EA013873B1

EA013873B1 - Способ получения алкилбензина и реактор серно-кислотного алкилирования изобутана олефинами

Info

Publication number: EA013873B1
Application number: EA201000140A
Authority: EA
Inventors: Семен Шикович Гершуни
Original assignee: Семен Шикович Гершуни; ЕМЕЛЬКИНА, Валентина Андреевна; ЖИХАРЕВ, Роман Владимирович
Priority date: 2008-08-18
Filing date: 2008-08-18
Publication date: 2010-08-30
Also published as: EP2332897A1; EP2332897B1; EP2332897A4; EA201000140A1; WO2010021562A1

Abstract

Предложенное изобретение относится к способу (двум вариантам) получения алкилбензина путем алкилирования изобутана олефинами, а также реактору (два варианта) для осуществления предложенного способа. Первый вариант реактора включает реакционную камеру, состоящую из вертикально расположенного цилиндрического корпуса и соосной ему циркуляционной трубы, узлы ввода серной кислоты и циркулирующих продуктов реакций, где узел ввода серной кислоты выполнен в виде камеры с вводным штуцером, размещенным под циркуляционной трубой с торцевым зазором к ней и отделенной от нее поперечной перегородкой, в которой закреплены сопла для ввода серной кислоты в циркуляционную трубу, направленные вверх и размещенные по окружности с диаметром, меньшим внутреннего диаметра циркуляционной трубы, а узел ввода циркулирующих продуктов реакции в смеси с олефиносодержащим сырьем выполнен в виде кольцевой камеры с входным штуцером, размещенной над циркуляционной трубой и снабженной соплами, направленными вниз и размещенными по окружности с диаметром, большим наружного диаметра циркуляционной трубы, и каналом для вывода реакционной смеси, расположенным внутри кольцевой камеры. Другой вариант реактора представляет собой две соосно размещенные по высоте реакционные камеры, аналогичные вышеописанным, при этом в корпусе верхней камеры размещен штуцер для вывода из нее части реакционной смеси выше уровня поперечной перегородки, в которой закреплены сопла для перетока эмульсии из нижней камеры в верхнюю. Применение данного способа (вариантов) и реактора (вариантов) позволяет получать алкилбензин лучшего качества и обеспечить большую надежность при эксплуатации.

Description

Изобретение относится к способам и устройствам для получения алкилбензина путем сернокислого алкилирования изопарафинов олефинами, преимущественно изобутана бутиленом, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей промышленности.

Предшествующий уровень техники

Наиболее широко распространенный способ производства алкилатов (алкилбензина) в нефтеперерабатывающей промышленности состоит в серно-кислотном алкилировании изобутана олефинами с целью получения изооктана как основного высокооктанового компонента продуктов реакции.

Известно множество различных способов осуществления процесса серно-кислотного алкилирования изобутана олефинами.

Патент США № 3544652 от 01.12.70 раскрывает способ алкилирования изопарафина олефинами в присутствии серной кислоты, где олефин реагирует с алкилирующей кислотоуглеводородной эмульсией, сформированной в результате тщательного перемешивания изопарафина с серной кислотой до контакта с олефином. В этом патенте объемное соотношение изопарафина к олефину преимущественно равно 12:1. Объемное соотношение кислоты к углеводородам находится в пределах от 2,5:1 до 15:1, но преимущественно контролируется в рамках 6:1. Реакция проходит адиабатически преимущественно в потоке, в реакторе, называемом контактор алкилирования, снабженном перемешивающим устройством, достаточным для создания эмульсии изопарафина с серной кислотой, а также тщательного и однородного перемешивания сформированной таким образом эмульсии с олефином в точках ее подачи в реактор.

По ходу движения жидкого потока в реакторе температура алкилирующей смеси непрерывно поднимается на 5-15°С, уменьшая таким образом вязкость самой смеси и повышая степень ее турбулентности. Процесс проходит в основном при температуре от 5 до 60°С и давлении, необходимом для поддержания реагентов в жидкой фазе (от 2 до 10 атм). Перед смешением с изопарафином серная кислота концентрацией от 88 до 99% охлаждается примерно до температуры 4°С.

Способ, описанный в патенте США № 3544652, требует значительных энергозатрат на циркуляцию кислоты, вследствие ее высокого соотношения к углеводородам. Этот способ также требует очень больших размеров отстойного оборудования. Более того, при этом способе высок удельный расход серной кислоты и не гарантируется высокое качество конечного продукта.

Известен способ получения алкилбензина путем смешивания серной кислоты, изобутана и олефинов при объемном соотношении изобутан:олефины от 5:1 до 10:1 [А.С. СССР № 585655, С07С 9/16, 1979].

Недостатком этого способа является невысокое качество алкилбензина из-за низкого соотношения изобутан: олефины в зоне реакции, а также значительные потери серной кислоты из-за ее уноса с продуктами реакции.

Известен способ получения алкилбензина путем смешивания серной кислоты с изобутаном, предварительно охлажденными до температуры не выше -2°С, смешиванием полученной эмульсии с олефинами в несколько ступеней с охлаждением до температуры не выше -2°С. Смешивание изобутана с серной кислотой осуществляют в инжекторном смесителе с коэффициентом инжекции 3,3-5,2; контактирование приготовленной эмульсии с олефинами осуществляют при объемном соотношении изобутана к олефинам 3000-5000:1, а отделение продуктов реакции от серной кислоты осуществляют, используя гидроциклон [патент РФ № 2092475].

В указанном патенте РФ № 2092475 описано также устройство для получения алкилбензина, которое представляет собой реактор, включающий три последовательно соединенных инжекторных смесителя. Каждый смеситель снабжен устройством ввода олефинового сырья, винтообразно распределяющим сырье по длине.

