一種使用多級循環(huán)流反應(yīng)器制備烷基化油的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及石油化工領(lǐng)域烷基化油的制備工藝，特別是采用濃硫酸作為催化劑制 備烷基化油的方法。具體為一種使用多級循環(huán)流反應(yīng)器制備烷基化油的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 烷基化油（主要包含三甲基戊烷TMP和二甲基己烷DMH)是烷烴與烯烴烷基化反 應(yīng)的主要產(chǎn)物，具有辛烷值高、敏感度好、蒸汽壓低、沸點范圍寬、燃燒熱值高，幾乎不含芳 烴、硫和烯烴，不污染環(huán)境等優(yōu)點，因此是一種最為理想的清潔汽油。隨著汽車工業(yè)的飛速 發(fā)展以及人類對環(huán)境保護(hù)的日益重視，世界各國對成品油都做出了更為嚴(yán)格的規(guī)定，限制 車用汽油中芳烴含量、烯烴含量、蒸汽壓等指標(biāo)，無鉛高辛烷值汽油的需求量不斷增加，烷 基化油成為新配方汽油的理想組分受到社會的廣泛關(guān)注。
[0003] 烷基化反應(yīng)是石油煉制工業(yè)的重要過程之一，主要有硫酸法烷基化技術(shù)和氫氟酸 法烷基化技術(shù)，在硫酸和氫氟酸催化劑的作用下，異丁烷與丁烯反應(yīng)得到烷基化油。目前國 內(nèi)新建裝置多采用硫酸烷基化工藝。傳統(tǒng)的硫酸法烷基化工藝反應(yīng)器均設(shè)有至少一個大功 率攪拌器進(jìn)行油酸混合，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪使反應(yīng)器內(nèi)部的物流由于葉輪吸力、線速度差等 造成一些流體的空穴，從而使硫酸和烴類獲得比較好的分散和混合，但是大功率攪拌器的 存在導(dǎo)致整個工藝流程能耗高，宜泄露，不容易連續(xù)生產(chǎn)，操作環(huán)境差等缺點。
[0004] 發(fā)明US7652187公開了一種C3 - C5烯烴與異丁烷的硫酸烷基化反應(yīng)方法，取消 傳統(tǒng)的機械攪拌方式，采用噴射器對反應(yīng)物料和催化劑進(jìn)行混合并反應(yīng)，但硫酸烷基化反 應(yīng)過程中硫酸與烴類物料的密度差較大，噴射混合的效果需要進(jìn)一步提高。
[0005] US5785933公開了一種硫酸作為催化劑的烷基化反應(yīng)器系統(tǒng)，反應(yīng)器內(nèi)部通過設(shè) 置擋板和切向高置的多個注射管道入口，使烴類和催化劑在反應(yīng)器內(nèi)形成混合攪拌，從而 取消機械運動部件。該技術(shù)利用靜態(tài)混合器的原理設(shè)計了硫酸催化烷基化反應(yīng)器，但是混 合效果需要進(jìn)一步提高。
[0006] 專利CN101104570A公開了一種烷基化反應(yīng)系統(tǒng)。反應(yīng)器內(nèi)部是一個由分散混合 器組成的靜態(tài)混合體系。分散混合器包含金屬絲網(wǎng)和含有空隙空間大于50%體積的規(guī)整填 料。反應(yīng)物依靠規(guī)整填料的自身壓降使烴類氣化維持反應(yīng)溫度。該工藝和US5785933類似 都是采用靜態(tài)混合器的原理使得硫酸和烴類混合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種使用多級循環(huán)流反應(yīng)器制備烷基化油的工藝，該工藝具 有工藝流程短、操作彈性大、能耗低等特點，特別適用于異丁烷和異丁烯在硫酸作為催化 劑，生產(chǎn)高辛烷值烷基化油的過程。
[0008] 為了解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)實現(xiàn)的：
[0009] -種使用多級循環(huán)流反應(yīng)器制備烷基化油的方法，分為反應(yīng)和壓縮兩個工段；在 反應(yīng)工段中使用多級循環(huán)流反應(yīng)器；壓縮工段為在反應(yīng)器頂部排出的氣相出口設(shè)置氣體壓 縮機。
[0010]多級循環(huán)流反應(yīng)器包括殼體、導(dǎo)流筒、內(nèi)套筒、油酸分離段、內(nèi)套筒規(guī)整填料和液 烴分布器；反應(yīng)器中內(nèi)套筒和上下相鄰的導(dǎo)流筒組成一級反應(yīng)段，由2~6級反應(yīng)段組成， 油酸分離段位于多級反應(yīng)段的上部。
[0011] 反應(yīng)器設(shè)置有氣體C4進(jìn)料口、液烴進(jìn)料口、新鮮硫酸進(jìn)料口、廢酸出料口、C4氣相 出口和烷基化油出口；C4氣相出口和廢酸出料口分別位于頂部和底部封頭處，氣相C4進(jìn)料 口位于反應(yīng)器底部，液烴進(jìn)料口位于導(dǎo)流筒上的內(nèi)套筒內(nèi)，新鮮硫酸進(jìn)料口位于油酸分離 段底部，烷基化油出口位于油酸分離段底部。
[0012] 所述的反應(yīng)器中內(nèi)套筒的流道面積占?xì)んw流道面積的25%~75%。
[0013] 所述的反應(yīng)器中每一級反應(yīng)段的內(nèi)套筒內(nèi)都裝有規(guī)整填料。
[0014] 所述的反應(yīng)器中導(dǎo)流筒為圓臺式結(jié)構(gòu)，其側(cè)面與底面的夾角為45°~60°，上下 底面的直徑比在0. 3~0. 6,導(dǎo)流筒下底面與殼體的間隙為5~30mm。
