一種烷基化反應方法及脈沖流反應器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及烷基化油制備技術領域，尤其涉及一種低碳烯烴和異丁烷的烷基化反應方法和應用于該方法的脈沖流反應器。
【背景技術】
[0002]由低碳烯烴和異丁烷在濃硫酸催化作用下生產的烷基化油，具有較高的辛烷值，是理想的汽油調和組分。但作為反應原料之一的異丁烷與催化劑濃硫酸的互溶性較差，此夕卜，烷基化反應是放熱反應，最佳的反應溫度范圍為-5?5°C若不能及時有效地移走反應熱，就會加劇烯烴聚合副反應的發生，因此，硫酸烷基化工藝既要實現酸烴兩相充分混合，又要能及時移走反應熱，保證烷基化反應在恒定較低的溫度下進行。
[0003]為實現上述兩個目的，專利US5443799公開了一種烷基化反應方法。在反應器的預混合區，將異丁烷經由噴射器噴出與硫酸混合形成乳化液，烯烴在反應區與來自預混合區的乳化液逆向接觸進行反應。該混合乳化液中，硫酸是連續相，異丁烷為分散相，是噴射器噴出時被分散成小液滴，但是由于硫酸與異丁烷的密度相差很大，異丁烷液滴很容易就發生聚集從而與硫酸發生分離，形成的乳化液發生破乳現象；且噴射器處理量有限，因此該方法僅能在小規模試驗上使用。該反應器取熱是異丁烷和硫酸的預混合物進入反應區后，體積驟然增大，通過絕熱膨脹吸收烷基化反應放出的熱量，但是反應溫度只能控制在8?20°C，該反應溫度偏高。
[0004]專利US3759318公開了一種臥式攪拌反應器。反應原料在葉輪的強力攪拌下形成酸烴乳化液，攪拌的強度越大，異丁烷被分散的液滴越小，兩相的混合效果就越好；該臥式攪拌反應器已實現工業化應用，但是受制于攪拌槳功率及分散效果，單個反應器的規模有限。該反應器取熱則是通過乳化液與反應器內部的換熱管束接觸，而換熱管內的冷卻介質是經絕熱膨脹降溫的反應流出物料，反應溫度能夠控制在5?15°C。
[0005]隨著技術發展，由于填料在對物料進行強制分散、促進物料微觀混合方面具有良好效果，感興趣者將填料技術逐漸引入到烷基化反應器中。
[0006]專利CN100337721C公開了一種用于烷基化反應器內的空隙率至少為50%的金屬絲網填料，因填料空隙率大，提供了足夠的汽化空間，利用該填料可獲得-7?10°C的反應溫度。
[0007]專利CN103357369A公開了一種帶有空腔結構的規整填料烷基化反應裝置，反應原料通過液體分布設備進入反應器，反應器內填料的空腔兩端設置有冷卻介質分布管，空腔內形成換熱區，空腔與空腔間形成反應區，反應區和換熱區在反應器徑向交替排列，且反應區和換熱區不相通。反應物料進入反應區后在規整填料的切割、分散作用下，酸烴進行充分混合，通過冷卻介質帶走反應熱，控制反應在低溫下進行，但冷卻介質不詳。該方法填料結構復雜，依靠空腔內的冷卻介質帶走反應熱，易造成床層溫度分布不均。
[0008]專利CN100582065C公開了一種在硫酸烷基化過程中生產烷基化物的方法，將烴組分以至少部分氣態方式進料至包括靜態混合器的反應器，通過增加進料速度誘導出脈沖流。脈沖流是氣液兩相同時存在時，通過流體劇烈湍動，可使物料間高效傳質傳熱的一種理想流型。但該方法氣相分散效果較差，氣相在反應系統內通過壓縮機系統循環后，相當于壓縮機在做無用功，反應系統內烷烯比較高，使后續分離系統操作負荷增大。
【發明內容】
[0009]為解決上述技術問題，本發明提供了一種用于烷基化反應的脈沖流反應器及方法，通過改變反應器內的填料構造，在全液相進料條件下，通過烷烴汽化吸熱形成氣相后，誘導氣液兩相形成脈沖流，并使氣液兩相在反應中期處于穩定的脈沖流態，同時在反應后期，由于反應原料濃度的降低，為了進一步提高反應效果，可使氣液兩相處于更高強度的脈沖流態，使物料高效混合反應，實現烯烴100%的轉化率，產品辛烷值達93?97。
[0010]為實現上述目的，本發明采取的技術方案為:一種烷基化反應用脈沖流反應器，包括液相分布區、反應區、氣化區和集液區，所述反應區包括變孔徑絲網規整填料區，所述變孔徑絲網規整填料區包括脈沖流誘導區、脈沖流穩定區和脈沖流強化區，所述脈沖流誘導區與液相分布區相鄰，所述脈沖流強化區與氣化區相鄰，所述脈沖流穩定區位于脈沖流誘導區和脈沖流強化區之間。
[0011]作為本發明所述烷基化反應用脈沖流反應器的優選實施方式，所述變孔徑絲網規整填料區包括10-14層，其中:有1-2層為脈沖流誘導區、8-12層為脈沖流穩定區、1-2層為脈沖流強化區。
