一種分段進料烷基化反應工藝方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種烷基化反應方法，具體地說是一種采用異丁烷和C3?C5烯烴催 化烷基化反應的烷基化反應方法。
【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的烷基化反應方法，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] 一種烷基化反應方法，包括如下步驟： (1) 濃硫酸和異丁烷進入膠體磨，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入烷基化反應器 進行反應； 步驟（2)所述烷基化反應器包括反應器筒體，封頭，旋轉床，進料管，進料分布管，出料 口，循環冷卻氣入口，循環冷卻氣出口，循環冷卻氣制冷系統；反應器筒體和封頭構成封閉 反應器殼體，旋轉床垂直設置在殼體內中部，旋轉床通過旋轉軸與驅動裝置連接，旋轉床中 心為空筒結構，進料分布管設置在旋轉床中心的空筒結構內，進料分布管與進料管連通，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，旋轉床徑向外側依次設置靜止組件和轉動組件，靜止組件固 定設置在密封構件上，轉動組件固定設置在旋轉床與旋轉軸連接的固定板上，循環冷卻氣 入口和循環冷卻氣出口分別設置在密封構件上側和下側的反應器殼體上，循環冷卻氣制冷 系統設置在循環冷卻氣入口和循環冷卻氣出口之間。
[0011] 本發明烷基化反應方法中，所述烷基化反應器的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。
[0012] 本發明烷基化反應方法中，所述烷基化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，進料分布管設置在該圓柱形空 筒中，進料分布管與旋轉床之間具有適宜空隙，形成環狀空間；進料分布管上設置適宜的物 料分布孔，物料分布管的長度與旋轉床的軸向長度對應；旋轉軸與旋轉床一端固定板固定 連接，旋轉軸優選垂直設置；旋轉軸通過封頭與反應器外上部或下部設置的驅動裝置連接， 驅動裝置優選設置在反應器外下部。
[0013] 本發明烷基化反應方法中，所述烷基化反應器的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。靜止組件與旋轉床之 間的間隙距離為5mm?300mm，優選IOmm?100mm。靜止組件與轉動組件之間的間隙距離 為5mm?300mm，優選IOmm?100mm。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。
[0014] 本發明烷基化反應方法中，所述烷基化反應器的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) 以旋轉床上部與反應器殼體之間設置的密封構件為界，循環冷卻氣入口設置在密封構件上 部的殼體上，循環冷卻氣出口設置在密封構件下部的殼體上；（2)以旋轉床上部與反應器 殼體之間設置的密封構件為界，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上部的殼體上。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)。
[0015] 本發明烷基化反應器中，設置循環冷卻氣制冷系統，利用旋轉床轉動形成的微負 壓，推動循環冷卻氣相實現自床層中心向外側的流動，當反應過程需要加熱或冷卻時，以循 環冷卻氣作為冷熱源的載體，從循環冷卻氣出口排出的循環冷卻氣經熱管換熱器的氣體入 口進入熱管換熱器下部，冷媒儲罐中的冷媒經冷媒入口進入熱管換熱器上部，與熱管元件 進行換熱，熱管元件與冷媒經過換熱后