一種烷基化反應(yīng)方法及脈沖流反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及烷基化油制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低碳烯烴和異丁烷的烷基化反應(yīng)方法和應(yīng)用于該方法的脈沖流反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]由低碳烯烴和異丁烷在濃硫酸催化作用下生產(chǎn)的烷基化油，具有較高的辛烷值，是理想的汽油調(diào)和組分。但作為反應(yīng)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(yīng)是放熱反應(yīng)，最佳的反應(yīng)溫度范圍為-5?5°C若不能及時(shí)有效地移走反應(yīng)熱，就會(huì)加劇烯烴聚合副反應(yīng)的發(fā)生，因此，硫酸烷基化工藝既要實(shí)現(xiàn)酸烴兩相充分混合，又要能及時(shí)移走反應(yīng)熱，保證烷基化反應(yīng)在恒定較低的溫度下進(jìn)行。
[0003]為實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)目的，專利US5443799公開了一種烷基化反應(yīng)方法。在反應(yīng)器的預(yù)混合區(qū)，將異丁烷經(jīng)由噴射器噴出與硫酸混合形成乳化液，烯烴在反應(yīng)區(qū)與來自預(yù)混合區(qū)的乳化液逆向接觸進(jìn)行反應(yīng)。該混合乳化液中，硫酸是連續(xù)相，異丁烷為分散相，是噴射器噴出時(shí)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(fā)生聚集從而與硫酸發(fā)生分離，形成的乳化液發(fā)生破乳現(xiàn)象；且噴射器處理量有限，因此該方法僅能在小規(guī)模試驗(yàn)上使用。該反應(yīng)器取熱是異丁烷和硫酸的預(yù)混合物進(jìn)入反應(yīng)區(qū)后，體積驟然增大，通過絕熱膨脹吸收烷基化反應(yīng)放出的熱量，但是反應(yīng)溫度只能控制在8?20°C，該反應(yīng)溫度偏高。
[0004]專利US3759318公開了一種臥式攪拌反應(yīng)器。反應(yīng)原料在葉輪的強(qiáng)力攪拌下形成酸烴乳化液，攪拌的強(qiáng)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(yīng)器已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，但是受制于攪拌槳功率及分散效果，單個(gè)反應(yīng)器的規(guī)模有限。該反應(yīng)器取熱則是通過乳化液與反應(yīng)器內(nèi)部的換熱管束接觸，而換熱管內(nèi)的冷卻介質(zhì)是經(jīng)絕熱膨脹降溫的反應(yīng)流出物料，反應(yīng)溫度能夠控制在5?15°C。
[0005]隨著技術(shù)發(fā)展，由于填料在對(duì)物料進(jìn)行強(qiáng)制分散、促進(jìn)物料微觀混合方面具有良好效果，感興趣者將填料技術(shù)逐漸引入到烷基化反應(yīng)器中。
[0006]專利CN100337721C公開了一種用于烷基化反應(yīng)器內(nèi)的空隙率至少為50%的金屬絲網(wǎng)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(yīng)溫度。
[0007]專利CN103357369A公開了一種帶有空腔結(jié)構(gòu)的規(guī)整填料烷基化反應(yīng)裝置，反應(yīng)原料通過液體分布設(shè)備進(jìn)入反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)填料的空腔兩端設(shè)置有冷卻介質(zhì)分布管，空腔內(nèi)形成換熱區(qū)，空腔與空腔間形成反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)區(qū)和換熱區(qū)在反應(yīng)器徑向交替排列，且反應(yīng)區(qū)和換熱區(qū)不相通。反應(yīng)物料進(jìn)入反應(yīng)區(qū)后在規(guī)整填料的切割、分散作用下，酸烴進(jìn)行充分混合，通過冷卻介質(zhì)帶走反應(yīng)熱，控制反應(yīng)在低溫下進(jìn)行，但冷卻介質(zhì)不詳。該方法填料結(jié)構(gòu)復(fù)雜，依靠空腔內(nèi)的冷卻介質(zhì)帶走反應(yīng)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(chǎn)烷基化物的方法，將烴組分以至少部分氣態(tài)方式進(jìn)料至包括靜態(tài)混合器的反應(yīng)器，通過增加進(jìn)料速度誘導(dǎo)出脈沖流。