Способ и устройство, описанные в патенте РФ № 2092475, позволяют осуществить процесс сернокислотного алкилирования изопарафинов олефинами в малогабаритном реакторе без движущихся деталей с получением алкилбензина высокого качества. Однако практическое поддержание объемного соотношения изобутан:олефины в зоне реакции в пределах 3000-5000:1 связано с высокими энергозатратами.

Наиболее близким аналогом является способ получения алкилатов (алкилбензина) путем сернокислотного алкилирования по крайней мере одного изопарафина, такого как изобутан, по крайней мере одним олефином, включающий (а) приготовление смеси указанного по меньшей мере одного изопарафина с рециркулируемыми продуктами реакции посредством смешивания указанного по меньшей мере одного изопарафина, предварительно охлажденного до температуры не выше +12°С, с рециркулируемыми продуктами реакции, отделенными от серной кислоты и также охлажденными до температуры не выше +12°С; (Ь) приготовление первой эмульсии углеводороды в кислоте путем ввода смеси, полученной на стадии (а), множественными параллельными струями в серно-кислотную композицию; (с) приготовление второй эмульсии путем ввода спутными струями через форсунки части указанного по меньшей мере одного олефина в первую эмульсию углеводороды в кислоте, полученную на стадии (Ь). Ввод второй эмульсии, полученной на стадии (с), через сопла в реакционную камеру с заданной высотой и поперечным сечением, где указанная вторая эмульсия циркулирует по замкнутому контуру с непрерывным выводом балансового количества реакционной смеси; ввод другой части указанного по меньшей мере одного олефина спутными струями через систему форсунок во вторую эмульсию, циркулирующую в реакци

- 1 013873 онной камере, где такой ввод равномерно распределен по поперечному сечению и высоте указанной реакционной камеры; разделение реакционной смеси из реакционной камеры с использованием по меньшей мере одного гидроциклона на кислотосодержащую фракцию и углеводородсодержащую фракцию, каждую из которых затем подвергают редукции давления и газосепарации; рециркуляцию части углеводородсодержащей фазы после отделения паров на стадию (а), где указанная рециркулированная фаза служит в качестве рециркулированных продуктов реакции, и вывод оставшейся части углеводородсодержащей фазы на раскисление, очистку и фракционирование для выделения требуемого алкилата(ов) и рециркулирование кислотосодержащей фазы после отделения паров и охлаждения на стадию (Ь), где указанная циркулированная кислотосодержащая фаза представляет собой указанную серно-кислотную композицию, при этом часть кислотосодержащей фазы выводится на регенерацию перед рециркуляцией и заменой свежей кислотой [патент ЕА 003897].

Наиболее близким аналогом является реактор алкилирования для получения алкилатов, в том числе алкилбензина, путем серно-кислотного алкилирования по крайней мере одного изопарафина, такого как изобутан, по крайней мере одним олефином, таким как бутилен, которое включает в себя смесительную камеру для приготовления смеси указанного изопарафина с циркулирующими продуктами реакции. Устройство также включает в себя смесительную камеру для приготовления смеси указанного изопарафина с циркулирующими продуктами реакции, а также эмульсионную камеру для приготовления первой эмульсии углеводородов в серной кислоте, где смесь, приготовленная в смесительной камере, вводится множественными параллельными струями в серно-кислотную среду. Кроме того, устройство содержит предреакционную камеру для приготовления второй эмульсии, где определенная часть указанного олефина вводится спутными струями в первую эмульсию углеводородов в серной кислоте, поступающую из эмульсионной камеры [патент ЕА № 003897]. Устройство содержит также реакционную камеру заданной высоты и поперечного сечения, куда вторая эмульсия, поступающая из предреакционной камеры, вводится через форсунки, а другая часть олефина вводится спутными струями равномерным потоком, распределенным по высоте и поперечному сечению реакционной камеры. Реакционная камера устроена таким образом, что вторая эмульсия циркулирует по замкнутому контуру с непрерывным выводом через штуцер балансового количества реакционной смеси. Смесительная камера, эмульсионная камера, предреакционная камера и реакционная камера установлены соосно одна над другой в вертикальном положении, и совместно образуют реактор, где предреакционная камера размещена в нижней части реактора, а реакционная камера - в верхней его части.

Известные способ и устройство позволяют получить алкилбензин с более высокой продуктивностью, чем другие известные и используемые в настоящее время способы и устройства для их осуществления. Однако в процессе промышленного использования известного изобретения выявилось, что в случае внеплановой остановки реактора алкилирования в узлы ввода продуктов попадает кислота, которую при последующем пуске сложно вывести из нижних точек системы из-за большой разницы плотностей углеводородов и концентрированной серной кислоты, что ведет к снижению надежности эксплуатации.

Раскрытие изобретения

В основу изобретения положена задача создания способа и устройства для получения алкилибензина, позволяющих повысить надежность эксплуатации, а также повысить качество получаемого алкилбензина.

Для решения поставленной задачи предлагаются два варианта способа получения алкилбензина и два варианта адиабатического реактора серно-кислотного алкилирования изобутана олефинами путем струйного смешения для осуществления предлагаемых вариантов способа соответственно.

