一种新型烷基化反应器和烷基化反应的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种烷基化反应器和烷基化反应方法，具体地说是一种采用异丁烷和 C3?C5烯烃催化烷基化反应的烷基化反应器和烷基化反应方法。
【背景技术】
[0002] 随着经济发展，特别是交通运输业的快速发展，车辆尾气的排放是空气污染的主 要来源之一，提高汽油质量是降低车辆尾气污染的最主要途径。异丁烷与C3?C5烯烃的 烷基化反应得到的烷基化油，具有无硫、高辛烷值高、研究法辛烷值与马达法辛烷值差值小 等特点，是高质量清洁汽油的重要调和组分。
[0003] 烷基化反应是石油炼制领域的传统技术，主要有硫酸法烷基化技术和氢氟酸法烷 基化技术，在催化剂(硫酸或氢氟酸)的作用下，异丁烷与烯烃反应得到异构烷烃。硫酸法烷 基化和氢氟酸法烷基化相比，在工艺上各具特点，从基建投资、生产成本、产品收率和产品 质量等方面也都十分接近，因此这两种方法能长期共存，均被广泛采用。总体来说，从烷基 化装置的数量和烷基油的产量来看，目前氢氟酸烷基化装置占优，但近年来随着环保法规 要求的日益严格以及氢氟酸的剧毒特性原因，新建装置多采用硫酸烷基化工艺。
[0004] 硫酸法烷基化技术中，反应在相对较低的温度下进行，反应装置需要具有制冷功 能。氢氟酸法烷基化技术中，反应温度相对较高，一般采用水冷即可以满足反应要求。因此， 两者的反应器系统相差较大。传统的硫酸法烷基化反应器结构种类较多，目前使用较多的 有两种，一种是阶梯式硫酸烷基化反应装置，一种是Stratco式反应器（即内部设置取热管 束的间接制冷反应器)。
[0005] 阶梯式硫酸烷基化装置的反应器一般由若干个反应段组成，各反应段间用溢流挡 板隔开，每一反应段均设有搅拌器，反应产物和硫酸最后进入沉降段进行分离，分离出来的 硫酸用循环泵送入反应段重新使用。采用反应物异丁烷自蒸发致冷，该反应系统的优点是 每个反应段中的烷烯比高、动力消耗小、不需另加制冷剂。但由于烷烃与烯烃没有预先混 合，从而降低了烷基化油的质量、增加了酸耗量。并且各反应段之间相互影响，一个反应段 操作不正常，整个反应器都受到影响。
[0006] 内部设置取热管束的间接制冷反应器的一种具体结构是采用是卧式偏心反应器， 反应器的外壳是一个卧式的压力容器，内部装有一个大功率的搅拌器、内循环套筒以及取 热管束，烃类原料由上下两个进料管进入反应器，在搅拌叶轮前汇合后向着叶轮喷入反应 器，高速运转的叶轮处在反应器缩径处，使反应器内部的物流由于叶轮吸力、管束阻力、线 速度差等而造成一些流液的空穴，从而使硫酸与烃类获得比较好的分散和混合。酸烃乳液 在反应器头部再折返进入套筒内部，重新流向搅拌叶片，形成一个高速循环的物流。该反应 器内具有循环物料，部分物料的反应时间较长，副反应会增加，酸耗较大，对产品辛烷值的 提_不利。
[0007] 公开了一种C3-C5烯烃与异丁烷的硫酸烷基化反应过程，取消传统的机械搅拌方 式，采用喷射器对反应物料进行混合进而进行反应，但硫酸烷基化反应过程中，硫酸与烃类 物料的密度差较大，喷射混合方式的效果需进一步提高。US5, 785, 933公开了一种硫酸催化 烷基化反应器系统，反应器内部通过设置挡板和切向高置的多个注射管道入口，使反应物 料在反应器内形成混合搅拌，进而取消机械运动部件。该技术利用静态混合器的原理设计 了硫酸烷基化反应器，但混合效果需要进一步提高。
[0008] CN1907924A公开了一种离子液体催化反应工艺及反应装置，烃类原料和离子液 体催化剂在旋转床反应器中进行反应，旋转床设置在反应器内上部，反应器下部为储液罐， 反应器中心设置搅拌装置，储液罐与料液循环泵连接构成旋转床循环反应器。该反应器不 适用于硫酸法烷基化反应过程，因为采用的换热方式是循环物料取热方式，不适宜于放热 较大的硫酸法烷基化反应，反应器下部的储液罐和采用反应物料循环操作方式会增加副反 应。
