專利名稱：離子液體催化烷基化反應(yīng)工藝及反應(yīng)器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及烷基化反應(yīng)工藝及反應(yīng)器裝置，特別是用離子液體催化劑進(jìn)行異構(gòu)烷烴與烯烴烷基化反應(yīng)工藝，亦涉及超重力技術(shù)在化學(xué)反應(yīng)工程中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在石油煉制工業(yè)中，異丁烷與C3～C5烯烴的烷基化反應(yīng)工藝是一個生產(chǎn)清潔的、高辛烷值汽油組份的重要過程，得到的烷基化汽油是一種環(huán)保的石油煉制產(chǎn)品。目前工業(yè)上烷基化反應(yīng)所采用的催化劑主要為濃硫酸或氫氟酸等液體強酸。但這些液體強酸具有腐蝕性強、生產(chǎn)操作困難、產(chǎn)物后處理麻煩及存在嚴(yán)重的環(huán)境污染等問題。離子液體是一種在室溫下以液體形式存在的一種鹽，與傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑和電解質(zhì)相比，由于離子液體具有以液態(tài)存在的溫度范圍寬、不燃燒、不氧化、化學(xué)穩(wěn)定性好等一系列突出的優(yōu)點，近年來將其作為催化劑或溶劑在烷基化反應(yīng)中的應(yīng)用取得很好的效果。CN 1500764A公開了一種以復(fù)合離子液體為催化劑制備烷基化油劑的方法，該方法以異丁烷與C4烯烴為原料，復(fù)合離子液體催化劑陽離子來源于含烷基的胺的氫鹵化物或吡啶的氫鹵化物，而陰離子是兩種或兩種以上金屬化合物制得的復(fù)合陰離子，烷基化反應(yīng)在-20～100℃，壓力0.1～1.6MPa，原料烷烯比為1∶1-200∶1條件下進(jìn)行，反應(yīng)器選用常規(guī)高壓釜。CN1432627A公開了一種以室溫離子液體為催化劑，以異丁烷與烯烴為原料制備烷基化油劑的方法，其中所述室溫離子液體催化劑以含烷基的胺的氫鹵化物或吡啶的氫鹵化物與金屬鹵化物反應(yīng)制備；所述烷基化反應(yīng)在-20℃～+80℃范圍內(nèi)進(jìn)行，反應(yīng)壓力為0.1～1.6MPa，原料烷烯比1∶1-200∶1。所制備烷基化油劑的收率可以達(dá)到烯烴進(jìn)料體積的160～180％，烷基化油劑中C8所占比例可以達(dá)到60～80％，所用離子液體催化劑重復(fù)使用10次后烷基化油劑的產(chǎn)率和C8異構(gòu)烷烴的選擇性沒有下降，再生性能優(yōu)異。上述的專利中均是通過對離子液體的改進(jìn)來提高反應(yīng)收率，烷基化反應(yīng)工藝仍采用傳統(tǒng)的高壓釜反應(yīng)工藝，而離子液體催化異丁烷和丁烯烷基化反應(yīng)是典型的雙液相反應(yīng)，相間傳質(zhì)速率決定了宏觀反應(yīng)速率。此類反應(yīng)體系中，在兩相充分分散混合的情況下，烯烴能夠很快實現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化，如果反應(yīng)時間過長，開始形成的具有高辛烷值的三甲基戊烷(TMP)就會和強酸性的離子液體催化劑繼續(xù)接觸，會引起TMP向低辛烷值的DMH的異構(gòu)化。因此，采用常規(guī)高壓釜難以實現(xiàn)在獲得高轉(zhuǎn)化率的同時獲得高辛烷值的產(chǎn)品。而且，傳統(tǒng)釜反應(yīng)工藝實際操作時進(jìn)料中的烷/烯比和物料循環(huán)比較高，給分離造成困難。
