一種液體酸烷基化反應(yīng)器及其應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石油化工領(lǐng)域的反應(yīng)器，更具體地說，涉及一種異構(gòu)烷烴和烯烴在液體酸催化下進(jìn)行烷基化反應(yīng)的反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]異構(gòu)烷烴與烯烴的烷基化反應(yīng)，主要是指異丁烷與丁烯的烷基化反應(yīng)，其反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是在酸性催化劑的存在下，把烷烴分子加到烯烴分子上的有機(jī)加成反應(yīng)。烷基化反應(yīng)是石化工業(yè)中一個(gè)重要的工藝過程。異丁烷與丁烯在強(qiáng)酸催化劑作用下反應(yīng)生成的異構(gòu)cs烷烴，稱為烷基化汽油。烷基化汽油具有高辛烷值(R0N94?96)和低Reid蒸汽壓，硫含量、烯烴含量極低，無苯和芳烴，是優(yōu)良的汽油調(diào)和組分。采用新配方汽油作為汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，將會(huì)大大緩和由于汽油尾氣排放造成的城市空氣污染。就此意義而言，烷基化汽油是一種環(huán)境友好的石油化工產(chǎn)品。
[0003]目前工業(yè)上烷基化反應(yīng)所采用的催化劑主要為濃硫酸或氫氟酸等液體強(qiáng)酸。典型的烷基化反應(yīng)工藝仍采用臥式攪拌釜反應(yīng)器，而異丁烷和丁烯烷基化反應(yīng)是典型的雙液相反應(yīng)，相間傳質(zhì)速率決定了宏觀反應(yīng)速率。此類反應(yīng)體系中，在兩相充分分散混合的情況下，烯烴能夠很快實(shí)現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化，如果反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)，開始形成的具有高辛烷值的三甲基戊烷(TMP)就會(huì)和強(qiáng)酸性的催化劑繼續(xù)接觸，會(huì)引起TMP向低辛烷值的二甲基己烷(DMH)的異構(gòu)化。因此，采用常規(guī)攪拌反應(yīng)釜難以實(shí)現(xiàn)在獲得高轉(zhuǎn)化率的同時(shí)獲得高辛烷值的產(chǎn)品。
[0004]異構(gòu)烷烴與烯烴的烷基化反應(yīng)屬于不互溶液-液兩相反應(yīng),不互溶液-液兩相的混合效果對(duì)液-液反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性具有重要影響。目前已有的液-液兩相混合反應(yīng)器主要有攪拌釜、靜態(tài)混合器、撞擊流混合器以及噴射式混合器等。
[0005]CN200520078557.3公開了一種硫酸法烷基化工藝中的臥式反應(yīng)器，主體是一個(gè)臥式壓力容器，有一個(gè)內(nèi)循環(huán)套筒、一個(gè)列管式取熱管束、一個(gè)封頭處的螺旋攪拌槳。反應(yīng)進(jìn)料和循環(huán)酸進(jìn)入攪拌槳的吸入側(cè)，在攪拌槳的驅(qū)動(dòng)下，反應(yīng)物料迅速擴(kuò)散并與酸形成乳化液，乳化液在反應(yīng)器內(nèi)不停地高速循環(huán)并發(fā)生反應(yīng)。在反應(yīng)器的排出側(cè)，一部分乳化液排出到酸沉降罐，進(jìn)行酸的分離。酸由于比重較大而沉入沉降罐底部，然后返回到攪拌槳的吸入偵L反應(yīng)物混合過程在整個(gè)臥式反應(yīng)器中完成，混合的空間尺寸為整個(gè)反應(yīng)器，時(shí)間適度在20?30分鐘，屬于宏觀混合的范疇。這種反應(yīng)器內(nèi)的返混較大，不利于提高反應(yīng)的選擇性。