烷基化反應器和烷基化反應方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種烷基化反應器和烷基化反應方法，具體地說是一種采用異丁烷和 C3~C5烯烴分段進料催化烷基化反應的烷基化反應器和烷基化反應方法。
【背景技術】
[0002] 隨著經濟發展，特別是交通運輸業的快速發展，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法辛烷值差值小 等特點，是高質量清潔汽油的重要調和組分。
[0003] 烷基化反應是石油煉制領域的傳統技術，主要有硫酸法烷基化技術和氫氟酸法烷 基化技術，在催化劑(硫酸或氫氟酸)的作用下，異丁烷與烯烴反應得到異構烷烴。硫酸法烷 基化和氫氟酸法烷基化相比，在工藝上各具特點，從基建投資、生產成本、產品收率和產品 質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。總體來說，從烷基 化裝置的數量和烷基油的產量來看，目前氫氟酸烷基化裝置占優，但近年來隨著環保法規 要求的日益嚴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] 硫酸法烷基化技術中，反應在相對較低的溫度下進行，反應裝置需要具有制冷功 能。氫氟酸法烷基化技術中，反應溫度相對較高，一般采用水冷即可以滿足反應要求。因此， 兩者的反應器系統相差較大。傳統的硫酸法烷基化反應器結構種類較多，目前使用較多的 有兩種，一種是階梯式硫酸烷基化反應裝置，一種是Stratco式反應器（即內部設置取熱管 束的間接制冷反應器)。
[0005] 階梯式硫酸烷基化裝置的反應器一般由若干個反應段組成，各反應段間用溢流擋 板隔開，每一反應段均設有攪拌器，反應產物和硫酸最后進入沉降段進行分離，分離出來的 硫酸用循環泵送入反應段重新使用。采用反應物異丁烷自蒸發致冷，該反應系統的優點是 每個反應段中的烷烯比高、動力消耗小、不需另加制冷劑。但由于烷烴與烯烴沒有預先混 合，從而降低了烷基化油的質量、增加了酸耗量。并且各反應段之間相互影響，一個反應段 操作不正常，整個反應器都受到影響。
[0006] 內部設置取熱管束的間接制冷反應器的一種具體結構是采用是臥式偏心反應器， 反應器的外殼是一個臥式的壓力容器，內部裝有一個大功率的攪拌器、內循環套筒以及取 熱管束，烴類原料由上下兩個進料管進入反應器，在攪拌葉輪前匯合后向著葉輪噴入反應 器，高速運轉的葉輪處在反應器縮徑處，使反應器內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 在反應器頭部再折返進入套筒內部，重新流向攪拌葉片，形成一個高速循環的物流。該反應 器內具有循環物料，部分物料的反應時間較長，副反應會增加，酸耗較大，對產品辛烷值的 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過程，取消傳統的機械攪拌方 式，采用噴射器對反應物料進行混合進而進行反應，但硫酸烷基化反應過程中，硫酸與烴類 物料的密度差較大，噴射混合方式的效果需進一步提高。US5, 785, 933公開了一種硫酸催化 烷基化反應器系統，反應器內部通過設置擋板和切向高置的多個注射管道入口，使反應物 料在反應器內形成混合攪拌，進而取消機械運動部件。該技術利用靜態混合器的原理設計 了硫酸烷基化反應器，但混合效果需要進一步提高。
[0008] CN1907924A公開了一種離子液體催化反應工藝及反應裝置，烴類原料和離子液 體催化劑在旋轉床反應器中進行反應，旋轉床設置在反應器內上部，反應器下部為儲液罐， 反應器中心設置攪拌裝置，儲液罐與料液循環泵連接構成旋轉床循環反應器。該反應器不 適用于硫酸法烷基化反應過程，因為采用的換熱方式是循環物料取熱方式，不適宜于放熱 較大的硫酸法烷基化反應，反應器下部的儲液罐和采用反應物料循環操作方式會增加副反 應。
【發明內容】
[0009] 針對現有技術的不足，本發明提供一種分段進料烷基化反應器和烷基化工藝方 法，提高催化劑與烴類反應原料的接觸效率，降低硫酸催化劑的酸耗，降低反應溫度，提高 產品質量。