超重力技術(shù)可以極大地強化傳質(zhì)過程，可以用于液-液相、液固相、氣液相的傳質(zhì)過程，近年來在化學(xué)工程領(lǐng)域的應(yīng)用研究取得重要進(jìn)展，特別是本申請人(北京化工大學(xué))提出的中國專利“超微顆粒的制備方法”(申請?zhí)?5105344.2)及“超細(xì)碳酸鈣的制備方法”(專利號95105343.4)等系列專利提出用超重力裝置進(jìn)行納米顆粒的化學(xué)合成，把超重力技術(shù)的應(yīng)用從分離、解析過程開拓到化學(xué)反應(yīng)過程。在“高堿值磺酸鈣清凈劑的制備方法”(申請?zhí)?004100378859)專利申請中，本申請人又把超重力技術(shù)應(yīng)用到中和反應(yīng)、碳酸化、轉(zhuǎn)相等較復(fù)雜反應(yīng)過程的高堿值磺酸鈣清凈劑制備過程，得到高品質(zhì)的磺酸鈣清凈劑。上述專利證明超重力技術(shù)改變了傳統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)工藝，在諸多的化學(xué)反應(yīng)過程中具有廣闊的開發(fā)應(yīng)用前景。因此，采用超重力技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在獲得高轉(zhuǎn)化率的同時獲得高辛烷值的產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種在超重力旋轉(zhuǎn)床裝置中完成離子液體催化異構(gòu)烷烴與烯烴液-液相烷基化反應(yīng)的工藝方法，可以極大地提高烷基化反應(yīng)速率，降低進(jìn)料中的烷/烯比和物料循環(huán)比，在獲得高轉(zhuǎn)化率的同時獲得高辛烷值的產(chǎn)品；本發(fā)明還提供了適宜烷基化反應(yīng)工藝的超重力旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器裝置。
本發(fā)明提出的烷基化反應(yīng)工藝方法液態(tài)的烷基化反應(yīng)原料和離子液體催化劑按照比例進(jìn)入超重力旋轉(zhuǎn)床，在旋轉(zhuǎn)的填料層中進(jìn)行烷基化反應(yīng)，進(jìn)料中離子液體與烷烯烴的體積比控制在0.1～1.5∶1，反應(yīng)過程中保持反應(yīng)物料中總的烷/烯摩爾比β＝10～300，反應(yīng)溫度為8～40℃，反應(yīng)壓力為0.3～1.0MPa，旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為100～2500rpm，物料在反應(yīng)器中的平均停留時間控制在≤1～10min，反應(yīng)后的產(chǎn)品和原料及離子液體進(jìn)行分離。
上述的反應(yīng)物料可以根據(jù)烷基化反應(yīng)的需要采用循環(huán)反應(yīng)方式，初始原料的烷/烯摩爾比為1∶1～8∶1，反應(yīng)后的部分物料，在通過混合器與新鮮離子液體混合后，返回旋轉(zhuǎn)填料層繼續(xù)與新鮮的反應(yīng)物料進(jìn)行混合，循環(huán)反應(yīng)時保持循環(huán)反應(yīng)物料與新鮮原料混合液中總的烷/烯比β＝10～300。
上述的反應(yīng)物料和催化劑是常規(guī)烷基化反應(yīng)體系，即以異丁烷與C3～C5烯烴為反應(yīng)物料，在酸性離子液體中反應(yīng)生成烷基化汽油。產(chǎn)物中的主要成分為辛烷值高的C8異構(gòu)烷烴。
上述的物料循環(huán)反應(yīng)方式，采用內(nèi)循環(huán)，即反應(yīng)后的部分物料，在通過混合器與新鮮離子液體混合后，從反應(yīng)器內(nèi)直接返回旋轉(zhuǎn)填料層繼續(xù)與新鮮的反應(yīng)物料進(jìn)行混合。
上述的物料循環(huán)反應(yīng)方式，采用外循環(huán)，即反應(yīng)后的部分物料，在通過混合器與新鮮離子液體混合后離開反應(yīng)器，在反應(yīng)器外進(jìn)行換熱后，返回旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器，在旋轉(zhuǎn)的填料層中繼續(xù)與新鮮的反應(yīng)物料進(jìn)行混合。
