一种异构烷烃与烯烃的烷基化方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及异构烷烃与烯烃的烷基化技术领域，具体而言，涉及一种异构烷烃与烯烃的烷基化方法及其装置。
【背景技术】
[0002]烷基化反应过程是指化合物分子中引入烷基(甲基、乙基等)的反应过程。在石油炼制工业上通常指异构烷烃与C3-C5的烯烃发生反应生成烷基化油的过程。这种烷基化油由于具有很高的辛烷值而成为汽油的重要调和组分，而且随着环境保护的需要，汽油中芳烃含量受到越来越严格的限制，这就使得烷基化过程变得越来越重要。
[0003]目前工业上使用的烷基化工艺主要有两种，即氢氟酸法和硫酸法。这两种方法的共同缺点在于酸耗大、使用不安全、具有严重的腐蚀性和污染性，而且反应后必须经过酸分离和酸回收，后处理所需要的费用高，因而在很大程度上限制了烷基化生产能力的提高。从上个世纪六十年代起，世界各国的专家学者就将注意力集中到固体酸催化剂上，希望能开发一种可以取代液体酸催化工艺的固体酸催化系统，有关这方面的专利也很多。
[0004]U.S.Pat.4，300, 015公开了一种用于烷基化反应的催化剂，即用多价金属离子对大孔分子筛进行改性，从而提高催化剂的活性和选择性。
[0005]U.S.Pat 5，811，626公开了一种异构烷烃-烯烃烷基化工艺。催化剂是固体或液体装置分为反应区和分离区在分离区进行产品分离，反应区的温度控制在_30±5°C。
[0006]U.S.Pat 5，849，976公开了异构烷烃-烯烃烷基化催化剂，该专利发明的是一种移动床烷基化催化剂，工艺采用移动床反应再生系统。再生采用高温加氢的方法进行。
[0007]U.S.Pat.5，304, 698公开了一种固体酸催化的异构烷烃-烯烃的烷基化方法，使全部反应在最高浓度反应物的超临界条件下进行，从而延长催化剂的使用寿命。但由于使用了较高的反应温度，与液体酸烷基化工艺相比选择性较差，8卩TMP (三甲基戊烷)/DMH ( 二甲基己烷)的比值较低，且所用烷/烯比高，这在一定程度下限制了烷烃的充分利用。
[0008]U.S.Pat.5489732提供了一种烷基化工艺:在该工艺中，采用的是一种称为HAL2100TM的固体均相催化剂，该催化剂具有优化的颗粒分布和孔径，并能保证良好的传质，对异构烷烃有很高的烷基化活性。烷烃和烯烃分开进料，异构烷烃和氢气首先进入反应器的再生区，对初步失活的催化剂进行溶解再生，同时抑制其进一步失活。烯烃经预处理后，与异构烷烃和再生后的催化剂一起进入提升管，烷基化反应大部分在提升管中进行。在提升管中，催化剂在重力的作用下，迅速与烃类分离，大部分催化剂进入反应器的再生洗涤区，一小部分通过侧线抽出，进入再生器中，在较高温度下与氢气接触，以除去沉积在催化剂上的重组分，再生后的重组分依靠重力作用返回提升管的底部进行反应。从反应器上部出来的混合物经分离后，烃相进入分馏部分，分馏出最终产品，未反应的异构烷烃循环进入反应器反应。
[0009]烷基化的主要副反应是烯烃的聚合反应，而烯烃聚合物的产生是造成催化剂失活的主要原因，上述专利没有从根本上解决这一问题，因而它们共同的缺点在于催化剂失活快，寿命低，反应再生的反应条件差别大，工艺系统能耗高。
[0010]有鉴于此，特提出本发明。
【发明内容】
[0011]本发明的第一目的在于提供一种异构烷烃与烯烃的烷基化方法，所述的方法使反应在微反应器中进行，反应时间也大大缩短，且提高了设备的安全性和反应过程的选择性，避免副反应的发生。
[0012]本发明的第二目的在于提供实施所述的异构烷烃与烯烃的烷基化方法的装置，该装置使反应连续进行，安全有效，整个流程无废物产生。
[0013]为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案:
[0014]一种异构烷烃与烯烃的烷基化方法，包括以下步骤:
[0015]异构烷烃和烯烃在催化剂的作用下，在微反应器组中反应，微反应器的反应条件为:反应温度40-200°C，反应压力1.5-4.5MPa ；
[0016]将反应产物进行分离，分别得到目标反应产物、未反应的反应物和催化剂；
[0017]未反应的反应物和催化剂重新进入微反应器中。
[0018]微反应器是指一种借助于特殊的微加工技术，以固体基质制造的可用于进行化学反应的三维结构单元。其内部单元结构宽度的平均尺寸在微米级，通常含有当量直径为几十至几百微米的流体通道，而整体尺寸则在厘米数量级。
[0019]对于分子水平的反应而言，微反应器的体积非常大，因而它对反应机理和反应动力学特性的影响是很小的，其主要作用是对质量和热量传递过程的强化以及流体流动方式的改进等方面。
