用于固體酸烷基化的模擬移動床反應(yīng)與再生裝置及原料反應(yīng)與催化劑再生的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于固體酸烷基化的裝置及方法，具體地，涉及一種用于固體酸 烷基化的模擬移動床反應(yīng)與再生裝置及一種用于固體酸烷基化的原料反應(yīng)與催化劑再生 的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，煉油工業(yè)的最主要任務(wù)之一是提供運輸燃料，汽油作為一種重要的運輸燃 料，被廣泛的應(yīng)用于交通運輸?shù)刃袠I(yè)中。據(jù)資料顯示，到2030年，全球的汽油需求量將增長 22%。因此隨著汽油消耗量的增加和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，圍繞著如何解決汽油清潔化生 產(chǎn)的問題逐漸成為研究和討論的熱點。
[0003] 在強酸的作用下，以異構(gòu)烷烴（主要是異丁烷）和烯烴（c3-c5烯烴）為原料生成 烷基化油的技術(shù)為汽油的清潔化生產(chǎn)提供了可能。這種烷基化油具有較高的辛烷值和較低 的雷氏蒸汽壓（Reid vapor pressure)，其主要由飽和經(jīng)組成，且不含硫、氮、稀經(jīng)和芳經(jīng)等 物質(zhì)，因而被稱為清潔化汽油，是航空汽油和車用汽油理想的調(diào)和組分。烷基化技術(shù)按催化 劑形式可以分為液體酸烷基化和固體酸烷基化。目前，世界范圍內(nèi)約90%的烷基化產(chǎn)能是 由液體酸烷基化技術(shù)（硫酸法和氫氟酸法）提供的，雖然液體酸烷基化技術(shù)比較成熟，且具 有較好的反應(yīng)選擇性，但是也存在很多問題，比如液體酸烷基化過程都存在設(shè)備腐蝕嚴(yán)重 的問題。除此之外，對于硫酸法而言，其過程耗酸量巨大，大量的廢酸在運輸和處理上都存 在一定的安全隱患；對于氫氟酸法而言，由于氫氟酸具有較強的腐蝕性和毒性，而且容易揮 發(fā)，會對人體造成很大的傷害。因此，與之對比，采用固體酸作為催化劑，不僅不會對環(huán)境造 成污染，而且不存在設(shè)備腐蝕的問題，可以視為一種綠色的烷基化工藝技術(shù)，具有很好的發(fā) 展前景。但是在固體酸烷基化過程中，由于固體酸催化劑容易失活，為了保持一定的反應(yīng)活 性，需要進行頻繁的再生操作。因此，開發(fā)一種能夠?qū)崿F(xiàn)反應(yīng)和再生過程連續(xù)化的反應(yīng)器技 術(shù)，對推動固體酸烷基化技術(shù)發(fā)展來說是十分重要的。
[0004] 專利申請US7875754中公開了一種固定床固體酸烷基化工藝。該工藝中采用兩個 固定床反應(yīng)器交替操作，進而實現(xiàn)反應(yīng)和再生過程的連續(xù)化操作。該專利申請中提到的反 應(yīng)溫度在50-80°C，壓力在18-24bar，烯烴的質(zhì)量空速為0. 1-0. 3111，烷烯比為16:1-32:1， 烯烴的轉(zhuǎn)化率達98%左右。反應(yīng)器和再生器之間的操作周期相同，大致范圍在45min-2h， 采用氫氣對催化劑進行再生，為了防止在反應(yīng)器和再生器切換期間，烯烴和氫氣接觸反應(yīng)， 需要在切換期間停止烯烴和氫氣的進料，而反應(yīng)器和再生器之間需要進行物流置換，置換 時間大致在4-7min。因此，不能實現(xiàn)原料反應(yīng)與催化劑再生之間的連續(xù)化操作且操作不靈 活。
[0005] 專利申請CN1879956A中公開了一種流化床固體酸烷基化技術(shù)，該工藝技術(shù)主要 包括提升管反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器、環(huán)流再生器和移動床再生器。其中提升管反應(yīng)器中液速 范圍在0. l-3m/s，流化床反應(yīng)器中液速范圍在0. 26-7. 68cm/s。再生過程可根據(jù)再生時間 來確定再生反應(yīng)器的形式，如果再生的時間為幾秒到幾十秒，可單獨采用環(huán)流再生器。如果 再生時間為幾十秒到幾十分鐘，可單獨采用移動床再生器，并且再生液的液速為0. 2-3cm/ So