本發(fā)明還提供了適于上述反應(yīng)工藝的旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器裝置，該裝置包括反應(yīng)器殼體，殼體上有加料口及出料口，反應(yīng)器殼體內(nèi)裝有由轉(zhuǎn)子、填料層組成的旋轉(zhuǎn)填充床，其中有進(jìn)料管、料液噴頭，旋轉(zhuǎn)填充床位于殼體上部，殼體下部為儲液罐，在反應(yīng)器中心裝有攪拌裝置，可對儲液罐的反應(yīng)物料進(jìn)行攪拌，儲液罐與料液循環(huán)泵連接構(gòu)成旋轉(zhuǎn)床循環(huán)反應(yīng)器，循環(huán)泵的吸入管入口處連有混合器，混合器上開有烷烯料液吸入口和離子液體進(jìn)口，反應(yīng)后的部分料液和離子液體在混合器混合，循環(huán)泵的出料口連接旋轉(zhuǎn)填充床的進(jìn)料管，循環(huán)泵把混合后的料液送至旋轉(zhuǎn)填充床進(jìn)行循環(huán)反應(yīng)，在儲液罐上裝有液位控制計，控制料液的停留時間。
上述的循環(huán)泵出料口在反應(yīng)器內(nèi)部直接連接旋轉(zhuǎn)填充床進(jìn)料管，形成內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)，適合于反應(yīng)熱相對較小的反應(yīng)情況。
上述的循環(huán)泵出料口與旋轉(zhuǎn)填充床進(jìn)料管之間串接有位于反應(yīng)器外的換熱器部，形成外循環(huán)結(jié)構(gòu)，適合于反應(yīng)熱相對較大，需要換熱的反應(yīng)情況。
本發(fā)明提出超重力條件下離子液體催化異構(gòu)烷烴與烯烴烷基化的反應(yīng)工藝及反應(yīng)裝置，極大地提高了烷基化反應(yīng)速率，降低進(jìn)料中的烷/烯比和物料循環(huán)比，在獲得高轉(zhuǎn)化率的同時獲得高94～100的辛烷值的產(chǎn)品；生產(chǎn)過程中的能耗比傳統(tǒng)方法可降低20％～50％，且離子液體可以簡單地進(jìn)行分離而恢復(fù)催化活性，工藝過程不產(chǎn)生廢棄溶劑、廢水等污染物，是一種綠色環(huán)保、節(jié)能的工藝過程。


圖1本發(fā)明的工藝方法操作流程示意圖。
圖2本發(fā)明循環(huán)操作流程示意圖。
圖3本發(fā)明內(nèi)循環(huán)式旋轉(zhuǎn)床裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4本發(fā)明外循環(huán)式旋轉(zhuǎn)床裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
如圖2所示，用于本發(fā)明工藝方法的反應(yīng)裝置包括旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器1、烷烯泵2、烷烯罐3、冷凝器4、精餾塔5、分離罐6、催化劑罐7、催化劑泵8和換熱器9。其中旋轉(zhuǎn)床裝置反應(yīng)器的優(yōu)選結(jié)構(gòu)如圖3、圖4、所示，它包括電機(jī)10、反應(yīng)器殼體、由轉(zhuǎn)子、填料層組成的旋轉(zhuǎn)填充床、催化劑噴頭11、轉(zhuǎn)子12、催化劑進(jìn)料管13、液位控制計14、出液口15、烷烯進(jìn)料管17、烷烯噴頭18、加料口19及氮氣進(jìn)口20，其中，旋轉(zhuǎn)填充床位于反應(yīng)器殼體上部，殼體下部為儲液罐，在反應(yīng)器中心裝有攪拌裝置16，可對儲液罐的反應(yīng)物料進(jìn)行攪拌，防止物料在反應(yīng)器中分層而使得循環(huán)液的組成不均勻。為了實現(xiàn)反應(yīng)物料的循環(huán)反應(yīng)，可以把儲液罐與料液循環(huán)泵21連接構(gòu)成旋轉(zhuǎn)床循環(huán)反應(yīng)器，循環(huán)泵的吸入管入口處聯(lián)有混合器22，混合器上開有烷烯料液吸入口23和離子液體進(jìn)口24，反應(yīng)后的料液和離子液體在混合器混合，循環(huán)泵的出料口連接旋轉(zhuǎn)填充床的進(jìn)料管13，循環(huán)泵把混合后的料液送至旋轉(zhuǎn)填充床進(jìn)行循環(huán)反應(yīng)，在儲液罐上裝有液位控制計14，控制料液的停留時間。