Поставленная задача решается тем, что первый вариант способа получения алкилбензина путем серно-кислотного алкилирования изобутана олефинами включает следующие стадии:

а) приготовление смеси изобутана с циркулирующей серной кислотой, предварительно отделенной от продуктов реакции и охлажденной до температуры не выше +7,0°С;

б) приготовление смеси по крайней мере части потока олефиносодержащего сырья с циркулирующими продуктами реакции, предварительно отделенными от серной кислоты и охлажденными до температуры не выше +6,0°С;

в) ввод смесей, приготовленных на стадиях (а) и (б), раздельными потоками в циркуляционный контур реактора для осуществления процесса алкилирования;

г) разделение выведенной из реактора кислотоуглеводородной эмульсии на две части, одну из которых подвергают очистке от кислоты, нейтрализации и фракционированию с выделением изобутана и алкилбензина и последующим возвратом изобутана в реактор алкилирования, а оставшуюся часть подвергают редукции давления, газосепарации и разделению ее жидкой части на кислотную и углеводородную составляющие, каждую из которых раздельными потоками возвращают в реактор алкилирования, предварительно вводя в них циркулирующий изобутан и олефиносодержащее сырье в соответствии со стадиями (а) и (б).

Стадию (а) осуществляют путем впрыска изобутана в поток серной кислоты через форсунки с перепадом давления в форсунке не менее 1 кгс/см² в специальном смесителе, обеспечивающем равномерное распределение изобутана по объему серной кислоты. Стадию (а) контролируют таким образом, чтобы

- 2 013873 поток вводимого в серную кислоту изобутана составлял не менее 10 об.% от потока серной кислоты.

Для осуществления предлагаемого способа получения алкилбензина путем серно-кислотного алкилирования изобутана олефинами используется реактор серно-кислотного алкилирования изобутана олефинами, включающий реакционную камеру, состоящую из вертикально расположенного цилиндрического корпуса и соосной ему циркуляционной трубы, узлы ввода серной кислоты и циркулирующих продуктов реакций, где узел ввода серной кислоты выполнен в виде камеры с вводным штуцером, размещенным под циркуляционной трубой с торцевым зазором к ней и отделенной от нее поперечной перегородкой, в которой закреплены сопла для ввода серной кислоты в циркуляционную трубу, направленные вверх и размещенные по окружности с диаметром, меньшим внутреннего диаметра циркуляционной трубы, а узел ввода циркулирующих продуктов реакции в смеси с олефиносодержащим сырьем выполнен в виде кольцевой камеры с входным штуцером, размещенной над циркуляционной трубой и снабженной соплами, направленными вниз и размещенными по окружности с диаметром, большим наружного диаметра циркуляционной трубы, и каналом для вывода реакционной смеси, расположенным внутри кольцевой камеры.

Высота торцевого зазора между циркуляционной трубой и расположенной под ней поперечной перегородкой с соплами составляет 0,35-0,8 наружного диаметра циркуляционной трубы.

Поставленная задача решается тем, что второй вариант способа получения алкилбензина путем серно-кислотного алкилирования изобутана олефинами включает следующие стадии:

а) приготовление смеси изобутана с циркулирующей серной кислотой, предварительно отделенной от продуктов реакции и охлажденной до температуры не выше +7°С, и ввод этой смеси в нижнюю ступень реактора алкилирования;

б) разделение потока олефиносодержащего сырья на две части, одну из которых смешивают с циркулирующими продуктами реакции, предварительно отделенными от серной кислоты и охлажденными до температуры не выше +6°С, а другую - с частью потока циркулирующего изобутана, и ввод этих смесей в нижнюю и верхнюю ступени реактора алкилирования соответственно;

в) вывод эмульсии из реактора двумя потоками, один из которых выводится выше уровня ввода олефиносодержащего сырья во вторую ступень реактора, а второй - ниже этого уровня, причем эти потоки регулируют таким образом, чтобы соотношение кислота/углеводороды в обоих потоках отличалось не более чем на 5%;

Стадию (а) осуществляют путем впрыска части потока изобутана в поток серной кислоты через форсунки с перепадом давления в форсунке не менее 1 кгс/см² в специальном смесителе, обеспечивающем равномерное распределение изобутана по объему серной кислоты.

Смесь, полученную на стадии (а), восходящим потоком со скоростью истечения из сопла не менее 5 м/с подают в нижнюю часть циркуляционной трубы нижней ступени реактора алкилирования, а смеси, полученные на стадии (б), вводят нисходящим потоком в зазор между циркуляционной трубой и корпусом каждой ступени реактора.

В сырьевой олефиносодержащий поток верхней ступени реактора вводят часть потока изобутана в количестве, необходимом для обеспечения перепада давления в форсунках не менее 1,5 кгс/см².

Для осуществления предлагаемого способа получения алкилбензина путем серно-кислотного алкилирования изобутана олефинами используется двухступенчатый реактор серно-кислотного алкилирования изобутана олефинами, состоящий из двух соосно размещенных по высоте реакционных камер, каждая из которых включает вертикально расположенный цилиндрический корпус и соосную ему циркуляционную трубу, узел ввода потоков с олефиносодержащим сырьем, выполненный в виде кольцевой камеры с входным штуцером и соплами, направленными вниз и размещенными по окружности, диаметр которой больше наружного диаметра циркуляционной трубы, и каналом для вывода реакционной смеси, нижняя камера снабжена узлом для ввода серной кислоты в смеси с изобутаном, выполненным в виде камеры с вводным штуцером, размещенной под циркуляционной трубой и отделенной от нее поперечной перегородкой, в которой закреплены сопла для ввода серной кислоты в смеси с изобутаном в циркуляционную трубу, направленные вверх и размещенные по окружности с диаметром, меньшим внутреннего диаметра циркуляционной трубы, канал для вывода реакционной смеси из нижней камеры, размещенный внутри кольцевой камеры, отделен от верхней камеры поперечной перегородкой, в которой закреплены сопла для перетока эмульсии из нижней камеры в верхнюю, направленные вверх и размещенные по окружности с диаметром, меньшим внутреннего диаметра циркуляционной трубы, в корпусе верхней камеры выше уровня поперечной перегородки дополнительно размещен штуцер для вывода из нее части реакционной смеси.

