[发明专利]一种立式烷基化反应装置和反应方法

说明书

一种包括两段组合立式反应器的烷基化反应装置，在一段反应器强化了烯烃初始反应时在酸烃乳液中的分散强度，并在二段反应器中加入循环异丁烷和可选加入的一种酸催化剂助剂，强化了异构烷烃在液体酸中的溶解度，加快了氢转移反应。

技术领域

本发明涉及一种液体酸烷基化反应装置和反应方法，特别是涉及一种液体酸催化的异构烷烃与烯烃的烷基化反应装置和反应方法。

背景技术

异构烷烃与烯烃的烷基化反应，主要是指异丁烷与丁烯的烷基化反应，其反应的实质是在酸性催化剂的存在下，把烷烃分子加到烯烃分子上的有机加成反应。烷基化反应是石化工业中一个重要的工艺过程。异丁烷与丁烯在强酸催化剂作用下反应生成的异构C₈烷烃，称为烷基化汽油。烷基化汽油具有高辛烷值（RON94~96）和低Reid蒸汽压，硫含量、烯烃含量极低，无苯和芳烃，是优良的汽油调和组分。采用新配方汽油作为汽油发动机的燃料，将会大大缓和由于汽油尾气排放造成的城市空气污染。就此意义而言，烷基化汽油是一种环境友好的石油化工产品。

目前工业上烷基化反应所采用的催化剂主要为浓硫酸或氢氟酸等液体强酸。典型的烷基化反应工艺仍采用卧式搅拌釜反应器，而异丁烷和丁烯烷基化反应是典型的双液相反应，相间传质速率决定了宏观反应速率。此类反应体系中，在两相充分分散混合的情况下，烯烃能够很快实现完全转化，如果反应时间过长，开始形成的具有高辛烷值的三甲基戊烷（TMP）就会和强酸性的催化剂继续接触，会引起TMP向低辛烷值的DMH的异构化。因此，采用常规搅拌反应釜难以实现在获得高转化率的同时获得高辛烷值的产品。

异构烷烃与烯烃的烷基化反应属于不互溶液-液两相反应，不互溶液-液两相的混合效果对液-液反应的转化率和选择性具有重要影响。目前已有的液-液两相混合反应器主要有搅拌釜、静态混合器、撞击流混合器以及喷射式混合器等。

CNZL200520078557.3公开了一种硫酸法烷基化工艺中的卧式反应器，主体是一个卧式压力容器，有一个内循环套筒、一个列管式取热管束、一个封头处的螺旋搅拌桨。反应进料和循环酸进入搅拌桨的吸入侧，在搅拌桨的驱动下，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停地高速循环并发生反应。在反应器的排出侧，一部分乳化液排出到酸沉降罐，进行酸的分离。酸由于比重较大而沉入沉降罐底部，然后返回到搅拌桨的吸入侧。反应物混合过程在整个卧式反应器中完成，混合的空间尺寸为整个反应器，时间适度在20-30分钟，属于宏观混合的范畴。这种反应器内的返混较大，不利于提高反应的选择性。

US6194625B1公开了一种分段进料的烷基化反应器，反应区被分隔成几个串联的区段，将新鲜原料分割成几股分别引入每个反应区段，而循环使用的酸烃乳液则是串流式的，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，这两种反应器都采用了固定电机驱动搅拌桨，很容易因密封不严而反生泄漏。

CN100348559C提出了一种离子液体催化烷基化反应方法即反应器装置，是在超重力旋转装置中完成离子液体催化异构烷烃与烯烃的液-液相烷基化反应。该发明提供的旋转床反应器装置包括：反应器壳体，壳体上有加料口及出料口，反应器壳体内装有由转子、填料层组成的旋转填充床，其中有进料管、料液喷头，旋转填充床位于壳体上部，壳体下部为储液罐，在反应器中心装有搅拌装置，可对储液罐的反应物料进行搅拌，储液罐与料液循环泵连接构成旋转床循环反应器，循环泵的吸入管入口处连有混合器，在混合器上开有烷烯料液吸入口和离子液体进口，反应后的部分料液和离子液体在混合器混合，循环泵的出料口连接旋转填充床的进料管，循环泵把混合后的料液送至旋转填充床进行循环反应，在储液罐上装有液位控制计，控制料液的停留时间。这种结构的反应器能够强化反应物与酸烃乳液间的混合，但结构仍过于复杂，不容易扩大生产规模。