本發(fā)明涉及石油化工領(lǐng)域，具體涉及用異丁烷、丁烯反應(yīng)制備異辛烷的生產(chǎn)裝置。
背景技術(shù)：
異丁烷與丁烯烷基化反應(yīng)制備異辛烷，是目前制備異辛烷常見(jiàn)的方法。一般采用的工藝是，異丁烷－丁烯進(jìn)料與裝置循環(huán)異丁烷和冷劑一起進(jìn)入反應(yīng)器，在硫酸的催化作用下，異丁烷和丁烯發(fā)生烷基化反應(yīng)，生成烷基化油。
異丁烷與丁烯烷基化反應(yīng)較復(fù)雜，主反應(yīng)符合正碳離子鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機(jī)理，異丁烷與丁烯加成為異辛烷，副反應(yīng)主要有自聚、斷裂、異構(gòu)化、酯化等反應(yīng)。主反應(yīng)如下：
1、C4H8 + H2SO4 →（C4H9）HSO4
2、（C4H9）HSO4 + C4H10 → C8H18 + H2SO4
得到異辛烷產(chǎn)品，需要異丁烷與丁烯摩爾比1:1參與反應(yīng)，但在實(shí)際操作中為了使丁烯完全反應(yīng)，并減少烯烴發(fā)生自聚等副反應(yīng)，需保證烷基化反應(yīng)器中的異丁烷與丁烯摩爾比為7-14:1。系統(tǒng)正常生產(chǎn)中，從上述可知，烷基化反應(yīng)器中的異丁烷，一是來(lái)自經(jīng)過(guò)C201及C202分離后返回的用于循環(huán)的異丁烷，二是來(lái)自進(jìn)料，目前，大多數(shù)企業(yè)采用的進(jìn)料方式是，一路為混合烯烴，另一路為高純度的異丁烷，兩路原料在原料緩沖罐中混合后進(jìn)入原料預(yù)處理工段，預(yù)處理后進(jìn)入烷基化反應(yīng)器。
上述的進(jìn)料方式存在以下三個(gè)問(wèn)題：
第一、高純度的異丁烷進(jìn)入原料預(yù)處理塔（脫輕烴塔），不僅會(huì)增加塔的蒸汽用量，還會(huì)帶來(lái)從原料緩沖罐至進(jìn)入烷基化反應(yīng)器前的所有設(shè)備體積擴(kuò)大一倍以上，這無(wú)疑將會(huì)大大增加企業(yè)的投資成本；同時(shí)，由于烷基化反應(yīng)需要在低于6攝氏度中進(jìn)行，因此，通過(guò)脫輕烴塔后的外送物料溫度大約46攝氏度，還需要消耗系統(tǒng)中的能量對(duì)其進(jìn)行冷卻。對(duì)于原料異丁烷而言，消耗熱能升高溫度，再消耗冷源降低溫度，并不是烷基化反應(yīng)的需要，可見(jiàn)，這種加料方式存在嚴(yán)重不合理性。
第二，在系統(tǒng)正常運(yùn)行中，烷基化反應(yīng)后的流出物，經(jīng)過(guò)C201及C202分離過(guò)程，部分異丁烷會(huì)被異辛烷及正丁烷帶出系統(tǒng)，因此，從原料端加入的異丁烷除用與丁烯反應(yīng)的消耗外，還有一部分被后續(xù)分離系統(tǒng)消耗掉，而分離系統(tǒng)消耗的這部分異丁烷，會(huì)因不可控因素有時(shí)多一些有時(shí)則少一些，這樣就要求原料端添加異丁烷的量，既要與丁烯按摩爾1:1進(jìn)料，又要求實(shí)時(shí)根據(jù)后續(xù)異丁烷的回流循環(huán)量的多少進(jìn)行調(diào)整，方能保證在烷基化反應(yīng)器中的異丁烷與丁烯摩爾比為1:1。