- 3 013873

В каждой из реакционных камер высота торцевого зазора между циркуляционной трубой и расположенной под ней поперечной перегородкой с соплами составляет 0,35-0,8 наружного диаметра циркуляционной трубы.

Канал для вывода реакционной смеси из нижней камеры выполнен цилиндрической формы с диаметром, отличающимся от внутреннего диаметра циркуляционной трубы не более чем на 5%.

Кольцевая камера нижней реакционной камеры снабжена штуцером для ввода охлажденных циркулирующих продуктов реакции в смеси с частью потока олефиносодержащего сырья. Кольцевая камера верхней ступени реактора снабжена штуцером для ввода части потока олефиносодержащего сырья в смеси с изобутаном.

Краткое описание чертежей

В последующем изобретение поясняется подробным описанием двух вариантов реактора сернокислотного алкилирования изобутана олефинами и схем осуществления двух вариантов предлагаемого способа получения алкилбензина согласно изобретению со ссылкой на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 схематически показан одноступенчатый реактор серно-кислотного алкилирования изобутана олефинами, включающий следующие основные узлы: вертикальный цилиндрический корпус 1, размещенную с зазором к корпусу и соосную ему циркуляционную трубу 2, узел 3 для ввода серной кислоты и узел 4 для ввода циркулирующих продуктов реакции, канал 5 для вывода реакционной смеси, размещенный внутри кольцевой камеры 10 для ввода циркулирующих продуктов реакции. Узел 3 для ввода серной кислоты выполнен в виде камеры 6 с вводным штуцером 7, размещенным под циркуляционной трубой 2 с торцевым зазором к ней и отделенной от нее поперечной перегородкой 8, в которой закреплены сопла 9 для ввода серной кислоты в циркуляционную трубу 2, направленные вверх и размещенные по окружности с диаметром, меньшим внутреннего диаметра циркуляционной трубы 2. Высота торцевого зазора между циркуляционной трубой и камерой ввода серной кислоты составляет 0,35-0,8 наружного диаметра циркуляционной трубы. Узел 4 для ввода циркулирующих продуктов реакции в смеси с олефиносодержащим сырьем выполнен в виде кольцевой камеры 10 с входным штуцером 11, размещенной над циркуляционной трубой 2 и снабженной соплами 12, направленными вниз и размещенными по окружности с диаметром, большим наружного диаметра циркуляционной трубы 2.

На фиг. 2 схематически показан двухступенчатый реактор серно-кислотного алкилирования изобутана олефинами, включающий две соосно размещенные по высоте одна над другой реакционные камеры.

Нижняя камера реактора включает следующие узлы: вертикальный цилиндрический корпус 1, размещенную с зазором к корпусу и соосную ему циркуляционную трубу 2, узел 3 для ввода серной кислоты, выполненный в виде камеры 6 с вводным штуцером 7, размещенной под циркуляционной трубой 2 и отделенной от нее поперечной перегородкой 8, в которой закреплены сопла 9 для ввода серной кислоты; устройство ввода циркулирующих продуктов реакции в смеси с олефиносодержащим сырьем, выполненное в виде кольцевой камеры 10 с входным штуцером 11, размещенной над циркуляционной трубой 2 и снабженной соплами 12, направленными вниз; канал 5 для вывода реакционной смеси, размещенный внутри кольцевой камеры 10.

Согласно предпочтительным условиям осуществления изобретения канал 5 выполнен цилиндрической формы с диаметром, отличающимся от внутреннего диаметра циркуляционной трубы не более чем на 3%.

Согласно изобретению канал 5 двухступенчатого реактора отделен от верхней камеры поперечной перегородкой 13, в которой закреплены сопла 14.

Верхняя реакционная камера включает корпус 15, циркуляционную трубу 16, аналогичную нижней циркуляционной трубе 2, верхнюю камеру 17 с входным штуцером 18 для ввода олефиносодержащего сырья и соплами 19. Приосевая полость кольцевой камеры 17 представляет собой канал 20 для вывода реакционной смеси, завершающийся верхним штуцером 21. Выше уровня решетки 13 размещен штуцер 22 для вывода части реакционной смеси из верхней реакционной камеры.

На фиг. 3 показана схема осуществления первого варианта способа получения алкилбензина, включающая одноступенчатый реактор алкилирования 1, гидроциклон 23, соединенный на входе трубопроводом 24 с выводным каналом 5 реактора, гидроциклон 25, соединенный на входе с верхним выводом гидроциклона 23, газожидкостный сепаратор 26, соединенный по входу с нижними выводами гидроциклонов 23 и 25, трехфазный сепаратор 27, куда заведены жидкостной и газовый выводы сепаратора 26, жидкостной отстойник 28, соединенный по входу с верхним выводом гидроциклона 25, редукционный клапан 29, циркуляционные насосы 30 и 31, насос откачки продуктов реакции 32, смеситель изобутана с серной кислотой 33, компрессор 34, конденсатор 35, узел нейтрализации 36 и блок фракционирования 37.