當(dāng)上述的循環(huán)泵出料口在反應(yīng)器內(nèi)部直接連接旋轉(zhuǎn)填充床進(jìn)料管13，形成內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)(見圖2)，適合于反應(yīng)熱相對較小的反應(yīng)情況；當(dāng)上述的循環(huán)泵出料口與旋轉(zhuǎn)填充床進(jìn)料管13之間串接有位于反應(yīng)器外的換熱器部25，形成外循環(huán)結(jié)構(gòu)(見圖3)，適合于反應(yīng)熱相對較大，需要換熱的反應(yīng)。
上述混合器結(jié)構(gòu)優(yōu)選錐形混合吸口結(jié)構(gòu)(見圖3、圖4)，即循環(huán)泵吸料口為錐形口23，其中套有離子液體進(jìn)料管口22，循環(huán)泵將部分反應(yīng)料液和離子液體直接混合并泵入到旋轉(zhuǎn)填充床的進(jìn)料管13。
本發(fā)明的上述旋轉(zhuǎn)床裝置反應(yīng)器的儲液罐也可以不連接循環(huán)泵，構(gòu)成一次完成反應(yīng)的反應(yīng)器。
本發(fā)明在上述裝置中實現(xiàn)烷基化反應(yīng)，反應(yīng)方式可以采用循環(huán)或非循環(huán)方式，其中優(yōu)選的的循環(huán)反應(yīng)工藝過程為用烷烯泵2將烷烯罐3中的異丁烷和C3-C5烯烴的混合原料通過烷烯進(jìn)料管和烷烯噴頭噴入旋轉(zhuǎn)填充床，同時將催化劑罐7中的離子液體通過催化劑進(jìn)料管13和催化劑噴頭11噴入旋轉(zhuǎn)填充床，在旋轉(zhuǎn)填充床的填料層中進(jìn)行烷基化反應(yīng)，進(jìn)料中離子液體與新鮮原料體積比控制在0.1～1.5，初始原料的烷/烯摩爾比為1∶1～8∶1，循環(huán)反應(yīng)時保持反應(yīng)物料中總的烷/烯摩爾比β＝10～300，反應(yīng)溫度為8～40℃，反應(yīng)壓力為0.3～1.0MPa，旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為100～2500rpm，反應(yīng)后的料液被甩出并匯集到反應(yīng)器下部的儲液罐中，反應(yīng)后的部分物料，進(jìn)入混合器與新鮮離子液體混合后，返回旋轉(zhuǎn)填料層繼續(xù)與新鮮的反應(yīng)物料進(jìn)行混合，實現(xiàn)物料的循環(huán)反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)器中物料的體積達(dá)到一定的量后，開啟反應(yīng)器儲液罐的出口閥門，調(diào)節(jié)出口流量使物料體積保持一定，并控制物料在反應(yīng)器中的平均停留時間控制在≤1～10min，物料的停留時間由液位控制計控制，離開反應(yīng)器的物料進(jìn)入分離罐6進(jìn)行分離。分離罐底部分離出的離子液體泵回到催化劑罐7，進(jìn)行循環(huán)使用。在分離罐上部分離出的烷基化油和異丁烷進(jìn)入精餾塔5，精餾塔塔頂分離出的異丁烷由泵打回異丁烷儲罐，循環(huán)使用。塔底得到產(chǎn)物-烷基化油。
上述反應(yīng)物料的循環(huán)反應(yīng)，可以采取內(nèi)循環(huán)方式即反應(yīng)后的部分物料，在通過混合器22與新鮮離子液體混合后，從反應(yīng)器內(nèi)直接泵入催化劑進(jìn)料管13，返回旋轉(zhuǎn)填料層繼續(xù)與新鮮的反應(yīng)物料進(jìn)行混合、反應(yīng)，內(nèi)循環(huán)方式適合于反應(yīng)熱相對較小的反應(yīng)情況；上述反應(yīng)物料的循環(huán)反應(yīng)，可以采取外循環(huán)方式反應(yīng)后的部分物料與新鮮離子液體在混合器混合，混合后離開反應(yīng)器，在反應(yīng)器外的換熱器部25中進(jìn)行換熱后，泵入催化劑進(jìn)料管13，返回旋轉(zhuǎn)的填料層中繼續(xù)與新鮮的反應(yīng)物料進(jìn)行混合。
本發(fā)明的工藝方法的實施也可以采用非循環(huán)方式(見圖1)，原料的烷/烯摩爾比為β＝10～300，當(dāng)反應(yīng)器中物料的體積達(dá)到一定的量后，開啟反應(yīng)器儲液罐的出口閥門，調(diào)節(jié)出口流量使物料體積保持一定，并通過液位控制計14將物料在反應(yīng)器中的平均停留時間控制在≤1～10min，離開反應(yīng)器的物料全部進(jìn)入分離罐6進(jìn)行分離。非循環(huán)方式適于停留時間要求短的情況。