但由于中間設(shè)備多（D105、C101、E104、E201、D201）、流程長(zhǎng)且體積大，對(duì)烷基化反應(yīng)器中的異丁烷的量無(wú)法做到及時(shí)調(diào)整，由于不能做到及時(shí)調(diào)整，因此，會(huì)造成異丁烷的摩爾比不在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)，使產(chǎn)出物雜質(zhì)含量高，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品不合格，更有甚者造成停車的事故。
第三、原料在進(jìn)入烷基化反應(yīng)器前，需要對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理，其中的脫輕烴單元脫除原料中碳三及以下的輕組分，使烷基化反應(yīng)后的碳三及以下輕組分在壓縮冷卻系統(tǒng)中的含量維持在3%-6%適當(dāng)?shù)姆秶Ｈ绻既耙韵螺p組分含量太高（超過(guò)6%以上，高的原因是原料中輕組分太多或者脫輕烴塔操作問(wèn)題等均會(huì)造成輕組分脫出不干凈），會(huì)造成壓縮機(jī)制冷效果差，導(dǎo)致電耗增加，同時(shí)，未脫除的輕組分不僅會(huì)在壓縮系統(tǒng)的冷劑罐中富集，造成壓縮機(jī)系統(tǒng)出口壓力增大影響降溫效果并增加電耗，而且部分碳三被帶入后路脫異丁烷塔及脫正丁烷塔，會(huì)造成塔頂壓力升高，導(dǎo)致分餾時(shí)蒸汽能耗增大。目前同行業(yè)的普遍做法，一是從冷劑罐頂部中將碳三及以下輕組分引出，放火炬燒掉，這無(wú)疑將造成資源浪費(fèi)及環(huán)境污染；二是將其直接送入廠區(qū)的焚燒爐燃燒，這個(gè)方案弊端是，因燃?xì)馐撬嵝詴?huì)造成燃燒設(shè)備的腐蝕，同時(shí)，由于組分中含有35-40﹪異丁烷、丁烯也造成資源浪費(fèi)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用異丁烷、丁烯反應(yīng)制備異辛烷的生產(chǎn)裝置，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的、不能保證異丁烷在與烯烴烷基化反應(yīng)時(shí)的設(shè)計(jì)配比，以及能耗高、資源浪費(fèi)、環(huán)境污染等缺陷。
本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種用異丁烷、丁烯反應(yīng)制備異辛烷的生產(chǎn)裝置，包括依次連通于烷基化反應(yīng)器進(jìn)料端的原料脫水器D201、原料-流出物換熱器E201AC、反應(yīng)器進(jìn)料換熱器E104、脫輕烴塔C101、丁烯原料進(jìn)料加熱器E101、丁烯原料緩沖罐D(zhuǎn)101；
還包括依次連通于烷基化反應(yīng)器出料端的閃蒸罐D(zhuǎn)203、流出物酸洗罐D(zhuǎn)209、流出物堿洗罐D(zhuǎn)210、流出物水洗罐D(zhuǎn)211、烷基化油-脫異丁烷塔進(jìn)料換熱器E213、脫異丁烷塔C201、脫正丁烷塔C202、換熱器、成品油罐；其中脫異丁烷塔C201上部連通脫異丁烷塔回流罐D(zhuǎn)212、脫異丁烷塔回流泵P209A/B，所述脫異丁烷塔回流泵P209A/B將循環(huán)異丁烷通過(guò)管路經(jīng)流出物換熱器E201AC、原料脫水器D201送回烷基化反應(yīng)器；