US6194625B1公開了一種分段進(jìn)料的烷基化反應(yīng)器，反應(yīng)區(qū)被分隔成幾個(gè)串聯(lián)的區(qū)段，將新鮮原料分割成幾股分別引入每個(gè)反應(yīng)區(qū)段，而循環(huán)使用的酸烴乳液則是串流式的，每個(gè)反應(yīng)區(qū)段內(nèi)采用機(jī)械攪拌的方式進(jìn)行混合。這種結(jié)構(gòu)雖然克服了返混較大的問題，但結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜。另外，這兩種反應(yīng)器都采用了固定電機(jī)驅(qū)動(dòng)攪拌槳，很容易因密封不嚴(yán)而反生泄漏。
[0006]CN100348559C公開了一種在超重力旋轉(zhuǎn)裝置中完成離子液體催化異構(gòu)烷烴與烯烴的液-液相烷基化反應(yīng)工藝方法。該發(fā)明提供的旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器裝置包括:反應(yīng)器殼體，殼體上有加料口及出料口，反應(yīng)器殼體內(nèi)裝有由轉(zhuǎn)子、填料層組成的旋轉(zhuǎn)填充床，其中有進(jìn)料管、料液噴頭，旋轉(zhuǎn)填充床位于殼體上部，殼體下部為儲(chǔ)液罐，在反應(yīng)器中心裝有攪拌裝置，可對(duì)儲(chǔ)液罐的反應(yīng)物料進(jìn)行攪拌，儲(chǔ)液罐與料液循環(huán)泵連接構(gòu)成旋轉(zhuǎn)床循環(huán)反應(yīng)器，循環(huán)泵的吸入管入口處連有混合器，在混合器上開有烷烯料液吸入口和離子液體進(jìn)口，反應(yīng)后的部分料液和離子液體在混合器混合，循環(huán)泵的出料口連接旋轉(zhuǎn)填充床的進(jìn)料管，循環(huán)泵把混合后的料液送至旋轉(zhuǎn)填充床進(jìn)行循環(huán)反應(yīng)，在儲(chǔ)液罐上裝有液位控制計(jì)，控制料液的停留時(shí)間。這種結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器能夠強(qiáng)化反應(yīng)物與酸烴乳液間的混合，但結(jié)構(gòu)仍過于復(fù)雜，不容易擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。
[0007]US3281213提出了一種立式烷基化反應(yīng)器，其主體是一根提升管，提升管與一個(gè)臥式罐相連接，臥式罐內(nèi)裝有酸烴乳液，參與反應(yīng)的異構(gòu)烷烴和烯烴通過提升管底部的噴嘴噴入，噴射造成的引力帶動(dòng)著臥式罐中的酸烴乳液一起進(jìn)入提升管，反應(yīng)即在這根提升管反應(yīng)器中進(jìn)行。提升管頂端連接有一個(gè)分離罐，用于反應(yīng)產(chǎn)物的分離。分離后的酸烴乳液循環(huán)進(jìn)入提升管底部的臥式罐。這種結(jié)構(gòu)沒有采用機(jī)械傳動(dòng)構(gòu)件，解決了內(nèi)置攪拌槳帶來的一系列問題。但是，提升管中酸烴乳液與其他反應(yīng)物的混合并不能令人滿意，另外，整個(gè)反應(yīng)器系統(tǒng)采用了一個(gè)提升管、兩個(gè)臥式罐和一根下降管，設(shè)備龐大、結(jié)構(gòu)也不夠緊湊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之一是提供一種液體酸烷基化反應(yīng)器用于異構(gòu)烷烴與烯烴的烷基化反應(yīng)。
[0009]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題之二是提供一種液體酸烷基化反應(yīng)器的應(yīng)用方法。
[0010]本發(fā)明提供的一種液體酸烷基化反應(yīng)器，由上至下包括混合區(qū)、反應(yīng)區(qū)和集液區(qū)，所述的混合區(qū)內(nèi)設(shè)置至少一組噴射流混合器，每組噴射流混合器為至少兩個(gè)同一水平面上中心對(duì)稱的噴射器，所述的集液區(qū)經(jīng)循環(huán)泵連接所述的噴射流混合器的入口，所述的反應(yīng)區(qū)設(shè)置氣體出口，所述的氣體出口之下設(shè)置液相產(chǎn)物出口。