На фиг. 4 показана схема осуществления второго варианта способа получения алкилбензина, включающая двухступенчатый реактор алкилирования, показанный на фиг. 2, гидроциклон 23, соединенный на входе трубопроводом 24 с выводным каналом 20 реактора, гидроциклон 25, соединенный на входе с верхним выводом гидроциклона 23, газожидкостный сепаратор 26, соединенный по входу с нижними выводами гидроциклонов 23 и 25, трехфазный сепаратор 27, куда заведены жидкостной и газовый выводы сепаратора 26, жидкостной отстойник 28, соединенный по входу с верхним выводом гидроциклона

- 4 013873

25, редукционный клапан 29, циркуляционные насосы 30 и 31, насос откачки продуктов реакции 32, смеситель изобутана с серной кислотой 33, компрессор 34, конденсатор 35, узел нейтрализации 36 и блок фракционирования 37.

Схема, показанная на фиг. 4, обладает следующими отличиями от схемы 3:

к штуцеру 18 кольцевой камеры 17 верхней ступени реактора выполнен подвод части потока олефиносодержащего сырья;

линия подвода части потока олефиносодержащего сырья к верхней ступени реактора соединена с линией подвода изобутана;

схема включает две линии вывода реакционной смеси из реактора: через верхний штуцер 21 и через штуцер 22, размещенный над разделительной перегородкой 13.

Детальное описание изобретения

Предлагаемый способ получения алкилбензина по первому варианту осуществляется следующим образом.

В смесителе 33 создают смесь изобутана с циркулирующей с помощью насоса 30 серной кислотой, предварительно отделенной в трехфазном сепараторе 27 от продуктов реакции и охлажденной в нем до температуры не выше 7,0°С, а затем вводят эту смесь в реактор алкилирования, аналогичный показанному на фиг. 1. Смесь поступает в реакционную зону через штуцер 7 и сопла 9.

В циркулируемые с помощью насоса 31 продукты реакции алкилирования, предварительно отделенные в трехфазном сепараторе 27 от серной кислоты и охлажденные до температуры не выше 6,0°С, вводят олефиносодержащее сырье и затем эту смесь вводят в реактор алкилирования через штуцер 11 и сопла 12.

В реакторе алкилирования, где клапаном 29 поддерживают давление не ниже 4 кгс/см², за счет ввода продуктов через сопла 9 и 12 организуется реакционный циркуляционный контур, в котором внутри циркуляционной трубы 2 поток поднимается вверх, а в кольцевом зазоре между корпусом 1 и циркуляционной трубой 2 опускается вниз. В этом контуре создается эмульсия углеводородов в серной кислоте, в которой и происходит процесс серно-кислотного алкилирования изобутана олефинами.

После прохождения реакции алкилирования полученную реакционную смесь, представляющую собой эмульсию углеводородов в серной кислоте, выводят из реактора через канал 5 для вывода реакционной смеси, размещенный внутри кольцевой камеры для ввода циркулирующих продуктов реакции 10, и трубопровод 24 в гидроциклон 23, где происходит расслоение эмульсии. Легкую фазу эмульсии с верха гидроциклона 23 вводят в гидроциклон 25.

С низа гидроциклонов 23 и 25 выводят кислотоуглеводородную смесь, на потоке которой клапаном 29 снижают давление до 0,5 кгс/см², в результате чего из указанной смеси испаряется часть изобутана, а ее температура снижается с 8,0-10,0 до 4,5°С. Первичное отделение паров от жидкости производят в газожидкостном сепараторе 26; жидкость с низа сепаратора 26 вводят в нижнюю часть трехфазного сепаратора 27, а пары с верха сепаратора 26 - в верхнюю часть трехфазного сепаратора 27. В трехфазном сепараторе 27 жидкость разделяется на циркулирующие кислоту и углеводороды, которые возвращаются в реактор насосами 30 и 31 соответственно. Пары изобутана, отсасываемые компрессором 34 из сепаратора 27, сжимаются в нем до давления 6 кгс/см² и конденсируются в конденсаторе 35; жидкий изобутан смешивают с изобутаном, отделяемым в блоке фракционирования 37 от продуктов реакции, и возвращают в процесс.

Процесс алкилирования осуществляется с выделением тепла, поэтому на выходе реактора температура потока выше, чем на входе. Охлаждение циркулирующих продуктов происходит за счет испарения изобутана при редукции давления.

Реактор алкилирования (фиг. 1) работает следующим образом.

В циркулирующие охлажденные продукты реакции вводят олефиновое сырье. Этот смешанный углеводородный поток вводят через штуцер 11 в кольцевую камеру 10 реактора 1. Истекая через сопла 12, струи продукта инжектируют в кольцевой зазор поток, восходящий по циркуляционной трубе 2 реактора. В эту же трубу истекает через сопла 9 поток кислоты, вводимой в реактор через штуцер 7 камеры 6, и тоже инжектирует внутрь циркуляционной трубы 2 эмульсию из кольцевого зазора. Таким образом, в реакторе создается циркуляционный контур эмульсии, в котором происходит реакция алкилирования.

Лучший вариант осуществления изобретения

Предлагаемый способ получения алкилбензина по второму варианту осуществляется следующим образом.

В смесителе 33 создают смесь изобутана с циркулирующей с помощью насоса 30 серной кислотой, предварительно отделенной в трехфазном сепараторе 27 от продуктов реакции и охлажденной в нем до температуры около 5°С, а затем вводят эту смесь в нижнюю ступень реактора алкилирования, аналогичного показанному на фиг. 2. Смесь поступает в реакционную зону через штуцер 7 и сопла 9.

Поток олефиносодержащего сырья разделяют на две части, одну из которых смешивают с циркулирующими при помощи насоса 31 продуктами реакции алкилирования, предварительно отделенными в трехфазном сепараторе 27 от серной кислоты и охлажденными до температуры не выше 7,0°С. Эту смесь вводят через штуцер 11 и сопла 12 в нижнюю камеру реактора алкилирования. Другую часть потока

- 5 013873 олефиносодержащего сырья смешивают с частью потока циркулирующего изобутана и вводят через штуцер 18 и сопла 19 в верхнюю камеру реактора алкилирования.