[0010] 本發明分段進料烷基化反應器，反應器筒體，封頭，隔板，上床層，下床層，進料管， 進料分布管，旋轉軸，補充物料入口，出料口，循環冷卻氣入口和循環冷卻氣出口；上床層和 下床層分別設置在反應器殼體內的上中部和下中部，上床層和下床層之間設置有隔板，補 充物料入口設置在隔板與上床層之間，上床層和下床層通過旋轉軸連接，所述上床層包括 靜止組件和轉動組件，靜止組件上部通過密封構件與反應器殼體連接，轉動組件固定設置 在與旋轉軸連接的固定板上，上床層中心為空筒結構，進料分布管設置在上床層中心的空 筒結構內，進料分布管與進料管連通，所述下床層中心設置旋轉床，旋轉床通過旋轉軸與驅 動裝置連接，旋轉床與反應器殼體之間設置適宜間隙，旋轉床中心為空筒結構，旋轉軸設置 在旋轉床中心的空筒結構內，旋轉軸上設置折流板，隔板與旋轉軸形成同心套管結構，隔板 上設置適宜的物料分布孔，出料口設置在反應器殼體下部，旋轉床上部與反應器殼體之間 設置密封構件，旋轉床上部與密封構件之間為可轉動連接，循環冷卻氣入口和循環冷卻氣 出口分別設置在旋轉床密封構件上側和下側的反應器殼體上，循環冷卻氣入口和循環冷卻 氣出口之間設置循環冷卻氣制冷系統，所述循環冷卻氣制冷系統包括熱管換熱器，冷媒儲 罐和冷媒壓縮機。
[0011] 本發明烷基化反應器中，靜止組件為設有槽縫的齒形圓柱狀結構，槽縫總寬度為 其周長的1/8~4/5,優選1/3~2/3。轉動組件為設有槽縫的齒形圓柱狀結構，槽縫總寬 度為其周長的1/8~4/5,優選1/3~2/3。靜止組件由具有一定剛性的篩板卷制而成，厚 度為旋轉床厚度的〇. 2倍~1. 5倍，優選0. 5倍~0. 8倍。靜轉動組件由具有一定剛性的 篩板卷制而成，厚度為旋轉床厚度的〇. 2倍~1. 5倍，優選0. 5倍~0. 8倍。轉動組件設置 1~6層，優選設置3~5層，靜止組件設置1~6層，優選設置3~5層。轉動組件和靜止 組件與旋轉床同軸線設置。靜止組件與轉動組件高度相等，靜止組件與轉動組件重疊位置 長度為旋轉床高度的1/8~7/8,優選1/3~1/2。靜止組件和轉動組件的厚度為旋轉床厚度 的0. 2倍~1. 5倍，優選0. 5倍~0. 8倍。
[0012] 本發明烷基化反應器中，進料管一端與進料分布管連通，進料管另一端與噴射式 混合器的出口連通；噴射式混合器包括對撞室和進料噴射口，對撞室內設置位置相對的兩 個進料噴射口，兩個進料噴射口之間形成噴射混合區，實現物料的預混合。
[0013] 本發明烷基化反應器中，反應器筒體優選為圓柱形筒體，封頭包括上封頭和下封 頭，圓柱形反應器優選垂直設置；旋轉床優選采用耐腐蝕框架和床層構成，床層優選采用耐 腐蝕金屬絲網或填料構成；旋轉床外形為圓柱筒形，旋轉床與反應器殼體之間設置適宜空 隙，形成環狀空間；旋轉床中心為圓柱形空筒，隔板與旋轉軸設置在該圓柱形空筒中，隔板 與旋轉床之間具有適宜空隙，形成環狀空間；隔板上設置適宜的物料分布孔；旋轉軸垂直 設置；旋轉軸通過封頭與反應器外下部設置的驅動裝置連接。
[0014] 本發明烷基化反應器中，所述隔板設置在旋轉軸徑向外側，形成環形通道，隔板上 部與反應器殼體內壁固定連接，隔板底部與旋轉軸之間設置密封構件，隔板與旋轉軸之間 為可轉動連接，隔板與旋轉軸之間的間隙距離為5mm~300mm，優選IOmm~50mm。
[0015] 本發明烷基化反應器中，所述折流板設置2~10層，優選設置4~6層，每層設置 2~8個折流板，優選設置3~6個折流板，所述折流板層與層之間彼此交錯設置。
[0016] 本發明烷基化反應器中，循環冷卻氣入口和循環冷卻氣出口之間設置循環氣制冷 系統，循環冷卻氣在制冷系統和旋轉床之前形成循環，為反應過程提供適宜的溫度環境；循 環冷卻氣入口和循環冷卻氣出口設置位置為以下兩種之一 ：（1)循環冷卻氣入口設置在密 封構件與隔板之間的殼體上，循環冷卻氣出口設置在密封構件下部的殼體上；（2)循環冷 卻氣入口設置在密封構件下部的殼體上，循環冷卻氣出口設置在密封構件與隔板之間的殼 體上。采用上述方式（1)時，循環冷卻氣與反應物料同向穿過旋轉床，由于旋轉床對氣體具 有抽吸作用，因此，可以不設置循環冷卻氣輸送動力裝置，或者設置功率較小的循環冷卻氣 輸送動力裝置；采用上述方式（2)時，循環冷卻氣與反應物料反向穿過旋轉床，需要設置循 環冷卻氣輸送動力裝置。因此，優選上述方式（1)。
[0017] 本發明烷基化反應器中，熱管換熱器包括殼體，熱管元件，間隔板，冷媒入口，冷媒 出口，氣體入口和氣體出口，其中，熱管元件和熱管換熱器軸線方向平行，間隔板和熱管換 熱器軸線方向垂直，間隔板將熱管換熱器分為彼此密封的上下兩部分。
[0018] 本發明烷基化反應器中，冷媒入口設置在熱管換熱器殼體頂端，經噴淋組件噴淋 在熱管換熱器上部，冷媒出口設置在間隔板上部的換熱器殼體上，氣體入口和氣體出口分 別設置在間隔板下部的換熱器殼體上，循環冷卻氣出口與氣體入口連接，循環冷卻氣入口 與氣體