下面通過實施例對上述的實施方式進(jìn)一步說明。
實施例1按圖1所示流程進(jìn)行非循環(huán)式烷基化反應(yīng)。用氮氣將反應(yīng)體系充壓至0.5MPa，用烷烯泵2將烷烯罐3中的異丁烷和2-丁烯、1-丁烯和異丁烯的混合原料通過烷烯進(jìn)料管17和烷烯噴頭18噴入旋轉(zhuǎn)填充床，原料烷烯的體積流率為80L/h，原料中烷烯的摩爾比為150∶1。同時將催化劑罐7中的離子液體通過催化劑進(jìn)料管13和催化劑噴頭11噴入旋轉(zhuǎn)床，離子液體和反應(yīng)原料進(jìn)料速率(體積)比為0.5。離子液體與反應(yīng)原料在旋轉(zhuǎn)床填料層中相互混合并發(fā)生反應(yīng)，之后被甩出并匯集到反應(yīng)器中，當(dāng)反應(yīng)器中物料的體積達(dá)到一定的量后，開啟反應(yīng)器出口閥門，調(diào)節(jié)出口流量使物料體積保持一定，并通過液位控制計14控制物料在反應(yīng)體系中的停留時間為1min。離開反應(yīng)器的物料進(jìn)入分離罐6進(jìn)行分離。分離罐底部分離出的離子液體泵回到催化劑罐7，進(jìn)行循環(huán)使用。在分離罐上部分離出的烷基化油和異丁烷進(jìn)入精餾塔5，精餾塔塔頂分離出的異丁烷由泵打回異丁烷儲罐，循環(huán)使用。塔底得到產(chǎn)物-烷基化油。反應(yīng)溫度控制在25℃，旋轉(zhuǎn)床的轉(zhuǎn)速控制在1200rpm。所用催化劑為室溫酸性離子液體，是以含烷基的胺的氫鹵化物或吡啶的氫鹵化物與金屬鹵化物反應(yīng)制備，所述含烷基的胺的鹵化物或吡啶的氫鹵化物的氮原子被四個取代基飽和，并且其中至少有一個是氫原子和至少一個烷基取代基，金屬鹵化物選自鋁、銅、鐵和鋅的氯化物。所得烷基化油的辛烷值為95.5(研究法辛烷值)。
實施例2按圖2所示流程進(jìn)行物料內(nèi)循環(huán)烷基化反應(yīng)。用氮氣將反應(yīng)體系充壓至0.4MPa，將催化劑罐7中的離子液體通過加料口19打入反應(yīng)器中，當(dāng)達(dá)到一定的液位后開啟循環(huán)泵21，烷烯泵2將烷烯罐3中的異丁烷和2-丁烯、1-丁烯和異丁烯的混合原料通過烷烯進(jìn)料管17和烷烯噴頭18噴入旋轉(zhuǎn)床，原料的體積流率為80L/h，離子液體和反應(yīng)原料進(jìn)料速率(體積)比為0.25∶1。離子液體與反應(yīng)原料在填料層中相互混合并發(fā)生反應(yīng)。之后被甩出并匯集到反應(yīng)器中，反應(yīng)器中的部分物料由循環(huán)泵吸入至錐形混合器22，在錐形混合器中與來自催化劑罐7的離子液體混合，混合后的料液通過與泵出料口連接的旋轉(zhuǎn)填充床進(jìn)料管，從反應(yīng)器內(nèi)部直接泵入旋轉(zhuǎn)填料層進(jìn)行循環(huán)反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)器中物料的體積達(dá)到一定的量后，開啟反應(yīng)器出口閥門，調(diào)節(jié)出口流量使物料體積保持一定，并通過液位控制計14控制物料在反應(yīng)體系中的停留時間為5min?？刂蒲h(huán)液的流量使得循環(huán)液與新鮮原料混合液中總的烷/烯比(摩爾比)β＝100。離開反應(yīng)器的物料進(jìn)入分離罐6進(jìn)行分離。分離罐底部分離出的離子液體泵回到催化劑罐7，進(jìn)行循環(huán)使用。在分離罐上部分離出的烷基化油和異丁烷進(jìn)入精餾塔5，精餾塔塔頂分離出的異丁烷由泵打回異丁烷儲罐，循環(huán)使用。塔底得到產(chǎn)物-烷基化油。反應(yīng)溫度控制在15℃，旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速控制在900rpm，新鮮反應(yīng)原料中烷烯的摩爾比為3∶1。所用離子液體與實施例1相同。所得烷基化油的辛烷值為95.7(研究法辛烷值)。
