一種兩段進(jìn)料烷基化反應(yīng)工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種烷基化反應(yīng)方法，具體地說是一種采用異丁烷和C3?C5烯烴催 化烷基化反應(yīng)的烷基化反應(yīng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，特別是交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，車輛尾氣的排放是空氣污染的主 要來源之一，提高汽油質(zhì)量是降低車輛尾氣污染的最主要途徑。異丁烷與C3?C5烯烴的 烷基化反應(yīng)得到的烷基化油，具有無硫、高辛烷值高、研究法辛烷值與馬達(dá)法辛烷值差值小 等特點(diǎn)，是高質(zhì)量清潔汽油的重要調(diào)和組分。
[0003] 烷基化反應(yīng)是石油煉制領(lǐng)域的傳統(tǒng)技術(shù)，主要有硫酸法烷基化技術(shù)和氫氟酸法烷 基化技術(shù)，在催化劑(硫酸或氫氟酸)的作用下，異丁烷與烯烴反應(yīng)得到異構(gòu)烷烴。硫酸法烷 基化和氫氟酸法烷基化相比，在工藝上各具特點(diǎn)，從基建投資、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品收率和產(chǎn)品 質(zhì)量等方面也都十分接近，因此這兩種方法能長期共存，均被廣泛采用?？傮w來說，從烷基 化裝置的數(shù)量和烷基油的產(chǎn)量來看，目前氫氟酸烷基化裝置占優(yōu)，但近年來隨著環(huán)保法規(guī) 要求的日益嚴(yán)格以及氫氟酸的劇毒特性原因，新建裝置多采用硫酸烷基化工藝。
[0004] 硫酸法烷基化技術(shù)中，反應(yīng)在相對(duì)較低的溫度下進(jìn)行，反應(yīng)裝置需要具有制冷功 能。氫氟酸法烷基化技術(shù)中，反應(yīng)溫度相對(duì)較高，一般采用水冷即可以滿足反應(yīng)要求。因此， 兩者的反應(yīng)器系統(tǒng)相差較大。傳統(tǒng)的硫酸法烷基化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)種類較多，目前使用較多的 有兩種，一種是階梯式硫酸烷基化反應(yīng)裝置，一種是Stratco式反應(yīng)器（即內(nèi)部設(shè)置取熱管 束的間接制冷反應(yīng)器)。
[0005] 階梯式硫酸烷基化裝置的反應(yīng)器一般由若干個(gè)反應(yīng)段組成，各反應(yīng)段間用溢流擋 板隔開，每一反應(yīng)段均設(shè)有攪拌器，反應(yīng)產(chǎn)物和硫酸最后進(jìn)入沉降段進(jìn)行分離，分離出來的 硫酸用循環(huán)泵送入反應(yīng)段重新使用。采用反應(yīng)物異丁烷自蒸發(fā)致冷，該反應(yīng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是 每個(gè)反應(yīng)段中的烷烯比高、動(dòng)力消耗小、不需另加制冷劑。但由于烷烴與烯烴沒有預(yù)先混 合，從而降低了烷基化油的質(zhì)量、增加了酸耗量。并且各反應(yīng)段之間相互影響，一個(gè)反應(yīng)段 操作不正常，整個(gè)反應(yīng)器都受到影響。
[0006] 內(nèi)部設(shè)置取熱管束的間接制冷反應(yīng)器的一種具體結(jié)構(gòu)是采用是臥式偏心反應(yīng)器， 反應(yīng)器的外殼是一個(gè)臥式的壓力容器，內(nèi)部裝有一個(gè)大功率的攪拌器、內(nèi)循環(huán)套筒以及取 熱管束，烴類原料由上下兩個(gè)進(jìn)料管進(jìn)入反應(yīng)器，在攪拌葉輪前匯合后向著葉輪噴入反應(yīng) 器，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的葉輪處在反應(yīng)器縮徑處，使反應(yīng)器內(nèi)部的物流由于葉輪吸力、管束阻力、線 速度差等而造成一些流液的空穴，從而使硫酸與烴類獲得比較好的分散和混合。酸烴乳液 在反應(yīng)器頭部再折返進(jìn)入套筒內(nèi)部，重新流向攪拌葉片，形成一個(gè)高速循環(huán)的物流。該反應(yīng) 器內(nèi)具有循環(huán)物料，部分物料的反應(yīng)時(shí)間較長，副反應(yīng)會(huì)增加，酸耗較大，對(duì)產(chǎn)品辛烷值的 提1?不利。
