一種液體酸催化的異構(gòu)烷烴與烯烴的烷基化反應(yīng)方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種液體酸烷基化反應(yīng)方法和裝置，特別是涉及一種液體酸催化的異構(gòu)烷烴與烯烴的烷基化反應(yīng)方法和裝置。
【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)C8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，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]CNZL200520078557.3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側(cè)。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。
[0006]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。
[0007]CN100348559C提出了一種離子液體催化烷基化反應(yīng)方法即反應(yīng)器裝置，是在超重力旋轉(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)。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。
[0008]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】

[0009]本發(fā)明的目的之一在于提供一種強(qiáng)化了烯烴初始反應(yīng)時(shí)在酸烴乳液中的分散強(qiáng)度，并增大了異構(gòu)烷烴與液體酸的混合強(qiáng)度，特別適用于以硫酸、離子液體、以及以硫酸為主的混合酸為催化劑的異構(gòu)烷烴與烯烴的烷基化反應(yīng)方法。
[0010]本發(fā)明的目的之二是提供一種適用于上述烷基化反應(yīng)方法的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，投資小，操作維修方便，又節(jié)省動(dòng)力的反應(yīng)裝置。
[0011]本發(fā)明的目的之一通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0012]一種液體酸催化的異構(gòu)烷烴與烯烴的烷基化反應(yīng)方法，其特征在于，將烷基化反應(yīng)原料從噴射混合器喉頸部進(jìn)入，與噴射混合器主流道中的酸烴乳液混合接觸，所得的混合物料以0.3-2MPa壓力由填料管下部噴射進(jìn)入設(shè)置有填料的填料管中作進(jìn)一步接觸，控制填料管上部壓力為0.005-0.18MPa使碳四烷烴汽化并帶走反應(yīng)熱，填料管上部排出的反應(yīng)物料經(jīng)分離，其中的大部分酸烴乳液經(jīng)增壓后循環(huán)回到噴射混合器主流道，采出小部分烴相進(jìn)入凈化步驟得到烷基化產(chǎn)物，分離出的氣相組分進(jìn)入壓縮機(jī)系統(tǒng)，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮冷凝后用于冷卻烷基化反應(yīng)原料。。
[0013]本發(fā)明的目的之二是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0014]一種用于權(quán)利要求1的反應(yīng)方法的裝置，其特征在于包括填料管(I)、噴射混合器
(2)、分離罐(3)、循環(huán)泵(4)、背壓閥(5)、含有烯烴的烷基化反應(yīng)原料入口 ￠)、新鮮酸補(bǔ)充線(7)、填料管上部管線(8)、酸烴乳液循環(huán)管線(9)、氣體排出管(10)、混合烴排出管線
(11)，其中，所說的噴射混合器(2)位于填料管(I)的下部并與反應(yīng)管直接相連，填料管(I)經(jīng)上部管線(8)與分離罐(3)連接，分離罐(3)設(shè)置背壓閥(5)用于控制壓力，下部通過酸烴乳液循環(huán)管線(9)與循環(huán)泵(4)聯(lián)接，循環(huán)泵(4)再聯(lián)接噴射混合器(2)，含有烯烴的烷基化反應(yīng)原料入口(6)設(shè)置在所說的噴射混合器(2)的喉頸部，為一組或多組均勻分散的小孔，新鮮酸補(bǔ)充線(7)與酸烴乳液循環(huán)管線(9)連接，氣體排出管(10)用于排出氣相組分，氣相組分經(jīng)壓縮機(jī)壓縮冷凝后混入反應(yīng)原料線(6)用于冷卻烷基化反應(yīng)原料、分離罐
(3)中分離出的烷基化液相產(chǎn)物經(jīng)混合烴排出管(11)進(jìn)入后續(xù)凈化裝置。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果是:
[0016]1.利用噴射流混合器強(qiáng)化了烯烴在酸烴乳液中的快速分散，噴射出的流體又進(jìn)一步撞擊混合，提高了液相初始微觀混合水平，加快了宏觀上的烷基化反應(yīng)速率，從而提高了反應(yīng)轉(zhuǎn)化率以及反應(yīng)產(chǎn)物的選擇性，同時(shí)該反應(yīng)器更適合工業(yè)規(guī)模的反應(yīng)過程。
[0017]2.采用多組噴射混合器和填料管結(jié)合的方式，使反應(yīng)區(qū)出來的混合物料在填料管中進(jìn)一步混合接觸反應(yīng)，提高了烷基化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)管中異丁烷的汽化強(qiáng)化了反應(yīng)物的混合以及反應(yīng)熱的移除。
[0018]3.采用多組噴射混合器和填料管結(jié)合的方式，避免了攪拌反應(yīng)釜內(nèi)液體與壁面撞擊的能量損耗，能量利用率高。
[0019]4.所提供的反應(yīng)器中內(nèi)構(gòu)件少，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，便于加工、清洗，設(shè)備投資省。
[0020]5.所提供的反應(yīng)器全部采用靜密封，避免了傳統(tǒng)攪拌釜反應(yīng)器中旋轉(zhuǎn)部件削弱密封性能的缺點(diǎn)，密封性能更好，特別適用于易燃、易爆以及腐蝕性物料的混合與反應(yīng)。
【附圖說明】
[0021 ] 附圖是本發(fā)明的裝置的示意圖。
[0022]圖中，1-填料管、2-噴射混合器、3-分離罐、4-循環(huán)泵、5-背壓閥、6_含有烯烴的烷基化反應(yīng)原料入口、7-新鮮酸補(bǔ)充線、8-填料管上部管線、9-酸烴乳液循環(huán)管線、10-氣體排出管、11-混合烴排出管線。
【具體實(shí)施方式】
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