

实际使用时，所述第一烷基化反应器2-1和第二烷基化反应器2-2均为固定床反应器，所述第一烷基化反应器2-1和第二烷基化反应器2-2为并联连接，所述第一烷基化反应器2-1和第二烷基化反应器2-2内的固体酸催化剂为β分子筛催化剂，β分子筛催化剂由氟化铵溶液改性的氧化铝和β分子筛按照一定比例捏合挤条、烘干、焙烧制成。在β分子筛催化剂的作用下，碳四烯烃和异丁烷在烷基化反应器2中发生烷基化反应，生成烷基化油和C1-C3烃类副产物。

需要说明的是，失活的β分子筛催化剂的再生介质为异丁烷，通过在第一烷基化反应器2-1和第二烷基化反应器2-2内通入异丁烷，可以使β分子筛催化剂在失活状态时进行在线再生，简化了再生流程，降低了操作费用和投资费用。

本实施例中，所述碳四烯烃进料管8内的碳四烯烃为1-丁烯、顺-2-丁烯和反-2-丁烯中的一种或两种以上。

实际使用时，所述碳四烯烃进料管8内通入的气体由1-丁烯、顺-2-丁烯和反-2-丁烯中的一种或两种以上混合而成。

本实施例中，所述异构化反应器5内设置有正丁烷异构化催化剂。

实际使用时，所述正丁烷异构化催化剂为Pt/ZSM-5正丁烷异构化催化剂，通过在异构化反应器5内设置正丁烷异构化催化剂，能够实现将正丁烷转化为异丁烷，能有效提高异丁烷的利用率。

本实施例中，所述异丁烷回收塔6内设置有活性白土。

实际使用时，通过在异丁烷回收塔6内装填活性白土，异丁烷回收塔6可以对从第五连接管17和第七连接管19流进的含有杂质的异丁烷进行杂质吸附，净化后的异丁烷可通过异丁烷进料管7再进入静态混合器1内进行循环使用，减少资源的浪费。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于固体酸催化剂的烷基化反应装置，其特征在于：包括静态混合器(1)、烷基化反应器、脱丙烷塔(3)、脱丁烷塔(4)、异构化反应器(5)和异丁烷回收塔(6)，所述静态混合器(1)的一侧设置有异丁烷进料管(7)和碳四烯烃进料管(8)，所述烷基化反应器包括第一烷基化反应器(2-1)和第二烷基化反应器(2-2)，所述第一烷基化反应器(2-1)和第二烷基化反应器(2-2)上均设置有异丁烷进料口和烷基化原料进料口，所述第一烷基化反应器(2-1)的烷基化原料进料口和第二烷基化反应器(2-2)的烷基化原料进料口均与静态混合器(1)的出料口连通，所述第一烷基化反应器(2-1)的异丁烷进料口和第二烷基化反应器(2-2)的异丁烷进料口均与异丁烷进料管(7)连通，所述第一烷基化反应器(2-1)和第二烷基化反应器(2-2)的下部均设置有烷基化反应产物出口和第一异丁烷出料口，所述第一烷基化反应器(2-1)的烷基化反应产物出口和第二烷基化反应器(2-2)的烷基化反应产物出口均与脱丙烷塔(3)的进料口连接，所述第一烷基化反应器(2-1)的第一异丁烷出料口和第二烷基化反应器(2-2)的第一异丁烷出料口均与异丁烷回收塔(6)的进料口连接，所述脱丙烷塔(3)的上部设置有C1-C3烃类出料管(9)，所述脱丙烷塔(3)的下部出料口处与脱丁烷塔(4)的进料口连通，所述脱丁烷塔(4)的上部出口与异构化反应器(5)的进料口连接，所述脱丁烷塔(4)的下部设置有烷基化油出料管(10)，所述脱丁烷塔(4)的一侧设置有与异丁烷进料管(7)连通的第二异丁烷出料口，所述异构化反应器(5)的下部设置有与异丁烷进料管(7)连通的第三异丁烷出料口，所述异丁烷回收塔(6)的下部设置有与异丁烷进料管(7)连通的第四异丁烷出料口。

2.按照权利要求1所述的一种基于固体酸催化剂的烷基化反应装置，其特征在于：所述静态混合器(1)的出料口与第一烷基化反应器(2-1)的烷基化原料进料口之间通过第一连接管(11)连通，所述静态混合器(1)的出料口与第二烷基化反应器(2-2)的烷基化原料进料口之间通过第二连接管(12)连通，所述第一连接管(11)上设置有第一阀门(13)，所述第二连接管(12)上设置有第二阀门(14)；

所述第一烷基化反应器(2-1)的异丁烷进料口与异丁烷进料管(7)之间通过第三连接管(15)连通，所述第二烷基化反应器(2-2)的异丁烷进料口与异丁烷进料管(7)之间通过第四连接管(16)连通，所述第三连接管(15)上设置有第二阀门(14)，所述第四连接管(16)上设置有第一阀门(13)。

3.按照权利要求1所述的一种基于固体酸催化剂的烷基化反应装置，其特征在于：所述第一烷基化反应器(2-1)的烷基化反应产物出口与脱丙烷塔(3)的进料口之间通过第五连接管(17)连通，所述第二烷基化反应器(2-2)的烷基化反应产物出口与脱丙烷塔(3)的进料口之间通过第六连接管(18)连通，所述第五连接管(17)上设置有第一阀门(13)，所述第六连接管(18)上设置有第二阀门(14)；

所述第一烷基化反应器(2-1)的第一异丁烷出料口与异丁烷回收塔(6)的进料口之间通过第七连接管(19)连通，所述第二烷基化反应器(2-2)的第一异丁烷出料口与异丁烷回收塔(6)的进料口之间通过第八连接管(20)连通，所述第七连接管(19)上设置有第二阀门(14)，所述第八连接管(20)上设置有第一阀门(13)。

4.按照权利要求1所述的一种基于固体酸催化剂的烷基化反应装置，其特征在于：所述第一烷基化反应器(2-1)和第二烷基化反应器(2-2)内设置的固体酸催化剂均为分子筛催化剂。

5.按照权利要求1所述的一种基于固体酸催化剂的烷基化反应装置，其特征在于：所述碳四烯烃进料管(8)内的碳四烯烃为1-丁烯、顺-2-丁烯和反-2-丁烯中的一种或两种以上。

6.按照权利要求1所述的一种基于固体酸催化剂的烷基化反应装置，其特征在于：所述异构化反应器(5)内设置有正丁烷异构化催化剂。

7.按照权利要求1所述的一种基于固体酸催化剂的烷基化反应装置，其特征在于：所述异丁烷回收塔(6)内设置有活性白土。