[0007] 公開了一種C3-C5烯烴與異丁烷的硫酸烷基化反應(yīng)過程，取消傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌方 式，采用噴射器對(duì)反應(yīng)物料進(jìn)行混合進(jìn)而進(jìn)行反應(yīng)，但硫酸烷基化反應(yīng)過程中，硫酸與烴類 物料的密度差較大，噴射混合方式的效果需進(jìn)一步提高。US5, 785, 933公開了一種硫酸催化 烷基化反應(yīng)器系統(tǒng)，反應(yīng)器內(nèi)部通過設(shè)置擋板和切向高置的多個(gè)注射管道入口，使反應(yīng)物 料在反應(yīng)器內(nèi)形成混合攪拌，進(jìn)而取消機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件。該技術(shù)利用靜態(tài)混合器的原理設(shè)計(jì) 了硫酸烷基化反應(yīng)器，但混合效果需要進(jìn)一步提高。
[0008] CN1907924A公開了一種離子液體催化反應(yīng)工藝及反應(yīng)裝置，烴類原料和離子液 體催化劑在旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，旋轉(zhuǎn)床設(shè)置在反應(yīng)器內(nèi)上部，反應(yīng)器下部為儲(chǔ)液罐， 反應(yīng)器中心設(shè)置攪拌裝置，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。該反應(yīng)器不 適用于硫酸法烷基化反應(yīng)過程，因?yàn)椴捎玫膿Q熱方式是循環(huán)物料取熱方式，不適宜于放熱 較大的硫酸法烷基化反應(yīng)，反應(yīng)器下部的儲(chǔ)液罐和采用反應(yīng)物料循環(huán)操作方式會(huì)增加副反 應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種分段進(jìn)料的烷基化反應(yīng)方法，提高催化劑 與烴類反應(yīng)原料的接觸效率，降低硫酸催化劑的酸耗，降低反應(yīng)溫度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
[0010] 本發(fā)明提供一種分兩段進(jìn)料烷基化反應(yīng)工藝方法，包括如下步驟： (1) 濃硫酸和異丁烷進(jìn)入膠體磨，充分混合形成乳化液； (2) 步驟（1)得到的乳化液與包含C3?C5烯烴和異丁烷的混合烴進(jìn)入烷基化反應(yīng)器 進(jìn)行反應(yīng)； 其中，步驟（2 )所述烷基化反應(yīng)器包括反應(yīng)器筒體，封頭，內(nèi)旋轉(zhuǎn)床，外旋轉(zhuǎn)床，進(jìn)料管， 進(jìn)料分布管，出料口，循環(huán)冷卻氣入口，循環(huán)冷卻氣出口；反應(yīng)器筒體和封頭構(gòu)成封閉反應(yīng) 器殼體，內(nèi)旋轉(zhuǎn)床垂直設(shè)置在殼體內(nèi)中部，內(nèi)旋轉(zhuǎn)床中心為空筒結(jié)構(gòu)，進(jìn)料分布管設(shè)置在內(nèi) 旋轉(zhuǎn)床中心的空筒結(jié)構(gòu)內(nèi)，進(jìn)料分布管與進(jìn)料管連通，進(jìn)料管與封頭連接處設(shè)置進(jìn)料混合 器，出料口設(shè)置在反應(yīng)器殼體下部，內(nèi)旋轉(zhuǎn)床通過進(jìn)料管與上部驅(qū)動(dòng)裝置連接，內(nèi)旋轉(zhuǎn)床徑 向外側(cè)設(shè)置外旋轉(zhuǎn)床，內(nèi)旋轉(zhuǎn)床和外旋轉(zhuǎn)床之間具有適宜間隙，內(nèi)旋轉(zhuǎn)床上端和進(jìn)料分布 管之間通過密封構(gòu)件固定連接為一體結(jié)構(gòu)，外旋轉(zhuǎn)床上部與反應(yīng)器殼體之間通過密封構(gòu)件 固定連接，外旋轉(zhuǎn)床上部與兩處密封構(gòu)件之間均為可轉(zhuǎn)動(dòng)連接，外旋轉(zhuǎn)床通過旋轉(zhuǎn)軸與下 部驅(qū)動(dòng)裝置連接，循環(huán)冷卻氣入口和循環(huán)冷卻氣出口分別設(shè)置在密封構(gòu)件上側(cè)和下側(cè)的反 應(yīng)器殼體上。
[0011] 本發(fā)明烷基化反應(yīng)方法中，所述烷基化反應(yīng)器筒體優(yōu)選為圓柱形筒體，封頭包括 上封頭和下封頭，圓柱形反應(yīng)器優(yōu)選垂直設(shè)置；旋轉(zhuǎn)床包括內(nèi)旋轉(zhuǎn)床和外旋轉(zhuǎn)床，旋轉(zhuǎn)床優(yōu) 選采用耐腐蝕框架和床層構(gòu)成，床層優(yōu)選采用耐腐蝕金屬絲網(wǎng)或填料構(gòu)成；旋轉(zhuǎn)床外形為 圓柱筒形，外旋轉(zhuǎn)床與反應(yīng)器殼體之間設(shè)置適宜空隙，形成環(huán)狀空間；內(nèi)旋轉(zhuǎn)床中心為圓柱 形空筒，進(jìn)料分布管設(shè)置在該圓柱形空筒中，進(jìn)料分布管與內(nèi)旋轉(zhuǎn)床之間具有適宜空隙，形 成環(huán)狀空間；進(jìn)料分布管上設(shè)置適宜的物料分布孔，物料分布管的長度與旋轉(zhuǎn)床的軸向長 度對(duì)應(yīng)；內(nèi)旋轉(zhuǎn)床與外旋轉(zhuǎn)床軸線重合且轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，內(nèi)旋轉(zhuǎn)床和外旋轉(zhuǎn)床之間的間隙 距離為5mm?300mm，優(yōu)選IOmm?50mm。內(nèi)旋轉(zhuǎn)床的厚度為外旋轉(zhuǎn)床厚度的0· 2倍?L 5 倍，優(yōu)選0.5倍?0.8倍。