[0006] 專利申請CN1113906A中公開了一種流化床固體酸芳烴烷基化工藝技術(shù)，該工藝 過程主要包括液固上行反應(yīng)器、待生催化劑沉降返洗塔、液固并流向上再生器、再生后催化 劑沉降返洗塔。該專利申請中所用的催化劑粒徑在0. 05-0. 8_，反應(yīng)器和再生器中能夠 攜帶催化劑向上流動的液體液速是顆粒終端沉降速度的1-15倍，在沉降返洗塔內(nèi)，采用自 下向上流動的洗滌液對催化劑進行洗滌再生，洗滌液的流速為顆粒終端沉降速度的0. 5-5 倍。
[0007] 采用普通的固定床反應(yīng)器，催化劑失活后，要停工將整個固定床反應(yīng)器中的催化 劑進行高溫再生，生產(chǎn)周期短，難以實現(xiàn)連續(xù)操作。采用流化床反應(yīng)器雖然能實現(xiàn)催化劑反 應(yīng)和再生的連續(xù)操作，但是由于催化劑在反應(yīng)器中的流動，容易造成催化劑顆粒的磨損，縮 短催化劑的壽命。
[0008] 采用模擬移動床既能實現(xiàn)催化劑的反應(yīng)和再生的連續(xù)操作，而且不需要停工，同 時又避免了催化劑在反應(yīng)中的流動過程造成的磨損，是進行固體酸烷基化反應(yīng)比較理想的 反應(yīng)器形式。在模擬移動床中，可將固定相催化劑設(shè)想為是逆于物料移動方向運動，原料混 合物料在反應(yīng)工作區(qū)中部的某一點被連續(xù)輸入，選定兩個方向流動的流速的比率，料液自 入口處就分成逆向流動的兩部分，以進料入口為參考點，催化劑似乎邊反應(yīng)生成產(chǎn)品邊向 上移動，因此稱為"模擬移動床"。模擬移動床的生產(chǎn)能力和分離效率比固定床高，又可避免 移動床吸附劑磨損、碎片或粉塵堵塞設(shè)備或管道以及固體顆粒縫間的溝流。
[0009] 專利申請US005523503A中公開了一種并流模擬移動床固體酸烷基化技術(shù)，該技 術(shù)由三段反應(yīng)器組成，一段進行烷基化反應(yīng)，兩段進行催化劑再生。異構(gòu)烷烴在一個自循環(huán) 的固定床反應(yīng)器中在催化劑固體酸劑的作用下與烯烴反應(yīng)生成烷基化油。兩段催化劑再生 反應(yīng)器分為低溫液相再生反應(yīng)器和高溫蒸汽再生反應(yīng)器。低溫液相再生反應(yīng)器由一系列固 定床反應(yīng)器組成，通過不同步進時間在再生反應(yīng)器不同床層導(dǎo)入低溫再生介質(zhì)和抽出洗滌 催化劑后的介質(zhì)，實現(xiàn)催化劑和反應(yīng)器內(nèi)物流的并流模擬移動。低溫再生反應(yīng)器中的每一 個反應(yīng)器在催化劑再生后，均能導(dǎo)入反應(yīng)物料，成為烷基化反應(yīng)器；烷基化反應(yīng)器在催化劑 失活后，也將成為低溫液相再生反應(yīng)器的一部分。當(dāng)?shù)蜏匾合嘣偕荒芑謴?fù)催化劑活性時， 將反應(yīng)器內(nèi)的物料全部導(dǎo)出，導(dǎo)入高溫蒸汽，進行高溫蒸汽再生，該反應(yīng)器此時作為高溫蒸 汽再生反應(yīng)器使用。但是，該申請公開的是并流模擬移動床固體酸烷基化技術(shù)，物料間接觸 不夠充分，且反應(yīng)效率有待提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的用于固體酸烷基化的設(shè)備和方法存在的上 述缺陷，提供一種用于固體酸烷基化的模擬移動床反應(yīng)與再生裝置及一種用于固體酸烷基 化的原料反應(yīng)與催化劑再生的方法。
[0011] 因此，為了實現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種用于固體酸烷基化的模擬 移動床反應(yīng)與再生裝置，所述裝置包括原料與產(chǎn)物區(qū)、再生物料區(qū)、多路程控閥控制設(shè)備和 逆流模擬移動床反應(yīng)器，在多路程控閥控制設(shè)備的控制下，原料與產(chǎn)物區(qū)的原料導(dǎo)入逆流 模擬移動床反應(yīng)器中進行烷基化反應(yīng)，逆流模擬移動床反應(yīng)器中產(chǎn)生的烷基化反應(yīng)產(chǎn)物返 回至原料與產(chǎn)物區(qū)，再生物料區(qū)的催化劑再生介質(zhì)導(dǎo)入逆流模擬移動床反應(yīng)器中對催化劑 進行再生，逆流模擬移動床反應(yīng)器中催化劑再生后的物料返回至再生物料區(qū)。
[0012] 第二方面，本發(fā)明提供了一種用于固體酸烷基化的原料反應(yīng)與催化劑再生的方 法，所述原料反應(yīng)與催化劑再生在逆流模擬移動床反應(yīng)器中進行，所述逆流模擬移動床反 應(yīng)器包括至少兩個固定床反應(yīng)器，每個固定床反應(yīng)器包括至少一個催化劑床層，所述方法 包括：
