一种液体酸烷基化反应器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种液体酸烷基化反应器。其包括罐体和封头，罐体内设置U型列管式结构，由管程和壳程组成，管程内设置静态混合元件，罐体的一端是预分布区域和反应物流出区域，由设置在该端封头内的隔板隔开而不相通，预分布区域和反应物流出区域与U型列管式结构之间设置一个多孔挡板，多孔挡板的孔与反应区域的管程一一对应，且大小相同，其中U型列管式结构的管程列管以隔板为对称面对称分布在隔板的两侧，对称的列管通过U型连接形成U型列管，U型连接位于反应器罐体的另一端。本发明适用于异构烷烃和低碳烯烃在液体酸催化剂作用下生成高辛烷值烷基化油的反应，具有结构合理、反应效果好和操作弹性大等优点。
【专利说明】一种液体酸院基化反应器
【技术领域】
[0001]本发明属于石油化工领域，特别涉及一种液体酸烷基化反应器。
【背景技术】
[0002]低碳烯烃和异烷烃在液体酸催化作用下发生烷基化反应，生成高辛烷值烷基化油。烷基化反应的原料低碳烯烃和异烷烃与无机液体酸催化剂的互溶性较差，为保证烷基化反应的顺利进行，必须提高酸烃两相的混合程度。烷基化反应温度通常控制在10°c以下，因为当反应温度高于10°c时，在液体酸催化作用下，低碳烯烃很容易聚合成C12以上的高聚物，影响烷基化油产品质量。此外，低碳烯烃和异烷烃的烷基化反应属于放热反应，如果反应温度控制不当，就会加剧低碳烯烃聚合的副反应发生。因此，液体酸烷基化反应器既要实现酸烃两相的充分混合，还要保证烷基化反应在恒定较低的温度下进行。
[0003]美国专利US3，759，318公开了一种卧式搅拌反应器。反应原料进到反应器叶轮处，在叶轮的强力搅拌下形成酸烃乳化液。乳化液与反应器内部的换热管束接触，换热管束的冷却介质取走烧基化反应热。Stratco卧式搅拌反应器已大量工业化,但是单个反应器的规模有限，扩大生产规模只能依靠反应器数量的增加；反应器的酸耗较高，产生的大量废酸带来了很大的环保压力；反应产物需要酸洗、碱洗以及水洗等精制过程，工艺流程复杂。
[0004]美国专利US5，443，799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，异丁烷由喷射器喷出与硫酸混合形成乳化液。烯烃在反应区与来自预混合区乳化液逆向接触反应。反应区体积明显大于预混合区，异丁烷和硫酸的预混合物进入反应区后，体积骤然增大，绝热膨胀吸收烷基化反应放出的热量。该反应器的反应温度控制在8?20°C，反应温度偏高。
[0005]中国专利申请CNlOl 104570A公开了一种烷基化反应器，反应器内部是一个由分散混合器组成的静态混合体系。分散混合器包含金属丝网和含有空隙空间大于50%体积的接触性结构的填料。反应物料依靠填料自身压降，使轻烃组分气化，消耗掉反应热。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。
[0006]中国专利CN2790575Y公开了一种卧式烷基化反应器，反应器采用搅拌桨搅拌混合反应物料，冷却管束在反应器内壳，烷基化反应热由冷却管束的冷却介质移除。该专利反应器与专利US3，759，318类似。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种具有静态混合功能的新型液体酸烷基化反应器，该液体酸烷基化反应器适用于异构烷烃和低碳烯烃在液体酸催化剂作用下生成高辛烷值烷基化油的反应，具有结构合理、反应效果好和操作弹性大等优点。
[0008]本发明提供一种具有静态混合功能的新型液体酸烷基化反应器，包括罐体和封头，其特征在于:罐体内设置U型列管式结构，由管程和壳程组成，管程内设置静态混合元件，管程为反应区域，壳程为换热区域，罐体的一端是预分布区域和反应物流出区域，由设置该端封头内的隔板隔开而不相通，预分布区域和反应物流出区域与U型列管式结构之间设置一个多孔挡板，多孔挡板的孔与反应区域的管程一一对应，且大小相同，其中U型列管式结构的管程列管以隔板为对称面对称分布在隔板的两侧，对称的列管通过U型连接形成U型列管，U型连接位于反应器罐体的另一端，反应物流出区域设置有反应物流出口，预分布区域设置有反应原料进口，所述罐体的两侧分别设置有均与壳程相通的冷却介质进口和冷却介质出口。