所述閃蒸罐D(zhuǎn)203的頂部連通壓縮機(jī)，閃蒸罐D(zhuǎn)203內(nèi)頂部的氣相組分輸出經(jīng)壓縮后進(jìn)入冷劑灌D204，所述冷劑灌D204底部通過(guò)管路將物料輸送經(jīng)過(guò)冷劑冷卻器D203AB，再通過(guò)管路連通閃蒸罐D(zhuǎn)203的頂部送回閃蒸罐D(zhuǎn)203閃蒸吸熱；
異丁烷儲(chǔ)罐通過(guò)第一管路連通異丁烷塔回流罐D(zhuǎn)212，所述第一管路設(shè)有控制閥；所述冷劑罐頂部連通有第二管路，所述第二管路將冷劑罐頂部富集的含有35-40﹪丁烯和異丁烷的、酸性輕組分氣體輸送至輕組分堿洗灌D220，經(jīng)堿洗后再流經(jīng)水洗罐D(zhuǎn)221水洗，流出水洗罐D(zhuǎn)221的輕組分氣體通過(guò)第三管路連通丁烯原料緩沖罐D(zhuǎn)101。
本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述烷基化反應(yīng)器設(shè)有兩個(gè)，分別是第一烷基化反應(yīng)器R201A、第二烷基化反應(yīng)器R201B，所述第一烷基化反應(yīng)器R201A、第二烷基化反應(yīng)器R201B與原料脫水器D201通過(guò)第一三通管分別連通；
所述脫異丁烷塔回流泵P209A/B，將脫異丁烷塔回流罐D(zhuǎn)212內(nèi)的原料異丁烷、循環(huán)異丁烷泵出，經(jīng)第六管路輸出，與丁烯原料輸料第五管路，通過(guò)第二三通管連通原料-流出物換熱器E201AC。
本發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)方案是，所述輕組分堿洗灌D220、水洗灌D221分別設(shè)有堿、水循環(huán)泵P220AB、P221AB。經(jīng)堿洗后的輕組分氣體通過(guò)第三管路（3）連通于丁烯原料緩沖罐D(zhuǎn)101底部，第三管路（3）上設(shè)有輕組分泵P222AB。
第一管路、第二管路、第五管路、第六管路上分別設(shè)有控制閥。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下突出優(yōu)點(diǎn)
一、本發(fā)明將異丁烷原料，通過(guò)第一管路連通異丁烷塔回流罐D(zhuǎn)212，與異丁烷塔流出的循環(huán)異丁烷一起送入烷基化反應(yīng)器。（1）因沒(méi)有中間設(shè)備，具有流程短，可及時(shí)對(duì)烷基化反應(yīng)器內(nèi)的異丁烷和丁烯的摩爾比進(jìn)行調(diào)整，確保烷基化反應(yīng)中異丁烷與丁烯摩爾比在規(guī)定的范圍之內(nèi)，從而保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行；（2）與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于進(jìn)料端所有設(shè)備，只承擔(dān)丁烯的處理，因此，進(jìn)入反應(yīng)器前的設(shè)備負(fù)荷降低，換熱等效果得到極大改善，大大降低了生產(chǎn)成本；（3）由于本發(fā)明進(jìn)入烷基化反應(yīng)器的異丁烷原料，既不需要無(wú)理由的加熱，也不需要與冷源換熱（這里是指換掉額外增加的熱）導(dǎo)致的兩次能源浪費(fèi)，本發(fā)明經(jīng)過(guò)運(yùn)行試驗(yàn)，以年產(chǎn)20萬(wàn)噸異辛烷計(jì)，蒸汽能耗每小時(shí)降低2噸，電耗每小時(shí)降低約200KW，年可節(jié)約能源消耗288萬(wàn)元。