[0013] (1)在T時刻，通過多路程控閥控制設(shè)備將來自原料與產(chǎn)物區(qū)的烷烴和烯烴的液 體混合物導(dǎo)入逆流模擬移動床反應(yīng)器的第Μ床層中進行烷基化反應(yīng)，反應(yīng)段包括i個床 層；
[0014] (2)在同一時刻T，從逆流模擬移動床反應(yīng)器的第M+i床層將含有烷基化油的液體 混合物抽出，并通過多路程控閥控制設(shè)備返回至原料與產(chǎn)物區(qū)，產(chǎn)油段包括j個床層；
[0015] (3)在同一時刻T，通過多路程控閥控制設(shè)備將來自再生物料區(qū)的催化劑緩和再 生介質(zhì)導(dǎo)入逆流模擬移動床反應(yīng)器的第M+i+j床層中對催化劑進行緩和再生，緩和再生段 包括k個床層；
[0016] (4)在同一時刻T，從逆流模擬移動床反應(yīng)器的第M+i+j+k床層將催化劑緩和再生 后的物料抽出，并通過多路程控閥控制設(shè)備返回至再生物料區(qū)，緩沖段包括q個床層；
[0017] (5)每經(jīng)過時間t后，所述反應(yīng)段、產(chǎn)油段、緩和再生段和緩沖段均向下移動一個 床層；
[0018] 待固定床反應(yīng)器中的催化劑失活后，將失活的固定床反應(yīng)器與其余的固定床反應(yīng) 器完全隔離，形成深度再生段并利用來自再生物料區(qū)的催化劑深度再生介質(zhì)對催化劑進行 深度再生，待深度再生完畢后，繼續(xù)用于所述反應(yīng)段、產(chǎn)油段、緩和再生段和緩沖段。
[0019] 本發(fā)明的用于固體酸烷基化的模擬移動床反應(yīng)與再生裝置中，逆流模擬移動床反 應(yīng)器由一系列包括若干催化劑床層的固定床反應(yīng)器組成，反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備安裝和操 作比較方便和靈活。通過多路程控閥控制設(shè)備在特定的時間將對應(yīng)的物料導(dǎo)入或抽出固定 床反應(yīng)器指定的床層，實現(xiàn)了靜止的催化劑模擬向上流動的效果，且物料間接觸充分，反應(yīng) 效率高。逆流模擬移動床反應(yīng)器連續(xù)的進行固體酸烷基化反應(yīng)和催化劑再生，不需要停工。 同時，催化劑在反應(yīng)器內(nèi)沒有實際流動，避免了催化劑磨損造成的催化劑損失、管道堵塞和 產(chǎn)品中存在細(xì)粉等問題。而且，氣液分離器和分餾塔的設(shè)置，能夠有效的分離產(chǎn)品、實現(xiàn)物 料的循環(huán)，提高原料的利用率。
[0020] 本發(fā)明的用于固體酸烷基化的原料反應(yīng)與催化劑再生的方法，采用逆流模擬移動 床實現(xiàn)了固體酸烷基化反應(yīng)、產(chǎn)物抽出、催化劑緩和再生和催化劑深度再生的連續(xù)平穩(wěn)運 行，大大提高了裝置操作運行的經(jīng)濟性。該方法既繼承了普通固定床反應(yīng)器工藝操作簡單， 催化劑磨損少的優(yōu)點，又兼顧了移動床反應(yīng)器催化劑利用率高，頻繁再生操作容易的特點。 將原料反應(yīng)和催化劑緩和再生與催化劑深度再生隔離，能有效的避免深度再生介質(zhì)進入反 應(yīng)系統(tǒng)，降低反應(yīng)收率，同時也能靈活的在高溫和低溫兩個區(qū)域進行操作，而不用停工，延 長了操作周期和裝置的壽命。采用多路程控閥控制系統(tǒng)進行催化劑床層中物料的切換，操 作靈活，工藝調(diào)整方便，不受裝置規(guī)模的限制，具有更好的操作彈性。
[0021] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的用于固體酸烷基化的模擬移動床反應(yīng)與再生裝置的一種實施方 式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖2為本發(fā)明的用于固體酸烷基化的模擬移動床反應(yīng)與再生裝置的另一種實施 方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖3為本發(fā)明實施例1中的多路程控閥控制設(shè)備的工作示意圖。
[0025] 附圖標(biāo)記說明
[0026] 1-3固定床反應(yīng)器；4多路程控閥控制設(shè)備；5烷烴儲罐；6烯烴儲罐；7緩和再生 液體儲罐；8再生氣體儲罐；9烷基化油儲罐；10氣液分離器；11分餾塔；12原料混合器；13 氣液混合閥；14再生氣體加熱器；