[0012] 本發(fā)明烷基化反應(yīng)方法中，所述烷基化反應(yīng)器的進(jìn)料管一端與進(jìn)料分布管連通， 進(jìn)料管另一端作為旋轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動(dòng)裝置連接，進(jìn)料管與反應(yīng)器的上封頭連接處設(shè)置進(jìn)料混合 器，所述進(jìn)料混合器包括濃硫酸進(jìn)口，液態(tài)烴入口，上部軸承密封構(gòu)件，上封頭機(jī)械密封組 件，機(jī)械密封構(gòu)件和動(dòng)密封組件。
[0013] 本發(fā)明烷基化反應(yīng)方法中，所述烷基化反應(yīng)器的外旋轉(zhuǎn)床通過旋轉(zhuǎn)軸與驅(qū)動(dòng)裝置 連接，旋轉(zhuǎn)軸與外旋轉(zhuǎn)床一端固定板固定連接，旋轉(zhuǎn)軸優(yōu)選垂直設(shè)置；旋轉(zhuǎn)軸穿過下封頭與 反應(yīng)器外下部設(shè)置的驅(qū)動(dòng)裝置連接。
[0014] 本發(fā)明烷基化反應(yīng)方法中，所述烷基化反應(yīng)器的循環(huán)冷卻氣入口和循環(huán)冷卻氣出 口之間設(shè)置循環(huán)氣制冷系統(tǒng)；制冷系統(tǒng)設(shè)置在反應(yīng)器外部，也可以設(shè)置在反應(yīng)器內(nèi)部，優(yōu)選 為前者；循環(huán)冷卻氣在制冷系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)床之前形成循環(huán)，為反應(yīng)過程提供適宜的溫度環(huán)境； 循環(huán)冷卻氣入口和循環(huán)冷卻氣出口設(shè)置位置為以下兩種之一 ：（1)以旋轉(zhuǎn)床上部與反應(yīng)器 殼體之間設(shè)置的密封構(gòu)件為界，循環(huán)冷卻氣入口設(shè)置在密封構(gòu)件上部的殼體上，循環(huán)冷卻 氣出口設(shè)置在密封構(gòu)件下部的殼體上；（2)以旋轉(zhuǎn)床上部與反應(yīng)器殼體之間設(shè)置的密封構(gòu) 件為界，循環(huán)冷卻氣入口設(shè)置在密封構(gòu)件下部的殼體上，循環(huán)冷卻氣出口設(shè)置在密封構(gòu)件 上部的殼體上。采用上述方式（1)時(shí)，循環(huán)冷卻氣與反應(yīng)物料同向穿過旋轉(zhuǎn)床，由于旋轉(zhuǎn)床 對(duì)氣體具有抽吸作用，因此，可以不設(shè)置循環(huán)冷卻氣輸送動(dòng)力裝置，或者設(shè)置功率較小的循 環(huán)冷卻氣輸送動(dòng)力裝置；采用上述方式（2)時(shí)，循環(huán)冷卻氣與反應(yīng)物料反向穿過旋轉(zhuǎn)床，需 要設(shè)置循環(huán)冷卻氣輸送動(dòng)力裝置。因此，優(yōu)選上述方式（1)。
[0015] 本發(fā)明烷基化反應(yīng)方法中，所述烷基化反應(yīng)器設(shè)置循環(huán)冷卻氣制冷系統(tǒng)，利用旋 轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)動(dòng)形成的微負(fù)壓，推動(dòng)循環(huán)冷卻氣相實(shí)現(xiàn)自床層中心向外側(cè)的流動(dòng)，當(dāng)反應(yīng)過程需 要加熱或冷卻時(shí)，以循環(huán)冷卻氣作為冷熱源的載體，從循環(huán)冷卻氣出口排出的循環(huán)冷卻氣 經(jīng)熱管換熱器的氣體入口進(jìn)入熱管換熱器下部，冷媒儲(chǔ)罐中的冷媒經(jīng)冷媒入口進(jìn)入熱管換 熱器上部，與熱管元件進(jìn)行換熱，熱管元件與冷媒經(jīng)過換熱后，熱管元件溫度降低，經(jīng)過與 冷媒換熱后的熱管元件與熱管換熱器下部的循環(huán)冷卻氣進(jìn)行換熱，達(dá)到溫度要求后，經(jīng)循 環(huán)冷卻氣入口進(jìn)入烷基化反應(yīng)器，完成對(duì)反應(yīng)溫度的調(diào)節(jié)，與熱管元件換熱后的冷媒經(jīng)冷 媒出口，并經(jīng)冷媒壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入冷媒儲(chǔ)罐。冷媒儲(chǔ)罐內(nèi)采用的冷媒為