二、由于冷劑罐頂部富集的酸性輕組分氣體中含有約40%異丁烷、丁烯，本發(fā)明將冷劑罐頂部富集的酸性輕組分氣體輸送至堿洗灌D220堿洗后的輕組分氣體送入丁烯原料緩沖罐D(zhuǎn)101，作為原料重新進(jìn)入系統(tǒng)，可回收其中的異丁烷和丁烯、以及輕組分，既避免現(xiàn)有技術(shù)采用焚燒的方法污染環(huán)境，又節(jié)約了資源、降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。本發(fā)明經(jīng)過(guò)運(yùn)行試驗(yàn)，以年產(chǎn)20萬(wàn)噸異辛烷計(jì)，壓縮機(jī)電耗每天節(jié)省2000度電，年可節(jié)電百萬(wàn)元；同時(shí)，回收了原料，年可為企業(yè)節(jié)省原料費(fèi)數(shù)百萬(wàn)元。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
如附圖所示，一種用異丁烷、丁烯反應(yīng)制備異辛烷的生產(chǎn)裝置，包括依次連通于烷基化反應(yīng)器進(jìn)料端的原料脫水器D201、原料-流出物換熱器E201AC、反應(yīng)器進(jìn)料換熱器E104、脫輕烴塔C101、丁烯原料進(jìn)料加熱器E101、丁烯原料緩沖罐D(zhuǎn)101；
還包括依次連通于烷基化反應(yīng)器出料端的閃蒸罐D(zhuǎn)203、流出物酸洗罐D(zhuǎn)209、流出物堿洗罐D(zhuǎn)210、流出物水洗罐D(zhuǎn)211、烷基化油-脫異丁烷塔進(jìn)料換熱器E213、脫異丁烷塔C201、脫正丁烷塔C202、換熱器、正丁烷成品油罐；其中脫異丁烷塔C201上部連通脫異丁烷塔回流罐D(zhuǎn)212、脫異丁烷塔回流泵P209A/B，所述脫異丁烷塔回流泵P209A/B將循環(huán)異丁烷通過(guò)管路經(jīng)流出物換熱器E201AC、原料脫水器D201送回烷基化反應(yīng)器；
所述閃蒸罐D(zhuǎn)203的頂部連通壓縮機(jī)，閃蒸罐D(zhuǎn)203內(nèi)頂部的氣相組分輸出經(jīng)壓縮后進(jìn)入冷劑灌D204，所述冷劑灌D204底部通過(guò)管路將物料輸送經(jīng)過(guò)冷劑冷卻器D203AB，再通過(guò)管路連通閃蒸罐D(zhuǎn)203的頂部送回閃蒸罐D(zhuǎn)203閃蒸吸熱；
異丁烷原料通過(guò)第一管路1連通異丁烷塔回流罐D(zhuǎn)212，第一管路1設(shè)有控制閥。異丁烷塔回流罐D(zhuǎn)212設(shè)有液位計(jì)，根據(jù)液位計(jì)的顯示，確定是否打開(kāi)第一管路1上的控制閥補(bǔ)加異丁烷。
所述冷劑罐頂部連通有第二管路2，所述第二管路2將冷劑罐頂部富集的含有35-40﹪丁烯和異丁烷的、酸性輕組分氣體輸送至輕組分堿洗灌D220，經(jīng)堿洗后再流經(jīng)水洗罐D(zhuǎn)221水洗（堿洗罐與水洗罐通過(guò)管道連通），流出水洗罐D(zhuǎn)221的輕組分氣體通過(guò)第三管路3連通丁烯原料緩沖罐D(zhuǎn)101（流出水洗罐D(zhuǎn)221的輕組分氣體呈中性），所述第三管路3上設(shè)有輕組分泵P222AB。所述輕組分堿洗灌D220、水洗灌D221分別設(shè)有堿、水循環(huán)泵P220AB、P221AB。第二管路2設(shè)有控制閥。
