一種使用多級循環流反應器制備烷基化油的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及石油化工領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流反應器制備烷基化油的方法。
【背景技術】
[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 應的主要產物，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，不污染環境等優點，因此是一種最為理想的清潔汽油。隨著汽車工業的飛速 發展以及人類對環境保護的日益重視，世界各國對成品油都做出了更為嚴格的規定，限制 車用汽油中芳烴含量、烯烴含量、蒸汽壓等指標，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注。
[0003] 烷基化反應是石油煉制工業的重要過程之一，主要有硫酸法烷基化技術和氫氟酸 法烷基化技術，在硫酸和氫氟酸催化劑的作用下，異丁烷與丁烯反應得到烷基化油。目前國 內新建裝置多采用硫酸烷基化工藝。傳統的硫酸法烷基化工藝反應器均設有至少一個大功 率攪拌器進行油酸混合，高速旋轉的葉輪使反應器內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 存在導致整個工藝流程能耗高，宜泄露，不容易連續生產，操作環境差等缺點。
[0004] 發明US7652187公開了一種C3 - C5烯烴與異丁烷的硫酸烷基化反應方法，取消 傳統的機械攪拌方式，采用噴射器對反應物料和催化劑進行混合并反應，但硫酸烷基化反 應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一步提高。
[0005] US5785933公開了一種硫酸作為催化劑的烷基化反應器系統，反應器內部通過設 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器內形成混合攪拌，從而 取消機械運動部件。該技術利用靜態混合器的原理設計了硫酸催化烷基化反應器，但是混 合效果需要進一步提高。
[0006] 專利CN101104570A公開了一種烷基化反應系統。反應器內部是一個由分散混合 器組成的靜態混合體系。分散混合器包含金屬絲網和含有空隙空間大于50%體積的規整填 料。反應物依靠規整填料的自身壓降使烴類氣化維持反應溫度。該工藝和US5785933類似 都是采用靜態混合器的原理使得硫酸和烴類混合。

【發明內容】

[0007] 本發明的目的是提供一種使用多級循環流反應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，生產高辛烷值烷基化油的過程。
[0008] 為了解決上述問題，本發明是通過以下技術實現的：
[0009] -種使用多級循環流反應器制備烷基化油的方法，分為反應和壓縮兩個工段；在 反應工段中使用多級循環流反應器；壓縮工段為在反應器頂部排出的氣相出口設置氣體壓 縮機。
[0010]多級循環流反應器包括殼體、導流筒、內套筒、油酸分離段、內套筒規整填料和液 烴分布器；反應器中內套筒和上下相鄰的導流筒組成一級反應段，由2~6級反應段組成， 油酸分離段位于多級反應段的上部。
[0011] 反應器設置有氣體C4進料口、液烴進料口、新鮮硫酸進料口、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進料 口位于反應器底部，液烴進料口位于導流筒上的內套筒內，新鮮硫酸進料口位于油酸分離 段底部，烷基化油出口位于油酸分離段底部。
[0012] 所述的反應器中內套筒的流道面積占殼體流道面積的25%~75%。
[0013] 所述的反應器中每一級反應段的內套筒內都裝有規整填料。
[0014] 所述的反應器中導流筒為圓臺式結構，其側面與底面的夾角為45°~60°，上下 底面的直徑比在0. 3~0. 6,導流筒下底面與殼體的間隙為5~30mm。
[0015] 反應器的壓力為I. 1~2. Obar。反應器的操作溫度為5~13°C。
[0016] 硫酸和丁烯質量進料的比值為0. 2~0. 8 :1。
[0017] 上述氣體壓縮機產生的氣相C4的壓力在3~5bar。
[0018] 所述的烷基化反應器中每一級反應段的內套筒內都裝有規整填料；
[0019] 催化劑硫酸從新鮮硫酸進料口進入，在反應器內完成催化作用后從反應器底部的 廢酸出料口采出；液相C4烴在反應器下部不同高度處的液烴進料口經液烴分布器進入反 應器；氣相C4烴由反應器底部的氣相C4進料口進入反應器。在反應器內，氣相C4自下而 上運動，硫酸自上向下運動。對于每一級反應段內套筒內的氣相C4烴含量遠遠大于內套筒 和殼體間的氣相含量，這樣就在內套筒內外形成壓力差，使得濃硫酸和液相反應物料隨著 氣相C4烴在內套筒內向上運動，在內套筒與殼體之間向下流動，形成內部循環流。在內套 筒規整填料的作用下，濃硫酸和液相反應物充分接觸混合，并發生烷基化反應，生成的烷 基化油和未反應完全的液相C4烴在氣相C4的攜帶下，在反應器上部的油酸分離段富集并 采出。本反應為放熱反應，控制反應器的壓力為I. 1~2. Obar (絕壓，下同），反應熱以C4 蒸發的形式在頂部移出，催化劑廢硫酸從反應器底部廢酸出料口采出。
[0020] 在壓縮工段的使用主要設備為氣體壓縮機，在反應器頂部排出的氣相設置氣體壓 縮機，因0.在反應器頂部排出的氣相C4壓力較低，無法進入后續系統，必須將該股氣相C4 壓縮增壓。壓縮后的氣相C4 一部分返回循環流反應器作為濃硫酸和液相反應物料混合的 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，烷基化反應器的操作溫度為5~13°C，反應熱通過 C4蒸發的形式移出。
[0022] 所述的烷基化油制備工藝中，新鮮硫酸和丁烯質量進料的比值為0. 2~0. 8 :1。
[0023] 所述壓縮工段產生的氣相C4的壓力在3~5bar (絕壓，下同），該氣相C4 一部分 返回至烷基化反應器內作為濃硫酸和液相反應物料混合的動力，一部分返回C4烷烴儲罐。
[0024] 對比于傳統工藝，本發明的優點在于：
[0025] 1.本工藝采用多級循環流反應器作為烷基化反應器，在反應器內部硫酸和反應物 料充分接觸混合，不僅提高烷基化油質量而且降低硫酸的使用量。
[0026] 2.本工藝使用多級循環流反應器，取消了大功率攪拌器，節能效果顯著，沒有轉動 部件降低了泄露的可能性，保證裝置的低耗長周期平穩運行。
[0027] 3.本工藝的主要設備有多級循環流反應器和C4壓縮機，設備少，工藝流程短，減 少設備投資。
[0028] 4.本工藝將傳統的烷基化反應器由臥式改為立式，占地面積小。
【附圖說明】
[0029] 圖1-多級循環流反應器結構圖；
[0030] 其中：A-多級循環流反應器；B-C4壓縮機；C-殼體；D-導流筒；E-內套筒；F-內套 筒規整填料；G-液烴分布器；H-氣相C4進料口； I-液烴進料口 ；J-C4氣相出口；K-新鮮硫 酸進料口；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] 下面結合附圖1和2進行詳細說明：
[0034] 一種使用多級循環流反應器制備烷基化油的方法，其主要目的采用多級循環流反 應器作為烷基化反應器生產烷基化油。這主要是通過以下工藝實現的：
[0035] 在反應工段中使用多級循環流反應器；烷基化反應器結構由殼體、導流筒、內套 筒、