[0011]本發(fā)明提供的液體酸烷基化反應(yīng)器中，所述的混合區(qū)的高度為反應(yīng)器高度的10%?20%，所述的集液區(qū)的高度為反應(yīng)器高度的10%?30%。
[0012]本發(fā)明提供的液體酸烷基化反應(yīng)器中，優(yōu)選地，所述的反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置錐形導(dǎo)流筒。所述的錐形導(dǎo)流筒的設(shè)置在由下至上反應(yīng)器高度的40%?50%，所述的錐形導(dǎo)流筒的高度為反應(yīng)器高度的5%?10%。
[0013]本發(fā)明提供的液體酸烷基化反應(yīng)器中，所述的混合區(qū)內(nèi)設(shè)置一組或多組噴射流混合器。優(yōu)選設(shè)置多組噴射流混合器，多組噴射流混合器可以單層或多層排列，每組噴射流混合器為至少兩個(gè)同一水平面上中心對(duì)稱的噴射器，其中噴射器與反應(yīng)器壁連接處設(shè)有對(duì)中調(diào)節(jié)裝置，以保證從不同噴射器射出的混合物料能在同一區(qū)域內(nèi)完成對(duì)撞；反應(yīng)過程中，可選擇一組噴射流混合器進(jìn)料方式，也可以選擇多組噴射流混合器同時(shí)進(jìn)料。
[0014]本發(fā)明提供的液體酸烷基化反應(yīng)器中，優(yōu)選地，所述的噴射器至少有兩路入口，一路為原料入口，另一路為來自所述的反應(yīng)器集液區(qū)的循環(huán)液體酸入口。其中，所述的原料入口的流體流動(dòng)方向與噴射器中主流道內(nèi)循環(huán)液體酸的流動(dòng)方向垂直并相交。更優(yōu)選地，所述的原料入口設(shè)置噴嘴，烷基化反應(yīng)原料經(jīng)噴嘴噴入噴射器，并與噴射器主流道中來自循環(huán)液體酸入口的循環(huán)液發(fā)生強(qiáng)烈混合作用，烷基化反應(yīng)原料與液體酸混合后的混合物料再由噴射器噴出，一組噴射流混合器中的兩個(gè)噴射器噴出的物料在所述的混合區(qū)發(fā)生強(qiáng)烈撞擊，使烯烴在混合物料中達(dá)到微觀混合狀態(tài)。
[0015]本發(fā)明提供的液體酸烷基化反應(yīng)器中，所述的一組噴射流混合器中的兩個(gè)噴射器的出口相距 2.0mm-50mm、優(yōu)選為 5.0mm-20mm。
[0016]本發(fā)明提供的液體酸烷基化反應(yīng)器中，反應(yīng)器殼體可以是圓筒型(如附圖1所示)，也可以是方筒型，本發(fā)明對(duì)此沒有限制。所述的液體烷基化反應(yīng)器殼體頂端和底端可以采用平板密封或封頭密封結(jié)構(gòu)，優(yōu)選采用封頭密封結(jié)構(gòu)，以便清洗反應(yīng)器內(nèi)部。
[0017]本發(fā)明提供的液體酸烷基化反應(yīng)器中，所述的氣體出口在反應(yīng)區(qū)正?？刂埔好嬉陨希O(shè)置在由下至上反應(yīng)器高度的35%?45%。連接所述的氣體出口的管路上設(shè)置背壓控壓閥。所述的液相反應(yīng)產(chǎn)物出口設(shè)置在反應(yīng)區(qū)正?？刂埔好嬉韵?，優(yōu)選正?？刂埔何坏闹猩喜?，設(shè)置在由下至上反應(yīng)器高度的15%?25%。
[0018]本發(fā)明提供的液體酸烷基化反應(yīng)器中，所述的循環(huán)泵為耐酸腐蝕型離心泵。
[0019]本發(fā)明提供的液體酸烷基化反應(yīng)器中，所述的反應(yīng)器殼體的材質(zhì)為普通碳鋼。
[0020]本發(fā)明提供的液體酸烷基化反應(yīng)器中，優(yōu)選地，所述的反應(yīng)器頂部設(shè)置循環(huán)冷劑入口。
[0021]本發(fā)明提供的液體酸