堿洗灌D220還設(shè)有堿液補(bǔ)料管、廢堿排出管（該兩個(gè)管圖中未示出），堿水的 PH 值在 8-10 之間。水洗灌D221與水管連通，設(shè)有廢液排出管（該兩個(gè)管圖中未示出）。
所述烷基化反應(yīng)器設(shè)有兩個(gè)，分別是第一烷基化反應(yīng)器R201A、第二烷基化反應(yīng)器R201B，所述第一烷基化反應(yīng)器R201A、第二烷基化反應(yīng)器R201B與原料脫水器D201通過(guò)第一三通管4分別連通。
所述脫異丁烷塔回流泵P209A/B，將脫異丁烷塔回流罐D(zhuǎn)212內(nèi)的原料異丁烷、循環(huán)異丁烷泵出，經(jīng)第六管路6輸出，與丁烯原料輸料第五管路7通過(guò)第二三通管5連通原料-流出物換熱器E201AC，再經(jīng)原料脫水器D201送回烷基化反應(yīng)器。
所述閃蒸罐D(zhuǎn)203的罐底部連通冷劑循環(huán)泵P202AB，冷劑循環(huán)泵P202AB的冷劑輸出管通過(guò)第一三通管4分別連通第一烷基化反應(yīng)器R201A、第二烷基化反應(yīng)器R201B的進(jìn)料端。
流出物酸洗罐D(zhuǎn)209下部分別與第一烷基化反應(yīng)器R201A、第二烷基化反應(yīng)器R201B的進(jìn)料端連通，為烷基化反應(yīng)器補(bǔ)酸。第一烷基化反應(yīng)器R201A、第二烷基化反應(yīng)器R201B的反應(yīng)腔分別連通酸沉降罐D(zhuǎn)202A，經(jīng)酸沉降罐D(zhuǎn)202A沉降后的半成品烷基化油回送至烷基化反應(yīng)器的出料端，酸回送至烷基化反應(yīng)器的進(jìn)料端。
本發(fā)明運(yùn)行過(guò)程：
兩個(gè)烷基化反應(yīng)器進(jìn)料、出料為并聯(lián)，因此，僅以其中一個(gè)反應(yīng)器描述物料從進(jìn)料到出料的運(yùn)行過(guò)程。
丁烯原料經(jīng)水洗、脫水后進(jìn)入丁烯原料緩沖罐D(zhuǎn)101，由泵P101AB泵出經(jīng)與脫輕烴塔C101流出物換熱后（與反應(yīng)器進(jìn)料換熱器E104換熱）、再經(jīng)過(guò)進(jìn)料加熱器E101加熱、進(jìn)入脫輕烴塔C101。脫輕烴塔C101頂部連通脫輕烴塔冷凝器E103AB, 冷凝后的物料流入脫輕烴塔回流罐D(zhuǎn)103，回流罐D(zhuǎn)103通過(guò)泵與脫輕烴塔C101連通。
脫輕烴后的丁烯，經(jīng)反應(yīng)器進(jìn)料換熱器E104與丁烯原料換熱后，經(jīng)第五管路7輸出與原料異丁烷、循環(huán)異丁烷輸料第六管路6連通第二三通管5，經(jīng)第二三通管5輸出，再經(jīng)原料-流出物換熱器E201AC換冷（11℃左右）、原料脫水器D201脫水（脫水后的原料中的游離水含量降至 10ppm（重）），經(jīng)第一三通管4后與來(lái)自閃蒸罐D(zhuǎn)-203的循環(huán)冷劑混合，使溫度降低至約 3.0℃后分兩路分別進(jìn)入烷基化反應(yīng)器。反應(yīng)器是裝有內(nèi)循環(huán)夾套、取熱管束和攪拌葉輪的壓力容器，為 STRATCO 公司專利產(chǎn)品。
