用于固體酸烷基化的模擬移動(dòng)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(dòng)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(yùn)輸燃料，汽油作為一種重要的運(yùn)輸燃 料，被廣泛的應(yīng)用于交通運(yùn)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(zhǎng) 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(wèn)題逐漸成為研究和討論的熱點(diǎn)。
[0003] 在強(qiáng)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(chēng)為清潔化汽油，是航空汽油和車(chē)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(wèn)題，比如液體酸烷基化過(guò)程都存在設(shè)備腐蝕嚴(yán)重 的問(wèn)題。除此之外，對(duì)于硫酸法而言，其過(guò)程耗酸量巨大，大量的廢酸在運(yùn)輸和處理上都存 在一定的安全隱患；對(duì)于氫氟酸法而言，由于氫氟酸具有較強(qiáng)的腐蝕性和毒性，而且容易揮 發(fā)，會(huì)對(duì)人體造成很大的傷害。因此，與之對(duì)比，采用固體酸作為催化劑，不僅不會(huì)對(duì)環(huán)境造 成污染，而且不存在設(shè)備腐蝕的問(wèn)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(guò)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(jìn)行頻繁的再生操作。因此，開(kāi)發(fā)一種能夠?qū)崿F(xiàn)反應(yīng)和再生過(guò)程連續(xù)化的反應(yīng)器技 術(shù)，對(duì)推動(dòng)固體酸烷基化技術(shù)發(fā)展來(lái)說(shuō)是十分重要的。
[0004] 專(zhuān)利申請(qǐng)US7875754中公開(kāi)了一種固定床固體酸烷基化工藝。該工藝中采用兩個(gè) 固定床反應(yīng)器交替操作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)反應(yīng)和再生過(guò)程的連續(xù)化操作。該專(zhuān)利申請(qǐng)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(dá)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(duì)催化劑進(jìn)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(jìn)料，而反應(yīng)器和再生器之間需要進(jìn)行物流置換，置換 時(shí)間大致在4-7min。因此，不能實(shí)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(zhuān)利申請(qǐng)CN1879956A中公開(kāi)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(dòng)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(guò)程可根據(jù)再生時(shí)間 來(lái)確定再生反應(yīng)器的形式，如果再生的時(shí)間為幾秒到幾十秒，可單獨(dú)采用環(huán)流再生器。如果 再生時(shí)間為幾十秒到幾十分鐘，可單獨(dú)采用移動(dòng)床再生器，并且再生液的液速為0. 2-3cm/ So
[0006] 專(zhuān)利申請(qǐng)CN1113906A中公開(kāi)了一種流化床固體酸芳烴烷基化工藝技術(shù)，該工藝 過(guò)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(zhuān)利申請(qǐng)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(dòng)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(dòng)的洗滌液對(duì)催化劑進(jìn)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，催化劑壽命短，失活后要停工將整個(gè)固定床反應(yīng)器中 的催化劑進(jìn)行高溫再生，生產(chǎn)周期短，難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作。采用流化床反應(yīng)器雖然能實(shí)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(dòng)，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(dòng)床既能實(shí)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(shí)又避免了催化劑在反應(yīng)中的流動(dòng)過(guò)程造成的磨損，是進(jìn)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(dòng)床中，可將固定相催化劑設(shè)想為是逆于物料移動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)，原料混 合物料在反應(yīng)工作區(qū)中部的某一點(diǎn)被連續(xù)輸入，選定兩個(gè)方向流動(dòng)的流速的比率，料液自 入口處就分成逆向流動(dòng)的兩部分，以進(jìn)料入口為參考點(diǎn)，催化劑似乎邊反應(yīng)生成產(chǎn)品邊向 上移動(dòng)，因此稱(chēng)為"模擬移動(dòng)床"。模擬移動(dòng)床的生產(chǎn)能力和分離效率比固定床高，又可避免 移動(dòng)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(zhuān)利申請(qǐng)US005523503A中公開(kāi)了一種并流模擬移動(dòng)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(jìn)行烷基化反應(yīng)，兩段進(jìn)行催化劑再生。異構(gòu)烷烴在一個(gè)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(guò)不同步進(jìn)時(shí)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(shí)現(xiàn)催化劑和反應(yīng)器內(nèi)物流的并流模擬移動(dòng)。