[0009]本发明进一步技术特征在于:所述管程的每一根列管内均充满静态混合元件。
[0010]本发明进一步技术特征在于:所述反应原料进口处设置有分布器。
[0011]本发明进一步技术特征在于:所述多孔挡板将预分布区域、反应区域以及反应流出物区域三者依次连通，并将上述三个区域与换热区域隔开。
[0012]本发明进一步技术特征在于:所述反应器内管程的排列方式为正三角形。
[0013]本发明进一步技术特征在于:所述冷却介质进口和冷却介质出口对称分布在罐体的两侧。
[0014]本发明进一步技术特征在于:所述反应器的放置方式为卧式或立式两种。
[0015]本发明进一步技术特征在于:所述反应器的放置方式为卧式时，反应器中的隔板与反应器的放置平面平行，则预分布区域与反应流出物区域的相对位置有两种，一种是预分布区域在隔板下方，反应流出物区域在隔板上方，另一种是预分布区域在隔板上方，反应流出物区域在隔板下方。
[0016]本发明进一步技术特征在于:所述反应器的放置方式为立式时，反应器的多孔挡板与反应器的放置平面平行，则预分布区域和反应流出物区域的分布位置有两种，一种是两个区域在多孔挡板的上方，另一种是两个区域在多孔挡板的下方。
[0017]本发明的具有静态混合功能的烷基化反应器，反应区域的管程是内部带有静态混合元件的U型列管。常见的用于中等粘度流体、液-液混合的静态混合元件在这里都可以使用。静态混合元件充满管程的每一根列管，静态混合元件的长度与管程列管的长度一致。
[0018]本发明的具有静态混合功能的新型烷基化反应器，壳程是反应器的换热区域，冷却介质从壳程一侧的冷却介质进口进入，从另一侧的冷却介质出口排出。冷却介质进口和冷却介质出口对称分布在反应器罐体的两侧。冷却介质进口、冷却介质出口以及反应器轴心线在同一个平面上。壳程和管程之间的物料不接触，不发生物质传递，仅发生热量传递与交换。
[0019]反应流出物区域是中空结构，反应流出物从反应区域流出，在反应流出物区域汇集，然后离开反应器。
[0020]本发明的具有静态混合功能的新型烷基化反应器，该反应器有两股物流，一股物流是反应物流，沿反应器轴向流通。反应原料首先进入反应器的预分布区域，然后进入反应区域，在反应区域管程内静态混合元件的反复分散、剪切、混合作用下，充分反应之后，生成的反应产物以及未反应物流离开反应区域进入反应流出物区域，最后从反应流出物区域排出；另一股物流是冷却介质，沿反应器的径向流通。冷却介质从壳程一侧的冷却介质进口进入反应器换热区域，与管程物料发生热量传递和交换，然后从壳程另一侧的冷却介质出口排出。常用的冷却介质在这里都可以使用。
[0021]本发明所述的液体酸烷基化反应器适用于异构烷烃和低碳烯烃在液体酸催化剂作用下生成高辛烷值烷基化油的反应。其与现有烷基化反应器相比，本发明的效果主要有以下方面:①能耗低。采用静态混合器混合反应原料，大大减少了装置能耗；②酸烃混合效果好。反应原料首先经过预分布实现粗混合，然后在静态混合元件中反复分散、剪切，达到酸烃两相充分混合；③反应低温控制效果好。通过调节冷却介质的温度和流量，壳程冷却介质与管程反应物流换热，使反应器维持在最佳反应温度范围。
[0022]下面用附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明，但并不限制本发明的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明一种烷基化反应器的简单结构示意图；
[0024]图2是图1的A-A’剖视图。
[0025]图中所示附图标记为:1-罐体，2-管程，3-壳程，4-预分布区域，5-反应物流出区域，6-静态混合元件，7-分布器，8-隔板，9-多孔挡板，10-反应原料进口，11-反应物流出口，12-冷却介质进口，13-冷却介质出口，14-反应区域，15-换热区域，16、17-封头。
【具体实施方式】
[0026]如图1所示，一种液体酸烷基化反应器，包括罐体1、封头16和封头17，罐体I内设置U型列管式结构，U型列管式结构由管程2和壳程3组成，管程2内设置静态混合元件6，管程2为反应区域14，壳程3为换热区域15，其中罐体I的一端是预分布区域4和反应物流出区域5，由设置在该端封头17内的隔板8隔开而不相通，预分布区域4和反应物流出区域5与U型列管式结构之间设置一个多孔挡板9，多孔挡板9的孔与反应区域的管程
