[发明专利]一种烷基化反应器及烷基化方法

说明书

技术领域

本发明属于石油炼制领域，涉及一种用于液体酸催化C₄烷基化生产方法。更特别的是，本发明进一步提供了一种实现烷烃、烯烃和液体酸催化剂充分的混合、反应及酸烃分离的烷基化反应器。

背景技术

烷基化是异构烷烃在强酸性催化剂存在的条件下，与烯烃发生反应生成烷基化产物的过程。在石油炼制领域中，烷基化是异丁烷与C₃～C₅烯烃在强酸存在条件下的反应，所述反应生成的烷基化油具有比原料更高的辛烷值，沸点范围为汽油的组分。烷基化油具有无芳烃、无烯烃、低硫、低蒸汽压、高辛烷值(RON94～96，MON92～94)等特性。工业上常用的催化剂为浓硫酸和氢氟酸，为了减少副反应，烷基化反应通常在低温条件下进行。由于液体酸法是目前生产高辛烷值汽油的主要方法之一，为此，国内外已提出了多种方案改进酸烃混合，并在一定程度上减少了不良的效果。

在传统的方法中，采用静态混合器或者叶轮机械搅拌将反应物分散到连续的酸相中。最广泛使用的混合催化剂和反应物的方法是将其组分在一起通过叶轮剧烈的搅拌，例如美国专利US 3759318；US 4075258和US 5785933公开的一种卧式反应器。反应原料进到反应器的叶轮的吸入侧，在叶轮的强力搅拌下反应物料迅速扩散并与酸形成乳化液，乳化液在反应器内不断地循环并发生反应，烷基化反应热通过换热管束移除，部分乳化液经上升管进入沉降器，进行酸烃分离。卧式搅拌反应器的酸耗较高，产生的大量废酸带来了巨大的环保压力；反应产物需经酸洗、碱洗及水洗等精制过程，工艺流程过于复杂。

美国专利US 6194625 B1公开了一种分段进料的烷基化反应器，反应区被分隔成多个串联的区段，将新鲜原料分成多股引入每个反应区段，而循环使用的硫酸则是串流式的，每个反应区段内采用机械搅拌的方式进行混合。这种结构虽然克服了返混较大的问题，但结构过于复杂。另外，这种采用固定转速电动机驱动的搅拌桨，在中、高压操作条件下易因密封不严而发生泄漏。

美国专利US 8461408公开了一种高剪切混合方法，该专利包括了一个带有高剪切设备的反应器。硫酸和烃类物料在高剪切设备的作用下形成混合乳化液，形成的乳化液在叶轮入口进入反应器，在叶轮的强力搅拌下，完成烷基化反应，反应流出物进入酸沉降罐进行酸烃分离，分离的酸循环返回反应器，生成的烷基化油则进入后续处理单元。但是高剪切设备功率较大，能耗较高。

美国专利US 7319180 B2公开了一种烷基化反应器，反应器为静态混合反应器。静态混合器内填充金属丝网和空隙空间大于50％体积的接触性结构的填料。烯烃与异丁烷组成的烃类混合物进入反应器，与硫酸催化剂接触、乳化反应。反应物料依靠填料自身压降使轻烃组分气化吸收反应热。该专利反应器的反应热移除方式是轻烃气化，为维持较低的反应温度，反应器需要大量的气化空间。此外，静态混合器还存在压降过大等缺点。

美国专利US 5443799公开了一种烷基化反应器，该反应器分为预混合区和反应区。在预混合区，异丁烷由喷嘴喷出与硫酸混合形成乳化液。在反应区，喷射的烯烃与来自预混合区的乳化液接触、反应。该反应器的反应区的体积大于预混合区，来自于预混合区的混合物进入反应区后，由于反应区的体积骤然增大，混合物中的轻组分气化，绝热膨胀吸收烷基化反应放出的热量。该工艺的反应温度在8～20℃，反应温度偏高。

美国专利US 5785933公开了一种静态混合与喷射结合的烷基化专利技术，利用静态混合器将异丁烷、硫酸和烯烃的混合物形成乳化液，该乳化液高速射入反应器，在反应器内不断地进行剪切、混合和反应，反应热被蒸发的轻烃取走。反应热的移除依靠轻烃的蒸发，操作难度较大，很难控制在较低的温度条件下。

中国专利CN 101274249A公开了一种喷射式环流反应器，利用液体喷射产生的动能，使反应液体在反应器内循环流动、良好混合并反应。但是由于该反应器的液体反应发生在上升管内，物料在上升管内停留时间较短，同时该反应器未设置取热装置，对于烷基化需要较长的反应时间和较低的温度条件并不适合。

发明内容

本发明是针对现有技术存在的缺点而提供一种烷基化反应器及烷基化方法，使用本发明反应器后可以将较低粘度的反应液体破碎成很小的液滴，使其与高粘度的酸相在很短的时间内均匀混合、乳化，提供较大的液-液接触面积，使反应达到很高的转化率，并且能够迅速的移除反应热，维持反应器的低温环境，同时还能实现酸烃两相的快速分离。