低溫再生反應(yīng)器中的每一 個(gè)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(shí)， 將反應(yīng)器內(nèi)的物料全部導(dǎo)出，導(dǎo)入高溫蒸汽，進(jìn)行高溫蒸汽再生，該反應(yīng)器此時(shí)作為高溫蒸 汽再生反應(yīng)器使用。但是，該申請(qǐng)公開(kāi)的是并流模擬移動(dòng)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(dòng)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(shí)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(dòng)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)、旋轉(zhuǎn)閥和逆流模擬移動(dòng) 床反應(yīng)器，在旋轉(zhuǎn)閥的控制下，原料與產(chǎn)物區(qū)的原料導(dǎo)入逆流模擬移動(dòng)床反應(yīng)器中進(jìn)行烷 基化反應(yīng)，逆流模擬移動(dòng)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(dòng)床反應(yīng)器中對(duì)催化劑進(jìn)行再生，逆流模擬移動(dòng)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(dòng)床反應(yīng)器中進(jìn)行，所述逆流模擬移動(dòng)床反 應(yīng)器包括至少兩個(gè)固定床反應(yīng)器，每個(gè)固定床反應(yīng)器包括至少一個(gè)催化劑床層，所述方法 包括：
[0013] (1)在T時(shí)刻，通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥將來(lái)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(dòng)床反應(yīng)器的第Μ床層中進(jìn)行烷基化反應(yīng)，反應(yīng)段包括i個(gè)床層；
[0014] (2)在同一時(shí)刻T，從逆流模擬移動(dòng)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(guò)旋轉(zhuǎn)閥返回至原料與產(chǎn)物區(qū)，產(chǎn)油段包括j個(gè)床層；
[0015] (3)在同一時(shí)刻T，通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥將來(lái)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(dòng)床反應(yīng)器的第M+i+j床層中對(duì)催化劑進(jìn)行緩和再生，緩和再生段包括k個(gè)床 層；
[0016] (4)在同一時(shí)刻T，從逆流模擬移動(dòng)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(guò)旋轉(zhuǎn)閥返回至再生物料區(qū)，緩沖段包括q個(gè)床層；
[0017] (5)每經(jīng)過(guò)時(shí)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(dòng)一個(gè) 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(lái)自再生物料區(qū)的催化劑深度再生介質(zhì)對(duì)催化劑進(jìn)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(dòng)床反應(yīng)與再生裝置中，逆流模擬移動(dòng)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(jiǎn)單，設(shè)備安裝和操 作比較方便和靈活。通過(guò)旋轉(zhuǎn)閥在特定的時(shí)間將對(duì)應(yīng)的物料導(dǎo)入或抽出固定床反應(yīng)器指定 的床層，實(shí)現(xiàn)了靜止的催化劑模擬向上流動(dòng)的效果，且物料間接觸充分，反應(yīng)效率高。逆流 模擬移動(dòng)床反應(yīng)器連續(xù)的進(jìn)行固體酸烷基化反應(yīng)和催化劑再生，不需要停工。同時(shí)，催化劑 在反應(yīng)器內(nèi)沒(méi)有實(shí)際流動(dòng)，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(wèn)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(shí)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(dòng) 床實(shí)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(yùn) 行，大大提高了裝置操作運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。該方法既繼承了普通固定床反應(yīng)器工藝操作簡(jiǎn)單， 催化劑磨損少的優(yōu)點(diǎn)，又兼顧了移動(dòng)床反應(yīng)器催化劑利用率高，頻繁再生操作容易的特點(diǎn)。 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(jìn)入反 應(yīng)系統(tǒng)，降低反應(yīng)收率，同時(shí)也能靈活的在高溫和低溫兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行操作，而不用停工，延 長(zhǎng)了操作周期和裝置的壽命。
[0021] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1為本發(fā)明的用于固體酸烷基化的模擬移動(dòng)床反應(yīng)與再生裝置的一種實(shí)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(dòng)床反應(yīng)與再生裝置的另一種實(shí)施 方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 附圖標(biāo)記說(shuō)明
[0025] 1-3固定床反應(yīng)器；4旋轉(zhuǎn)閥；5烷烴儲(chǔ)罐；6烯烴儲(chǔ)罐；7緩和再生液體儲(chǔ)罐；8再 生氣體儲(chǔ)罐；9烷基化油儲(chǔ)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；15-20, 52-55閥門(mén)；51格柵；56深度再生液體儲(chǔ)罐；57降溫?fù)Q熱器。
【具體實(shí)施方式】
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