實施例3按圖2所示流程進(jìn)行外循環(huán)式烷基化反應(yīng)。用氮氣將反應(yīng)體系充壓至0.5MPa，將催化劑罐7中的離子液體通過加料口19打入反應(yīng)器中，當(dāng)達(dá)到一定的液位后開啟循環(huán)泵21，烷烯泵2將烷烯罐3中的異丁烷和2-丁烯、1-丁烯和異丁烯的混合原料通過烷烯進(jìn)料管17和烷烯噴頭18噴入旋轉(zhuǎn)床，原料的體積流率為80L/h，離子液體和反應(yīng)原料進(jìn)料速率(體積)比為0.25。離子液體與反應(yīng)原料在填料層中相互混合并發(fā)生反應(yīng)。之后被甩出并匯集到反應(yīng)器中，反應(yīng)器中的部分物料由循環(huán)泵吸入至錐形混合器22，在錐形混合器中與來自離子罐的離子液體混合，混合后的料液由泵抽離反應(yīng)器，在反應(yīng)器外的換熱器25中進(jìn)行換熱后，泵入催化劑進(jìn)料管13，返回旋轉(zhuǎn)的填料層中繼續(xù)與新鮮的反應(yīng)物料進(jìn)行混合。當(dāng)反應(yīng)器中物料的體積達(dá)到一定的量后，開啟反應(yīng)器出口閥門，調(diào)節(jié)出口流量使物料體積保持一定，并控制物料在反應(yīng)體系中的停留時間為2min。控制循環(huán)液的流量使得循環(huán)液與新鮮原料混合液中總的烷/烯比(摩爾比)β＝100。離開反應(yīng)器的物料進(jìn)入分離罐6進(jìn)行分離。分離罐底部分離出的離子液體泵回到催化劑罐7，進(jìn)行循環(huán)使用。在分離罐上部分離出的烷基化油和異丁烷進(jìn)入精餾塔5，精餾塔塔頂分離出的異丁烷由泵打回異丁烷儲罐，循環(huán)使用。塔底得到產(chǎn)物-烷基化油。反應(yīng)溫度控制在25℃，旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速控制在1000rpm。進(jìn)入到旋轉(zhuǎn)床的新鮮反應(yīng)原料中烷烯的摩爾比為3∶1。所用離子液體與實施例1相同。所得烷基化油的辛烷值為96.2(研究法辛烷值)。
實施例4操作方式和操作流程與實施例3相同，原料液中烷/烯比為5∶1，體積流率為80L/h，離子液體與新鮮原料的體積比為0.5∶1，控制循環(huán)液的流量使得循環(huán)液與新鮮原料混合液中總的烷/烯比(摩爾比)β＝150。反應(yīng)溫度為15℃，壓力為0.4MPa，物料在反應(yīng)器中的停留時間控制在8min，旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速控制在800rpm，所用離子液體與實施例1相同。所得產(chǎn)品的辛烷值為97(研究法辛烷值)。
實施例5操作方式和操作流程與實施例3相同，原料液中烷/烯比為2∶1，體積流率為80L/h，離子液體與新鮮原料的體積比為1∶1，控制循環(huán)液的流量使得循環(huán)液與新鮮原料混合液中總的烷/烯比(摩爾比)β＝10。反應(yīng)溫度為8℃，壓力為0.3MPa，物料在反應(yīng)器中的停留時間控制在3min，旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速控制在1800rpm，所用離子液體與實施例1相同。所得產(chǎn)品的辛烷值為95.2(研究法辛烷值)。
實施例6操作條件與實施例4相同，但所用離子液體為復(fù)合酸性離子液體，陽離子來源于含烷基的胺的氫鹵化物或吡啶的氫鹵化物，而陰離子是兩種或兩種以上金屬化合物制得的復(fù)合陰離子。所得產(chǎn)品的辛烷值為95.5(研究法辛烷值)。
實施例7操作方式和操作流程與實施例2相同，原料液中烷/烯比為8∶1，體積流率為80L/h，離子液體與新鮮原料的體積比為1∶1，反應(yīng)溫度為25℃，壓力為0.5MPa，物料在反應(yīng)器中的停留時間控制在3min，旋轉(zhuǎn)床的轉(zhuǎn)速為2500rpm，控制循環(huán)液的流量使得循環(huán)液與新鮮原料混合液中總的烷/烯比(摩爾比)β＝300。所用離子液體與實施例1相同。所得烷基化油的辛烷值為96.4(研究法辛烷值)。