反應(yīng)完全的催化劑-烴乳化液經(jīng)一上升管直接進(jìn)入催化劑沉降器（圖中未示出），并在此進(jìn)行催化劑和烴類的沉降分離，分出的催化劑循下降管返回反應(yīng)器重新使用。從催化劑沉降器分出的烴相經(jīng)壓力控制閥降壓后，流經(jīng)反應(yīng)器內(nèi)的取熱管束部分汽化，吸收熱量脫除反應(yīng)熱。烷基化反應(yīng)器中的汽-液混合物從出料端輸出進(jìn)入閃蒸罐D(zhuǎn)203。閃蒸罐D(zhuǎn)-203是一臺(tái)帶有中間隔板并有共同分離空間的臥式容器（市場(chǎng)購(gòu)得）。 隔板一側(cè)供反應(yīng)流出物進(jìn)行氣液分離，另一側(cè)供循環(huán)冷劑進(jìn)行汽-液分離。
閃蒸罐D(zhuǎn)203流出物用流出物泵P-201AB抽出, 經(jīng)流出物換熱器E201AC與原料丁烯換冷后，進(jìn)入流出物酸洗罐D(zhuǎn)209、流出物堿洗罐D(zhuǎn)210、流出物水洗罐D(zhuǎn)211，流出水洗罐D(zhuǎn)211后的物料，經(jīng)過(guò)烷基化油-脫異丁烷塔進(jìn)料換熱器E213換熱后進(jìn)入脫異丁烷塔C201。所述脫異丁烷塔C201頂部連通脫異丁烷冷凝器A202，經(jīng)冷凝后的異丁烷進(jìn)入異丁烷塔回流罐D(zhuǎn)212（如圖1所示，原料異丁烷通過(guò)第一管路1補(bǔ)入該回流罐D(zhuǎn)212），與回流罐D(zhuǎn)212連通的脫異丁烷塔回流泵P209A/B，將原料異丁烷、循環(huán)異丁烷通過(guò)第六管路6輸出與第五管路7輸出的丁烯原料，經(jīng)第二三通管5輸出。
脫異丁烷塔C201底部流出的物料進(jìn)入脫正丁烷塔C202，脫正丁烷塔C202上部的物料經(jīng)過(guò)正丁烷冷凝器E211送入脫正丁烷塔回流罐D(zhuǎn)214，與脫正丁烷塔回流罐D(zhuǎn)214連通的脫正丁烷塔回流泵P210AB將正丁烷送入罐區(qū)。
脫正丁烷塔C202底部流出的成品油，經(jīng)烷基化油成品泵P211AB泵出，經(jīng)過(guò)與烷基化油-循環(huán)堿水換熱器E205AB換熱后，再經(jīng)烷基化油-脫異丁烷塔進(jìn)料換熱器E213換熱、烷基化油冷卻器E214AB換熱后送入罐區(qū)。
從閃蒸罐D(zhuǎn)203氣相空間出來(lái)的烴類氣體進(jìn)入壓縮機(jī)一級(jí)入口， 補(bǔ)充進(jìn)入二級(jí)入口的氣體來(lái)自節(jié)能罐D(zhuǎn)-207 頂部。 上述氣體經(jīng)壓縮機(jī)壓縮至 8.2kg/cm2 (a)后經(jīng)冷劑空冷器 A-201冷凝，冷凝的烴類液體進(jìn)入冷劑罐D(zhuǎn)-204。該液體的絕大部分經(jīng)冷卻器E-202AB冷卻后進(jìn)入節(jié)能罐D(zhuǎn)-207，并在節(jié)能罐的壓力下閃蒸，富含液化氣的氣體返回壓縮機(jī)二級(jí)入口，節(jié)能罐流出的液體去閃蒸罐， 經(jīng)降壓閃蒸使冷劑溫度降低至-10℃左右，用循環(huán)冷劑泵P202AB抽出送至反應(yīng)器入口循環(huán)。
冷劑罐D(zhuǎn)-204頂部富集的含有35-40﹪丁烯和異丁烷的、酸性輕組分氣體輸送至輕組分堿洗灌D220，經(jīng)堿洗后再流經(jīng)水洗罐D(zhuǎn)221水洗，流出水洗罐D(zhuǎn)221的輕組分氣體通過(guò)第三管路3送入丁烯原料緩沖罐D(zhuǎn)101底部（便于與原料丁烯充分混合）。