【发明内容】
[0009] 针对现有技术的不足，本发明提供一种烷基化反应器和烷基化工艺方法，提高催 化剂与烃类反应原料的接触效率，降低硫酸催化剂的酸耗，降低反应温度，提高产品质量。
[0010] 本发明烷基化反应器包括如下内容：反应器筒体，封头，内旋转床，外旋转床，进料 管，进料分布管，出料口，循环冷却气入口，循环冷却气出口；反应器筒体和封头构成封闭反 应器壳体，内旋转床垂直设置在壳体内中部，内旋转床中心为空筒结构，进料分布管设置在 内旋转床中心的空筒结构内，进料分布管与进料管连通，进料管与封头连接处设置进料混 合器，出料口设置在反应器壳体下部，内旋转床通过进料管与上部驱动装置连接，内旋转床 径向外侧设置外旋转床，内旋转床和外旋转床之间具有适宜间隙，内旋转床上端和进料分 布管之间通过密封构件固定连接为一体结构，外旋转床上部与反应器壳体之间通过密封构 件固定连接，外旋转床上部与两处密封构件之间均为可转动连接，外旋转床通过旋转轴与 下部驱动装置连接，循环冷却气入口和循环冷却气出口分别设置在密封构件上侧和下侧的 反应器壳体上。
[0011] 本发明烷基化反应器中，反应器筒体优选为圆柱形筒体，封头包括上封头和下封 头，圆柱形反应器优选垂直设置；旋转床包括内旋转床和外旋转床，旋转床优选采用耐腐蚀 框架和床层构成，床层优选采用耐腐蚀金属丝网或填料构成；旋转床外形为圆柱筒形，夕卜 旋转床与反应器壳体之间设置适宜空隙，形成环状空间；内旋转床中心为圆柱形空筒，进料 分布管设置在该圆柱形空筒中，进料分布管与内旋转床之间具有适宜空隙，形成环状空间； 进料分布管上设置适宜的物料分布孔，物料分布管的长度与旋转床的轴向长度对应；内旋 转床与外旋转床轴线重合且转动方向相反，内旋转床和外旋转床之间的间隙距离为5mm? 300mm，优选10mm?50mm。内旋转床的厚度为外旋转床厚度的0? 2倍?1. 5倍，优选0? 5 倍?0. 8倍。
[0012] 本发明烷基化反应器中，进料管一端与进料分布管连通，进料管另一端作为旋转 轴与驱动装置连接，进料管与反应器的上封头连接处设置进料混合器，所述进料混合器包 括浓硫酸进口，液态烃入口，上部轴承密封构件，上封头机械密封组件，机械密封构件和动 密封组件。
[0013] 本发明烷基化反应器中，外旋转床通过旋转轴与驱动装置连接，旋转轴与外旋转 床一端固定板固定连接，旋转轴优选垂直设置；旋转轴穿过下封头与反应器外下部设置的 驱动装置连接。
[0014] 本发明烷基化反应器中，循环冷却气入口和循环冷却气出口之间设置循环气制冷 系统；制冷系统设置在反应器外部，也可以设置在反应器内部，优选为前者；循环冷却气在 制冷系统和旋转床之前形成循环，为反应过程提供适宜的温度环境；循环冷却气入口和循 环冷却气出口设置位置为以下两种之一 ：（1)以旋转床上部与反应器壳体之间设置的密封 构件为界，循环冷却气入口设置在密封构件上部的壳体上，循环冷却气出口设置在密封构 件下部的壳体上；（2)以旋转床上部与反应器壳体之间设置的密封构件为界，循环冷却气 入口设置在密封构件下部的壳体上，循环冷却气出口设置在密封构件上部的壳体上。采用 上述方式（1)时，循环冷却气与反应物料同向穿过旋转床，由于旋转床对气体具有抽吸作 用，因此，可以不设置循环冷却气输送动力装置，或者设置功率较小的循环冷却气输送动力 装置；采用上述方式（2)时，循环冷却气与反应物料反向穿过旋转床，需要设置循环冷却气 输送动力装置。因此，优选上述方式（1)。
[0015] 本发明烷基化方法，采用本发明上述烷基化反应器，以异丁烷和C3?C5烯烃为原 料，以硫酸为催化剂，进行烷基化反应得到烷基化油。
[0016] 本发明烷基化反应中，将异丁烷和C3?C5烯烃混合为混合烃原料，异丁烷与 C3?C5烯烃的摩尔比为摩尔比为