實施例8操作方式和操作流程與實施例3相同，原料液中烷/烯比為8∶1，體積流率為80L/h，離子液體與新鮮原料的體積比為0.1∶1，控制循環(huán)液的流量使得循環(huán)液與新鮮原料混合液中總的烷/烯比(摩爾比)β＝300。反應(yīng)溫度為35℃，壓力為0.7MPa，物料在反應(yīng)器中的停留時間控制在10min，旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速控制在100rpm，所用離子液體與實施例1相同。所得烷基化油的辛烷值為96.0(研究法辛烷值)。
實施例9操作方式和操作流程與實施例3相同，原料液中烷/烯比為1∶1，體積流率為80L/h，離子液體與新鮮原料的體積比為1.5∶1，控制循環(huán)液的流量使得循環(huán)液與新鮮原料混合液中總的烷/烯比(摩爾比)β＝200。反應(yīng)溫度為40℃，壓力為1.0Pa，物料在反應(yīng)器中的停留時間控制在1min，旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速控制在2500rpm，所用離子液體與實施例1相同。
所得產(chǎn)品的辛烷值為95.0(研究法辛烷值)。
實施例10操作方式和操作流程與實施例1相同，原料液中烷/烯比為300∶1，體積流率為80L/h，離子液體與新鮮原料的體積比為1.5∶1，反應(yīng)溫度為8℃，壓力為0.3MPa，物料在反應(yīng)器中的停留時間控制在10min，旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速控制在2500rpm，所用離子液體與實施例1相同。
所得產(chǎn)品的辛烷值為96.2(研究法辛烷值)。
實施例11操作方式和操作流程與實施例1相同，原料液中烷/烯比為10∶1，體積流率為80L/h，離子液體與新鮮原料的體積比為0.1∶1，反應(yīng)溫度為40℃，壓力為1.0MPa，物料在反應(yīng)器中的停留時間控制在5min，旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速控制在100rpm，所用離子液體與實施例1相同。
所得產(chǎn)品的辛烷值為94.0(研究法辛烷值)。
實施例12操作方式和操作流程與實施例2相同，原料液中烷/烯比為1∶1，體積流率為80L/h，離子液體與新鮮原料的體積比為0.667∶1，反應(yīng)溫度為40℃，壓力為1.0MPa，物料在反應(yīng)器中的停留時間控制在8min，旋轉(zhuǎn)床的轉(zhuǎn)速為100rpm，控制循環(huán)液的流量使得循環(huán)液與新鮮原料混合液中總的烷/烯比(摩爾比)β＝10，所用離子液體與實施例1相同。
所得產(chǎn)品的辛烷值為94.2(研究法辛烷值)。
權(quán)利要求
1.一種離子液體催化烷基化反應(yīng)工藝，其特征在于異構(gòu)烷烴與烯烴液態(tài)反應(yīng)原料和離子液體催化劑按比例進(jìn)入旋轉(zhuǎn)床，在旋轉(zhuǎn)的填料層中進(jìn)行烷基化反應(yīng)，進(jìn)料中離子液體與烷烯烴的體積比控制在0.1～1.5∶1，反應(yīng)過程中保持反應(yīng)物料中總的烷/烯摩爾比β＝10～300，反應(yīng)溫度為8～40℃，反應(yīng)壓力為0.3～1.0MPa，旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為100～2500rpm，物料在反應(yīng)器中的平均停留時間控制在≤1～10min，反應(yīng)后的產(chǎn)品和原料及離子液體進(jìn)行分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)工藝，其特征在于反應(yīng)物料采用循環(huán)反應(yīng)方式，初始原料的烷/烯摩爾比為1∶1～8∶1，循環(huán)反應(yīng)時保持循環(huán)反應(yīng)物料與新鮮原料混合液中總的烷/烯摩爾比β＝10～300。