[0015] 反應(yīng)器的壓力為I. 1~2. Obar。反應(yīng)器的操作溫度為5~13°C。
[0016] 硫酸和丁烯質(zhì)量進(jìn)料的比值為0. 2~0. 8 :1。
[0017] 上述氣體壓縮機產(chǎn)生的氣相C4的壓力在3~5bar。
[0018] 所述的烷基化反應(yīng)器中每一級反應(yīng)段的內(nèi)套筒內(nèi)都裝有規(guī)整填料；
[0019] 催化劑硫酸從新鮮硫酸進(jìn)料口進(jìn)入，在反應(yīng)器內(nèi)完成催化作用后從反應(yīng)器底部的 廢酸出料口采出；液相C4烴在反應(yīng)器下部不同高度處的液烴進(jìn)料口經(jīng)液烴分布器進(jìn)入反 應(yīng)器；氣相C4烴由反應(yīng)器底部的氣相C4進(jìn)料口進(jìn)入反應(yīng)器。在反應(yīng)器內(nèi)，氣相C4自下而 上運動，硫酸自上向下運動。對于每一級反應(yīng)段內(nèi)套筒內(nèi)的氣相C4烴含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于內(nèi)套筒 和殼體間的氣相含量，這樣就在內(nèi)套筒內(nèi)外形成壓力差，使得濃硫酸和液相反應(yīng)物料隨著 氣相C4烴在內(nèi)套筒內(nèi)向上運動，在內(nèi)套筒與殼體之間向下流動，形成內(nèi)部循環(huán)流。在內(nèi)套 筒規(guī)整填料的作用下，濃硫酸和液相反應(yīng)物充分接觸混合，并發(fā)生烷基化反應(yīng)，生成的烷 基化油和未反應(yīng)完全的液相C4烴在氣相C4的攜帶下，在反應(yīng)器上部的油酸分離段富集并 采出。本反應(yīng)為放熱反應(yīng)，控制反應(yīng)器的壓力為I. 1~2. Obar (絕壓，下同），反應(yīng)熱以C4 蒸發(fā)的形式在頂部移出，催化劑廢硫酸從反應(yīng)器底部廢酸出料口采出。
[0020] 在壓縮工段的使用主要設(shè)備為氣體壓縮機，在反應(yīng)器頂部排出的氣相設(shè)置氣體壓 縮機，因0.在反應(yīng)器頂部排出的氣相C4壓力較低，無法進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)，必須將該股氣相C4 壓縮增壓。壓縮后的氣相C4 一部分返回循環(huán)流反應(yīng)器作為濃硫酸和液相反應(yīng)物料混合的 動力，一部分返回C4烷烴儲罐。
[0021] 所述的烷基化油制備工藝中，烷基化反應(yīng)器的操作溫度為5~13°C，反應(yīng)熱通過 C4蒸發(fā)的形式移出。
[0022] 所述的烷基化油制備工藝中，新鮮硫酸和丁烯質(zhì)量進(jìn)料的比值為0. 2~0. 8 :1。
[0023] 所述壓縮工段產(chǎn)生的氣相C4的壓力在3~5bar (絕壓，下同），該氣相C4 一部分 返回至烷基化反應(yīng)器內(nèi)作為濃硫酸和液相反應(yīng)物料混合的動力，一部分返回C4烷烴儲罐。
[0024] 對比于傳統(tǒng)工藝，本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0025] 1.本工藝采用多級循環(huán)流反應(yīng)器作為烷基化反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)部硫酸和反應(yīng)物 料充分接觸混合，不僅提高烷基化油質(zhì)量而且降低硫酸的使用量。
[0026] 2.本工藝使用多級循環(huán)流反應(yīng)器，取消了大功率攪拌器，節(jié)能效果顯著，沒有轉(zhuǎn)動 部件降低了泄露的可能性，保證裝置的低耗長周期平穩(wěn)運行。
[0027] 3.本工藝的主要設(shè)備有多級循環(huán)流反應(yīng)器和C4壓縮機，設(shè)備少，工藝流程短，減 少設(shè)備投資。
[0028] 4.本工藝將傳統(tǒng)的烷基化反應(yīng)器由臥式改為立式，占地面積小。
【附圖說明】
[0029] 圖1-多級循環(huán)流反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖；
[0030] 其中：A-多級循環(huán)流反應(yīng)器；B-C4壓縮機；C-殼體；D-導(dǎo)流筒；E-內(nèi)套筒；F-內(nèi)套 筒規(guī)整填料；G-液烴分布器；H-氣相C4進(jìn)料口； I-液烴進(jìn)料口 ；J-C4氣相出口；K-新鮮硫 酸進(jìn)料口；L-廢酸出料口；M-烷基化油出口；N-油酸分離段。
[0031] 圖2-工藝流程圖；
[0032] 流股：1-液相C4烷烴；2-常溫液相C4烯烴；3-氣相C4 ;4_氣相C4返回；5-氣相 C4進(jìn)料；6-烷基化油；7-新鮮硫酸；8-廢硫酸。
【具體實施方式】
[0033] 下面結(jié)合附圖1和2進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0034] 一種使用多級循環(huán)流反應(yīng)器制備烷基化油的方法，其主要目的采用多級循環(huán)流反 應(yīng)器作為烷基化反應(yīng)器生產(chǎn)烷基化油。這主要是通過以下工藝實現(xiàn)的：
[0035] 在反應(yīng)工段中使用多級循環(huán)流反應(yīng)器；烷基化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)由殼體、導(dǎo)流筒、內(nèi)套 筒、