В реакторе, где клапаном 29 поддерживают давление не ниже 4 кгс/см² за счет ввода продуктов через сопла 9 и 12, организуется реакционный циркуляционный контур, в котором внутри циркуляционной трубы 2 поток поднимается вверх, а в кольцевом зазоре между корпусом 1 и циркуляционной трубой 2 опускается вниз. В этом контуре создается эмульсия углеводородов в серной кислоте, в которой и происходит процесс серно-кислотного алкилирования изобутана олефинами.

Второй циркуляционный контур образуется в верхней ступени реактора, куда эмульсия истекает через сопла 14. В этот реакционный контур вводят дополнительное количество олефиносодержащего сырья.

Реакционную смесь, представляющую собой эмульсию углеводородов в серной кислоте, выводят из реактора двумя потоками через штуцера 21 и 22, регулируя эти потоки таким образом, чтобы соотношение кислоты и углеводородов в обоих потоках различалось не более чем на 5%. Эту смесь по трубопроводу 24 вводят в гидроциклон 23, где происходит первичное расслоение эмульсии, с низа гидроциклона 23 выводят кислотоводородную эмульсию, а с верха - углеводородную фазу, которую затем вводят в гидроциклон 25.

С верха гидроциклона 25 углеводородный поток, который может содержать незначительное количество кислоты, направляют в отстойник 28, где остатки кислоты осаждают в нижней части аппарата, откуда его выводят либо в поток отработанной кислоты, либо в поток циркулирующей серной кислоты.

Поток углеводородных продуктов реакции из отстойника 28 насосом 33 перекачивают на нейтрализацию и фракционирование с выделением алкилбензина и циркулирующего изобутана.

С низа гидроциклонов 23 и 25 выводят кислотоуглеводородную эмульсию, на потоке которой клапаном 29 снижают давление до 0,3-0,5 кгс/см², в результате чего из указанной смеси испаряется часть изобутана, а ее температура снижается с 8,0-12,0 до 4-5°С.

Реактор алкилирования (фиг. 2) работает следующим образом.

Нижняя ступень реактора работает аналогично одноступенчатому реактору, показанному на фиг. 1 и описанному в примере 1 осуществления способа.

Эмульсия из нижней ступени реактора через канал 5 и сопла 14 истекает внутрь циркуляционной трубы 16 верхней ступени реактора, инжектируя при этом эмульсию из кольцевого зазора между этой трубой 16 и корпусом 15. В нисходящий поток образующегося циркуляционного контура через сопла 19 вводят олефиносодержащее сырье, подаваемое через штуцер 18 в верхнюю камеру 17, которое подвергается алкилированию, что позволяет увеличить производительность двухступенчатого реактора по сравнению с одноступенчатым реактором по варианту 1 и улучшить качество алкилата за счет увеличения соотношения между изобутаном и олефинами в зоне реакции.

Высокая тонкость распыла сырья обеспечивается тем, что к сырьевому потоку подмешивают изобутан в количестве, необходимом для обеспечения перепада давления в соплах 19 не менее 1,5 кгс/см², предпочтительно выше 2,5 кгс/см², учитывая, что подача сырья может изменяться в зависимости от различных производственных факторов. При работе установки с ее максимальной расчетной производительностью подмешивание изобутана к сырьевому потоку может не потребоваться и весь изобутан будет вводиться в поток серной кислоты через смеситель 32.

Из реактора эмульсию выводят двумя потоками: через верхний штуцер 21 и нижний штуцер 22, регулируя эти потоки таким образом, чтобы соотношение кислоты/углеводород в этих потоках различалось не более чем на 5%.

В сырьевой олефиносодержащий поток верхней ступени реактора, используемый на стадии (б), вводят часть потока изобутана в количестве, необходимом для обеспечения перепада давления на форсунках ввода сырья в реактор не менее 1,5 кгс/см², предпочтительно выше 2,5 кгс/см².

По сравнению с ближайшими аналогами изобретения реакторы алкилирования, показанные на фиг. 1 и 2, обеспечивают большую надежность при эксплуатации. Это достигается размещением сопел для ввода углеводородов (12 и 19) в верхней части реакционных камер и направлением углеводородных потоков сверху вниз. В этом случае, если даже случится внеплановая остановка реактора или прекратится подача сырья, изобутана или циркулирующих продуктов реакции и кольцевые камеры 10 и 17 заполнятся кислотой, при пуске аппарата кислота как более тяжелая по плотности фаза стечет вниз и кольцевая камера вновь заполнится углеводородами, что исключит опасность осложнений (кристаллизации продуктов и коррозии в застойных зонах узлов ввода углеводородов).

Ниже приведены конкретные примеры использования предлагаемого способа.

Пример 1. В циркулирующую серную кислоту в количестве 658 м³/ч подают через форсунки смесителя изобутан в количестве 125 м³/ч и эту смесь вводят через штуцер 7 и сопла 9 в реактор алкилирования, аналогичный показанному на фиг. 1. В него же через штуцер 11 и сопла 12 вводят смесь циркулирующих продуктов реакции (274 м³/ч) и бутан-бутиленовой фракции (содержание изобутана 48 мас.%, бутиленов 46 мас.%) в количестве 22 м³/ч.