2—一对应，且大小相同，即多孔挡板9的孔径与管程2的管径大小相等，其中U型列管式结构的管程2列管以隔板8为对称面对称分布在隔板8的两侧对称的列管通过U型连接形成U型列管，U型连接位于反应器罐体I的另一端，反应物流出区域5设置有反应物流出口11，预分布区域4设置有反应原料进口 10，反应原料进口 10处设置有分布器7。多孔挡板9将预分布区域4、反应区域14以及反应流出物区域5三者依次连通，并将上述三个区域与换热区域15隔开。所述罐体I的两侧分别设置有冷却介质进口 12和冷却介质出口 13，冷却介质进口 12和冷却介质出口 13均与壳程3相通。
[0027]所述静态混合元件6充满了整个管程2。
[0028]图1所示反应器的放置方式为卧式，反应器中的隔板8与反应器的放置平面平行，预分布区域4在隔板下方，反应流出物区域5在隔板上方。
[0029]所述反应原料经反应原料进口 10由分布器7进入反应器的预分布区域4，然后均匀流入管程2。反应原料在管程2中静态混合元件6的反复分散、剪切、混合作用下充分反应，生成的反应产物以及未反应物料离开反应区域14进入反应流出物区域5，最后从反应流出物区域5的反应物流出口 11离开反应器。
[0030]所述冷却介质从冷却介质进口 12进入反应器的壳程3，在换热区域15内与反应区域14的物料发生热量传递和交换，之后从冷却介质出口 13排出。换热区域15的冷却介质与反应区域14的反应物料的流动方式为顺流。图1中所示冷却介质进口 12在罐体I下方，冷却介质出口 13在罐体I上方。冷却介质进口 12和冷却介质出口 13与反应器轴心线在同一个平面上。
[0031]如图2所示，反应器内管程2的排列方式为正三角形。由管程2组成了反应区域14，壳程3组成了换热区域15。
【权利要求】
1.一种液体酸烷基化反应器，包括罐体和封头，其特征在于:罐体内设置U型列管式结构，由管程和壳程组成，管程内设置静态混合元件，管程为反应区域，壳程为换热区域，罐体的一端是预分布区域和反应物流出区域，由设置在该端封头内的隔板隔开而不相通，预分布区域和反应物流出区域与U型列管式结构之间设置一个多孔挡板，多孔挡板的孔与反应区域的管程一一对应，且大小相同，其中U型列管式结构的管程列管以隔板为对称面对称分布在隔板的两侧，对称的管程列管通过U型连接形成U型列管，U型连接位于反应器罐体的另一端，反应物流出区域设置有反应物流出口，预分布区域设置有反应原料进口，所述罐体的两侧分别设置有均与壳程相通的冷却介质进口和冷却介质出口。
2.根据权利要求1所述的液体酸烷基化反应器，其特征在于:所述管程的每一根列管内均充满静态混合元件。
3.根据权利要求1所述的液体酸烷基化反应器，其特征在于:所述反应原料进口处设置有分布器。
4.根据权利要求1所述的液体酸烷基化反应器，其特征在于:所述多孔挡板将预分布区域、反应区域以及反应流出物区域三者依次连通，并将上述三个区域与换热区域隔开。
5.根据权利要求1所述的液体酸烷基化反应器，其特征在于:所述反应器内管程的排列方式为正三角形。
6.根据权利要求1所述的液体酸烷基化反应器，其特征在于:所述冷却介质进口和冷却介质出口对称分布在罐体的两侧。
7.根据权利要求1所述的液体酸烷基化反应器，其特征在于:所述反应器的放置方式为卧式或立式两种。
8.根据权利要求7所述的液体酸烷基化反应器，其特征在于:所述反应器的放置方式为卧式时，反应器中的隔板与反应器的放置平面平行，则预分布区域与反应流出物区域的相对位置有两种，一种是预分布区域在隔板下方，反应流出物区域在隔板上方，另一种是预分布区域在隔板上方，反应流出物区域在隔板下方。
9.根据权利要求7所述的液体酸烷基化反应器，其特征在于:所述反应器的放置方式为立式时，反应器的多孔挡板与反应器的放置平面平行，则预分布区域和反应流出物区域的分布位置有两种，一种是两个区域在多孔挡板的上方，另一种是两个区域在多孔挡板的下方。
【文档编号】C07C2/62GK104174343SQ201310206780
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月22日 优先权日:2013年5月22日
【发明者】焦云, 左世伟, 李网章, 郝代军, 刘金龙, 岳建伟, 郭巧玲, 高有飞, 赵敏洁, 李宏伟 申请人:中石化洛阳工程有限公司, 中石化炼化工程（集团）股份有限公司