[0012]作為本發明所述烷基化反應用脈沖流反應器的優選實施方式，所述變孔徑絲網規整填料區的空隙率為40 %?49 %。
[0013]作為本發明所述烷基化反應用脈沖流反應器的優選實施方式，所述變孔徑絲網規整填料區中每層的高度為900?1000mm，由上下兩層圓形格柵固定于反應器內，相鄰層的間距為80?90mm，可使反應原料與催化劑濃硫酸在進入下段填料時，進行重新分布，防止在填料內部發生嚴重的偏流現象。
[0014]作為本發明所述烷基化反應用脈沖流反應器的優選實施方式，所述絲網孔徑為I?2.5mm，絲線直徑為0.5?2mm，絲線為金屬絲、聚丙烯絲、玻璃纖維絲或耐腐蝕材質。
[0015]作為本發明所述烷基化反應用脈沖流反應器的優選實施方式，所述變孔徑絲網規整填料區由單股或多股絲線編織成的絲網經疊加、捆綁制成，構成填料的絲網網孔采用變徑結構，在脈沖流誘導區、脈沖流穩定區和脈沖流強化區的絲網規整填料采用的絲網網孔依次變小，通過采用變徑填料，逐漸增大每段填料的壓降，誘導氣液兩相形成脈沖流，并能確保反應中期處于穩定的脈沖流態，在反應后期處于高強度的脈沖流態。
[0016]此外，本發明還提供一種烷基化反應方法，包括以下步驟:
[0017]a)采用液相進料方式，將烷烯混合物與催化劑加入液相分布區，并完成有效分布；
[0018]b)烷烯混合物與催化劑進入反應區中發生烷基化反應，部分烷烴汽化，氣液兩相在通過脈沖流誘導區時，形成脈沖流，隨后進入脈沖流穩定區，使物料在反應中期進入穩定的脈沖流狀態，最后進入脈沖流強化區，通過進一步增大填料壓降，使處于反應后期階段的氣液兩相進入高強度脈沖流狀態，實現物料的高效混合；
[0019]c)氣相烷烴在氣化區采出，經壓縮-冷卻系統處理后返回反應器循環利用，剩余液相落入反應器集液區，進行催化劑和烷烴初步分離，催化劑返回反應器循環利用，烷烴經液相采出口采出后進入后續產物分離系統。
[0020]作為本發明所述烷基化反應方法的優選實施方式，所述催化劑為濃硫酸。
[0021]作為本發明所述烷基化反應方法的優選實施方式，所述步驟b)中反應區物料的平均流速為0.4?0.6m/min，反應溫度為-3?_1°C，反應區頂部壓力為320?360KPa，底部壓力為21KPa，每段填料的壓降為10?80KPa。
[0022]作為本發明所述烷基化反應方法的優選實施方式，所述烷烯混合物中烷烯比為6:I?7:1，催化劑與烷烴混合物比為1.0:1?1.5:1。
[0023]本發明所述一種低碳烯烴與異丁烷的烷基化方法及脈沖流反應器，具有如下優占.V.
[0024](I)通過采用變孔徑填料，增大填料壓降的方法，誘導氣液兩相形成脈沖流，同時在反應中期，可處于穩定的脈沖流狀態，在反應后期，為了進一步提高物料的混合效果，可使氣液兩相處于高強度的脈沖流狀態，具有反應效果好，副反應少，反應溫度低，酸耗低，烷稀比相對較低等優點；
[0025](2)采用全液相進料方式，工藝操作條件簡單，適于工業化生產；
[0026](3)伴隨反應熱的大量放出，異丁烷的汽化量逐漸增大，通過采用結構更加致密的填料進行切割混合，防止氣相聚集而導致反應器內發生氣阻現象，防止床層劇烈振動。
[0027](4)烯烴轉化率高達100%，產品辛烷值高達93?97。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發明脈沖流反應器的結構示意圖；
[0029]圖2是本發明脈沖流反應器中變孔徑絲網規整填料區的結構示意圖；
[0030]圖3是本發明脈沖流反應器中圓形格柵的結構示意圖；
[0031]圖4是本發明脈沖流反應器物料流程示意圖；
[0032]其中:1_液相分布區，2-反應區，3-氣化區，4-集液區，5-變孔徑絲網規整填料區，6-脈沖流誘導區，7-脈沖流強化區，8-脈沖流穩定區，9-圓形格柵，10-氣相采出口。
【具體實施方式】
[0033]為更好的說明本發明的目的、技術方案和優點，下面將結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。
[0034]如圖1所示，一種燒基化反應用脈沖流反應器的結構示意圖，主要包括液相分布區1、反應區2、氣化區3和集液區4，在反應區2內裝有10?14層的變孔徑絲網規整填料區5