Из выводимой из реактора реакционной смеси в блоке гидроциклонов выделяют часть углеводородной составляющей в количестве 84 м³/ч, которую после отделения в отстойнике следов серной кисло

- 6 013873 ты фракционируют в блоке ректификации с получением 12490 кг/ч алкилбензина и 36863 кг/ч изобутана, возвращаемого в процесс.

С низа гидроциклонов 23 и 25 выводят кислотную эмульсию, на потоке которой снижают давление до 0,5 кгс/см², в результате чего из эмульсии испаряется часть изобутана, а температура снижается с 7,6 до 4,9°С. В трехфазном сепараторе 27 жидкость разделяется на циркулирующие кислоту и углеводороды, которые перекачиваются в реактор насосами 30 и 31 соответственно. Пары изобутана, отсасываемые компрессором из сепаратора 27, сжимаются до давления 6 кгс/см², затем конденсируются; жидкий изобутан смешивают с изобутаном, отделяемым в блоке фракционирования от продуктов реакции и возвращают в процесс.

На выходе , блока фракционирования алкилбензин имел следующие характеристики:

Точка	начала кипения	выкипания	Конца кипения	Октановое число
10%	50%	90%
Температура °С	37.2	69	108	161	194.5	ΚΟΝ 97.0	ΜΟΝ 93.8

Пример 2. В нижнюю реакционную камеру реактора алкилирования, аналогичного показанному на фиг. 2, где поддерживают давление не ниже 4 кгс/см², вводят через штуцер 7 и сопла 9 циркулирующую серную кислоту в количестве 658 м³/ч, через штуцер 11 и сопла 12 в реактор вводят смесь циркулирующих продуктов реакции (274 м³/ч, температура 4,8°С) и бутан-бутиленовой фракции (14,5 м³/ч, содержание изобутана 48 мас.%, бутиленов 46 мас.%). В верхнюю реакционную камеру через штуцер 18 и форсунки 19 вводят смесь бутан-бутиленовой фракции (11,7 м³/ч) и изобутана (23,6 м³/ч).

Реакционную смесь выводят из реактора через штуцера 21 (880 м³/ч) и 22 (199 м³/ч). Затем из нее выделяют часть углеводородной составляющей в количестве 100,0 м³/ч, которую после отделения в отстойнике 28 остатков серной кислоты фракционируют в блоке ректификации с получением 14870 кг/ч алкилбензина и изобутана, возвращаемого в процесс.

С низа гидроциклонов 23 и 25 выводят кислотоуглеводородную смесь (995 м³/ч, в том числе 658 м³/ч кислоты), на потоке которой снижают давление до 0,5 кгс/см², в результате чего из смеси испаряется 42470 кг/ч изобутана, а температура снижается с 7,8 до 4,9°С. В трехфазном сепараторе 27 жидкость разделяется на циркулирующие кислоту и углеводороды, которые возвращаются в реактор насосами 30 и 31 соответственно. Пары изобутана, отсасываемые компрессором из сепаратора 27, сжимаются до давления 6 кгс/см², затем конденсируются; жидкий изобутан смешивают с изобутаном, отделяемым в блоке фракционирования от продуктов реакции и возвращают в процесс.

На выходе блока фракционирования алкилбензин имел следующие характеристики:

Точка	начала кипения	выкипания	Конца кипения	Октановое число
10%	50%	90%
Температура °С	37.2	69	108	162	194.5	ΚΟΝ 97.1	ΜΟΝ 93.8

Промышленная применимость

Предлагаемое изобретение предназначено для получения алкилбензина и позволяет повысить надежность эксплуатации, производительность и качество алкилбензина.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения алкилбензина путем реакции серно-кислотного алкилирования изобутана олефинами с рециркуляцией продуктов реакции в схеме установки алкилирования включает следующие стадии:

а) приготовление смеси изобутана с циркулирующей серной кислотой, предварительно отделенной от продуктов реакции и охлажденной до температуры не выше +7,0°С;

б) приготовление смеси по крайней мере части потока олефиносодержащего сырья с циркулирующими продуктами реакции, предварительно отделенными от серной кислоты и охлажденными до температуры не выше +6,0°С;

в) ввод смесей, приготовленных на стадиях (а) и (б), раздельными потоками в циркуляционный контур реактора для осуществления процесса алкилирования;

г) разделение выведенной из реактора кислотоуглеводородной эмульсии на две части, одну из которых подвергают очистке от кислоты, нейтрализации и фракционированию с выделением изобутана и алкилбензина и последующим возвратом изобутана в реактор алкилирования, а оставшуюся часть подвергают редукции давления, газосепарации и разделению ее жидкой части на кислотную и углеводородную составляющие, каждую из которых раздельными потоками возвращают в реактор алкилирования, предварительно вводя в них циркулирующий изобутан и олефиносодержащее сырье в соответствии со стадиями (а) и (б).

- 7 013873
2. Способ по п.1, где стадию (а) осуществляют путем впрыска изобутана в поток серной кислоты через форсунки с перепадом давления в форсунке не менее 1 кгс/см² в специальном смесителе, обеспечивающем равномерное распределение изобутана по объему серной кислоты.
3. Способ по п.2, где стадию (а) контролируют таким образом, чтобы поток вводимого в серную кислоту изобутана составлял не менее 10 об.% от потока серной кислоты.
4. Способ получения алкилбензина путем реакции серно-кислотного алкилирования изобутана олефинами с рециркуляцией продуктов реакции в схеме установки алкилирования включает следующие стадии:

а) приготовление смеси изобутана с циркулирующей серной кислотой, предварительно отделенной от продуктов реакции и охлажденной до температуры не выше +7,0°С, и ввод этой смеси в нижнюю ступень реактора алкилирования;

б) разделение потока олефиносодержащего сырья на две части, одну из которых смешивают с циркулирующими продуктами реакции, предварительно отделенными от серной кислоты и охлажденными до температуры не выше +6,0°С, а другую - с циркулирующим изобутаном, и ввод этих смесей в нижнюю и верхнюю ступени реактора алкилирования соответственно;

в) вывод эмульсии из реактора двумя потоками, один из которых выводится выше уровня ввода олефиносодержащего сырья во вторую ступень реактора, а второй - ниже этого уровня, причем эти потоки регулируют таким образом, чтобы соотношение кислоты и углеводородов в обоих потоках отличалось не более чем на 5%.