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)工藝，其特征在于循環(huán)反應(yīng)方式為內(nèi)循環(huán)，即反應(yīng)后的部分物料，在通過混合器與新鮮離子液體混合后，從反應(yīng)器內(nèi)直接返回旋轉(zhuǎn)填料層繼續(xù)與新鮮的反應(yīng)物料進(jìn)行混合、反應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)工藝，其特征在于循環(huán)反應(yīng)方式為外循環(huán)，即反應(yīng)后的部分物料，在通過混合器與新鮮離子液體混合后離開反應(yīng)器，在反應(yīng)器外進(jìn)行換熱后返回旋轉(zhuǎn)的填料層中繼續(xù)與反應(yīng)物料進(jìn)行混合、反應(yīng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)工藝，其特征在于所述的異構(gòu)烷烴為異丁烷，異構(gòu)烯烴為C3～C5烯烴或它們的混合物。
6.一種用于權(quán)利要求1的離子液體催化烷基化反應(yīng)工藝的反應(yīng)器裝置，包括反應(yīng)器殼體、殼體上有加料口及出料口，反應(yīng)器殼體內(nèi)有由轉(zhuǎn)子、填料層組成的旋轉(zhuǎn)填充床，其中有進(jìn)料管、料液噴頭，其特征在于，旋轉(zhuǎn)填充床位于殼體上部，殼體下部為儲液罐，在反應(yīng)器中心裝有攪拌裝置，儲液罐與料液循環(huán)泵連接構(gòu)成旋轉(zhuǎn)床循環(huán)反應(yīng)器，循環(huán)泵的吸入管入口處連有混合器，混合器上開有烷烯料液吸入口和離子液體進(jìn)口，反應(yīng)后的料液和離子液體在混合器混合，循環(huán)泵的出料口連接旋轉(zhuǎn)填充床的進(jìn)料管，循環(huán)泵把混合后的料液送至旋轉(zhuǎn)填充床進(jìn)行循環(huán)反應(yīng)，在儲液罐上裝有液位控制計，控制料液的停留時間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的反應(yīng)器裝置，其特征在于循環(huán)泵出料口在反應(yīng)器內(nèi)部直接連接旋轉(zhuǎn)填充床的進(jìn)料管，形成內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的反應(yīng)器裝置，其特征在于循環(huán)泵出料口與旋轉(zhuǎn)填充床進(jìn)料管之間串接有位于反應(yīng)器外的換熱器，形成外循環(huán)結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的反應(yīng)器裝置，其特征在于所述的混合器為錐形混合吸口，即循環(huán)泵吸料口為錐形口，其中套有離子液體進(jìn)料管口，循環(huán)泵將部分反應(yīng)料液和離子液體直接混合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種離子液體催化烷基化反應(yīng)工藝及反應(yīng)器裝置，異丁烷與C3～C5烯烴和離子液體催化劑在旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，進(jìn)料中離子液體與烷烯烴的體積比控制在0.1～1.5∶1，反應(yīng)過程中保持反應(yīng)物料中總的烷/烯摩爾比β＝10～300，反應(yīng)溫度為8～40℃，反應(yīng)壓力為0.3～1.0MPa，旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為100～2500rpm，物料在反應(yīng)器中的平均停留時間控制在≤1～10min。本發(fā)明提高了烷基化反應(yīng)的選擇性，烷基化產(chǎn)品的辛烷值可達(dá)94～100，同時，生產(chǎn)操作簡便，成本降低，且對環(huán)境不造成污染，利于環(huán)保。
文檔編號B01J8/08GK1907924SQ20051008883
公開日2007年2月7日 申請日期2005年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月2日
發(fā)明者陳建峰, 鄒海魁, 初廣文, 邵磊, 陳標(biāo)華 申請人:北京化工大學(xué)