脈沖流是氣液兩相同時(shí)存在時(shí)，通過流體劇烈湍動(dòng)，可使物料間高效傳質(zhì)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(yīng)系統(tǒng)內(nèi)通過壓縮機(jī)系統(tǒng)循環(huán)后，相當(dāng)于壓縮機(jī)在做無(wú)用功，反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)烷烯比較高，使后續(xù)分離系統(tǒng)操作負(fù)荷增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種用于烷基化反應(yīng)的脈沖流反應(yīng)器及方法，通過改變反應(yīng)器內(nèi)的填料構(gòu)造，在全液相進(jìn)料條件下，通過烷烴汽化吸熱形成氣相后，誘導(dǎo)氣液兩相形成脈沖流，并使氣液兩相在反應(yīng)中期處于穩(wěn)定的脈沖流態(tài)，同時(shí)在反應(yīng)后期，由于反應(yīng)原料濃度的降低，為了進(jìn)一步提高反應(yīng)效果，可使氣液兩相處于更高強(qiáng)度的脈沖流態(tài)，使物料高效混合反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)烯烴100%的轉(zhuǎn)化率，產(chǎn)品辛烷值達(dá)93?97。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種烷基化反應(yīng)用脈沖流反應(yīng)器，包括液相分布區(qū)、反應(yīng)區(qū)、氣化區(qū)和集液區(qū)，所述反應(yīng)區(qū)包括變孔徑絲網(wǎng)規(guī)整填料區(qū)，所述變孔徑絲網(wǎng)規(guī)整填料區(qū)包括脈沖流誘導(dǎo)區(qū)、脈沖流穩(wěn)定區(qū)和脈沖流強(qiáng)化區(qū)，所述脈沖流誘導(dǎo)區(qū)與液相分布區(qū)相鄰，所述脈沖流強(qiáng)化區(qū)與氣化區(qū)相鄰，所述脈沖流穩(wěn)定區(qū)位于脈沖流誘導(dǎo)區(qū)和脈沖流強(qiáng)化區(qū)之間。
[0011]作為本發(fā)明所述烷基化反應(yīng)用脈沖流反應(yīng)器的優(yōu)選實(shí)施方式，所述變孔徑絲網(wǎng)規(guī)整填料區(qū)包括10-14層，其中:有1-2層為脈沖流誘導(dǎo)區(qū)、8-12層為脈沖流穩(wěn)定區(qū)、1-2層為脈沖流強(qiáng)化區(qū)。
[0012]作為本發(fā)明所述烷基化反應(yīng)用脈沖流反應(yīng)器的優(yōu)選實(shí)施方式，所述變孔徑絲網(wǎng)規(guī)整填料區(qū)的空隙率為40 %?49 %。
[0013]作為本發(fā)明所述烷基化反應(yīng)用脈沖流反應(yīng)器的優(yōu)選實(shí)施方式，所述變孔徑絲網(wǎng)規(guī)整填料區(qū)中每層的高度為900?1000mm，由上下兩層圓形格柵固定于反應(yīng)器內(nèi)，相鄰層的間距為80?90mm，可使反應(yīng)原料與催化劑濃硫酸在進(jìn)入下段填料時(shí)，進(jìn)行重新分布，防止在填料內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重的偏流現(xiàn)象。
[0014]作為本發(fā)明所述烷基化反應(yīng)用脈沖流反應(yīng)器的優(yōu)選實(shí)施方式，所述絲網(wǎng)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(zhì)。
[0015]作為本發(fā)明所述烷基化反應(yīng)用脈沖流反應(yīng)器的優(yōu)選實(shí)施方式，所述變孔徑絲網(wǎng)規(guī)整填料區(qū)由單股或多股絲線編織成的絲網(wǎng)經(jīng)疊加、捆綁制成，構(gòu)成填料的絲網(wǎng)網(wǎng)孔采用變徑結(jié)構(gòu)，在脈沖流誘導(dǎo)區(qū)、脈沖流穩(wěn)定區(qū)和脈沖流強(qiáng)化區(qū)的絲網(wǎng)規(guī)整填料采用的絲網(wǎng)網(wǎng)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(dǎo)氣液兩相形成脈沖流，并能確保反應(yīng)中期處于穩(wěn)定的脈沖流態(tài)，在反應(yīng)后期處于高強(qiáng)度的脈沖流態(tài)。
[0016]此外，本發(fā)明還提供一種烷基化反應(yīng)方法，包括以下步驟:
[0017]a)采用液相進(jìn)料方式，將烷烯混合物與催化劑加入液相分布區(qū)，并完成有效分布；