г) разделение выведенной из реактора кислотоуглеводородной эмульсии на две части, одну из которых подвергают очистке от кислоты, нейтрализации и фракционированию с выделением изобутана и алкилбензина и последующим возвратом изобутана в реактор алкилирования, а оставшуюся часть подвергают редукции давления, газосепарации и разделению ее жидкой части на кислотную и углеводородную составляющие, каждую из которых раздельными потоками возвращают в реактор алкилирования, предварительно вводя в них циркулирующий изобутан и олефиносодержащее сырье в соответствии со стадиями (а) и (б).
5. Способ по п.4, где стадию (а) осуществляют путем впрыска части потока изобутана в поток серной кислоты через форсунки с перепадом давления в форсунке не менее 1 кгс/см² в специальном смесителе, обеспечивающем равномерное распределение изобутана по объему серной кислоты.
6. Способ по п.4, где смесь, полученную на стадии (а), восходящим потоком со скоростью истечения из сопла не менее 5 м/с подают в нижнюю часть циркуляционной трубы нижней ступени реактора алкилирования, а смеси, полученные на стадии (б), вводят нисходящим потоком в кольцевой зазор между циркуляционной трубой и корпусом каждой ступени реактора.
7. Способ по п.4, где стадию (б) контролируют таким образом, что часть потока олефиносодержащего сырья, вводимую в верхнюю ступень реактора алкилирования, смешивают с таким количеством циркулирующего изобутана, при котором обеспечивается перепад давления в соплах ввода полученной смеси в верхнюю ступень реактора не ниже 1,5 кгс/см².
8. Реактор серно-кислотного алкилирования изобутана олефинами, включающий реакционную камеру, состоящую из вертикально расположенного цилиндрического корпуса и соосной ему циркуляционной трубы, узлы ввода смеси изобутана с серной кислотой и циркулирующих продуктов реакций, где узел ввода серной кислоты выполнен в виде камеры с вводным штуцером, размещенной под циркуляционной трубой с торцевым зазором к ней и отделенной от нее поперечной перегородкой, в которой закреплены сопла для ввода серной кислоты в циркуляционную трубу, направленные вверх и размещенные по окружности с диаметром, меньшим внутреннего диаметра циркуляционной трубы, а узел ввода циркулирующих продуктов реакции в смеси с олефиносодержащим сырьем выполнен в виде кольцевой камеры с входным штуцером, размещенной над циркуляционной трубой и снабженной соплами, направленными вниз и размещенными по окружности с диаметром, большим наружного диаметра циркуляционной трубы, и каналом для вывода реакционной смеси, расположенным внутри кольцевой камеры.
9. Реактор по п.8, где высота торцевого зазора между циркуляционной трубой и расположенной под ней поперечной перегородкой с соплами составляет 0,35-0,8 значения наружного диаметра циркуляционной трубы.
10. Реактор серно-кислотного алкилирования изобутана олефинами, состоящий из двух соосно размещенных по высоте реакционных камер, каждая из которых включает вертикально расположенный цилиндрический корпус и соосную ему циркуляционную трубу, узел ввода потоков с олефиносодержащим сырьем, выполненный в виде кольцевой камеры с входным штуцером и соплами, направленными вниз и размещенными по окружности, диаметр которой больше наружного диаметра циркуляционной трубы, и каналом для вывода реакционной смеси, нижняя камера снабжена узлом для ввода серной кислоты в смеси с изобутаном, выполненным в виде камеры с вводным штуцером, размещенной под циркуляционной трубой и отделенной от нее поперечной перегородкой, в которой закреплены сопла, направленные вверх и размещенные по окружности с диаметром, меньшим внутреннего диаметра циркуляционной трубы, канал для вывода реакционной смеси из нижней камеры, размещенный внутри нижней кольцевой камеры, отделен от верхней камеры поперечной перегородкой, в которой закреплены сопла для перетока

- 8 013873 эмульсии из нижней камеры в верхнюю, направленные вверх и размещенные по окружности с диаметром, меньшим внутреннего диаметра циркуляционной трубы, выше уровня указанной поперечной перегородки в корпус верхней камеры дополнительно врезан штуцер для вывода из нее части реакционной смеси.
11. Реактор по п.10, где канал для вывода реакционной смеси из нижней реакционной камеры выполнен цилиндрической формы с диаметром, отличающимся от внутреннего диаметра циркуляционной трубы не более чем на 5%.
12. Реактор по п.10, где кольцевая камера нижней реакционной камеры снабжена штуцером для ввода охлажденных циркулирующих продуктов реакции в смеси с частью потока олефиносодержащего сырья.
13. Реактор по п.10, где в каждой из реакционных камер высота торцевого зазора между циркуляционной трубой и расположенной под ней поперечной перегородкой с соплами составляет 0,35-0,8 наружного диаметра циркуляционной трубы.
14. Реактор по п.10, где кольцевая камера верхней ступени снабжена штуцером для ввода части потока олефиносодержащего сырья в смеси с изобутаном.