[0018]b)烷烯混合物與催化劑進(jìn)入反應(yīng)區(qū)中發(fā)生烷基化反應(yīng)，部分烷烴汽化，氣液兩相在通過脈沖流誘導(dǎo)區(qū)時(shí)，形成脈沖流，隨后進(jìn)入脈沖流穩(wěn)定區(qū)，使物料在反應(yīng)中期進(jìn)入穩(wěn)定的脈沖流狀態(tài)，最后進(jìn)入脈沖流強(qiáng)化區(qū)，通過進(jìn)一步增大填料壓降，使處于反應(yīng)后期階段的氣液兩相進(jìn)入高強(qiáng)度脈沖流狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)物料的高效混合；
[0019]c)氣相烷烴在氣化區(qū)采出，經(jīng)壓縮-冷卻系統(tǒng)處理后返回反應(yīng)器循環(huán)利用，剩余液相落入反應(yīng)器集液區(qū)，進(jìn)行催化劑和烷烴初步分離，催化劑返回反應(yīng)器循環(huán)利用，烷烴經(jīng)液相采出口采出后進(jìn)入后續(xù)產(chǎn)物分離系統(tǒng)。
[0020]作為本發(fā)明所述烷基化反應(yīng)方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述催化劑為濃硫酸。
[0021]作為本發(fā)明所述烷基化反應(yīng)方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟b)中反應(yīng)區(qū)物料的平均流速為0.4?0.6m/min，反應(yīng)溫度為-3?_1°C，反應(yīng)區(qū)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(fā)明所述烷基化反應(yīng)方法的優(yōu)選實(shí)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(fā)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(yīng)器，具有如下優(yōu)占.V.
[0024](I)通過采用變孔徑填料，增大填料壓降的方法，誘導(dǎo)氣液兩相形成脈沖流，同時(shí)在反應(yīng)中期，可處于穩(wěn)定的脈沖流狀態(tài)，在反應(yīng)后期，為了進(jìn)一步提高物料的混合效果，可使氣液兩相處于高強(qiáng)度的脈沖流狀態(tài)，具有反應(yīng)效果好，副反應(yīng)少，反應(yīng)溫度低，酸耗低，烷稀比相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)；
[0025](2)采用全液相進(jìn)料方式，工藝操作條件簡(jiǎn)單，適于工業(yè)化生產(chǎn)；
[0026](3)伴隨反應(yīng)熱的大量放出，異丁烷的汽化量逐漸增大，通過采用結(jié)構(gòu)更加致密的填料進(jìn)行切割混合，防止氣相聚集而導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生氣阻現(xiàn)象，防止床層劇烈振動(dòng)。
[0027](4)烯烴轉(zhuǎn)化率高達(dá)100%，產(chǎn)品辛烷值高達(dá)93?97。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明脈沖流反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2是本發(fā)明脈沖流反應(yīng)器中變孔徑絲網(wǎng)規(guī)整填料區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3是本發(fā)明脈沖流反應(yīng)器中圓形格柵的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖4是本發(fā)明脈沖流反應(yīng)器物料流程示意圖；
[0032]其中:1_液相分布區(qū)，2-反應(yīng)區(qū)，3-氣化區(qū)，4-集液區(qū)，5-變孔徑絲網(wǎng)規(guī)整填料區(qū)，6-脈沖流誘導(dǎo)區(qū)，7-脈沖流強(qiáng)化區(qū)，8-脈沖流穩(wěn)定區(qū)，9-圓形格柵，10-氣相采出口。
【具體實(shí)施方式】
[0033]為更好的說明本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)，下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0034]如圖1所示，一種燒基化反應(yīng)用脈沖流反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括液相分布區(qū)1、反應(yīng)區(qū)2、氣化區(qū)3和集液區(qū)4，在反應(yīng)區(qū)2內(nèi)裝有10?14層的變孔徑絲網(wǎng)規(guī)整填料區(qū)5