[0020]与常规反应器相比，微反应器具有以下主要特性:
[0021]1.线尺寸减小。在微反应器内，随着线尺度的减小，一些物理量的梯度迅速增加，例如温度梯度、浓度梯度、压力梯度以及密度梯度等，这对于化学反应是十分重要的。梯度增加将导致传质、传热推动力的增加，从而扩大了单位体积或单位面积的扩散通量。这些理论已通过大量的微反应器传质、传热实验得到证实。例如在微换热器中，若微通道的宽度为50-500 μπι，通道之间的肋宽为20-50 μπι，这种微设备的传热系数可以达到25kW/(m2.K)，该值比常规换热器大I个数量级以上。又如，微型混合器内流体的厚度一般可以小到几十微米，通过特殊设计还可以将流体的厚度降到纳米尺度，这样，微混合器内的混合时间可以小到毫秒甚至纳秒量级，所有这些都是常规设备难以达到的。
[0022]2.面积体积比的增加。在微设备内，由于减小了流体厚度，相应的面积/体积比得到显著提高。通常微通道设备内的比表面积可以达到10000-50000m2/m3，而常规实验室或工业设备的比表面积则不会超过1000m2/m3。比表面积的增加除了可以强化传热外，也可以强化反应过程，例如高效率的气相催化微反应器就可以采用在微通道内表面涂敷催化剂的结构。此外，比表面积的增加对于一些多相过程也是十分有利的，甚至在多相体系中只要有一相的厚度被控制在微尺度范围内，就可以达到强化传质和传热的目的，理论和实验结果均证明在微反应器内多相体系的界面积可以达到5000-30000m2/m3。目前已有的界面积最大的微反应器为降膜式微反应器，其界面积可达到25000m2/m3，而传统鼓泡塔的界面积也只能达到10mVm3左右。若在微型鼓泡塔中采用环流流动，理论上其比表面积可以达到50000m2/m3以上。
[0023]3.体积减小。由于线尺度的减小，微反应器的体积急剧减小，甚至可以小到几微升。当将一个大规模的间歇过程用连续的微型设备来代替，这种差别就更加明显了。如一个有机金属反应过程，若用微反应器来进行，可以仅用5个小型反应器代替原有的反应器，而反应体积可以从6000L降到几毫升，反应时间也大大缩短，且提高了设备的安全性和反应过程的选择性。
[0024]由于微反应器的结构特征完全不同于常规反应器，决定了微反应器在化学化工实际应用中具有独特的优势，主要体现在以下几点:
[0025](I)无放大效应。绝大多数精细化工反应采用间歇式反应器，当从小试工艺放大到大的反应釜，由于传质/传热效率的不同，工艺条件一般需要一段时间的摸索，通常都是经过中试后再放大到大生产。而微反应器的放大工艺不是通过增大微通道的特征尺寸，而是采用增加微通道的数量来实现的。
[0026](2)反应时间可精确控制。在传统的单釜反应中，为了防止反应过于剧烈，通常将反应物逐渐滴加，这样就造成了一部分先加入的反应物停留时间过长。大多数反应的反应物、产物或中间产物在反应条件下停留时间过长就会导致副产物的产生。微反应器技术采取的是微通道中的连续流动反应，可以精确控制物料在微通道中的停留时间，当反应达到最佳反应时间后立即传递到下一步反应或终止反应。这样就有效地抑制了因反应时间过长而导致的副产物生成。
[0027](3)反应温度可精确控制。由于微反应器具有较大的面积/体积比，决定了其高效的换热效率，因而可以移出反应中放出的大量热量以保持反应温度均匀恒定。对于强放热反应，在传统反应器中由于混合速率和换热效率较低，常常会出现局部过热现象，而局部过热往往导致副产物生成，从而使反应的收率和选择性下降。在精细化工生产中，剧烈反应产生的大量热量如果不能及时导出，有可能会导致冲料事故，甚至发生爆炸。
[0028](4)物料可以以精确比例瞬时混合。在常规反应器中，有些快速反应物料的配比要求很严格，如果搅拌不充分，就会在局部出现配比失调而产生副产物。这一现象在常规反应器中几乎无法避免，但在微反应器系统中，反应通道一般只有数十微米，物料可以严格按配比混合，从而避免副反应的发生。
[0029]本发明提供的异构烷烃与烯烃的烷基化方法，异构烷烃和烯烃在微反应器中在特定的反应条件下，通过微粒状固体催化剂的催化作用进行反应，反应快速，反应时间大大缩短，且提高了设备的安全性和反应过程的选择性，避免副反应的发生；反应后得到的未反应的反应物和催化剂可以重复利用，无废物产生，节约成本，防止污染；此外，由于微反应器可以并联多个，可控制同时进行反应，省略了扩大反应规模的研发开支，进一步节约了成本。
[0030]优选地，所述催化剂为分子筛组成的催化剂、固体超强酸催化剂和负载型杂多酸催化剂中的任一种或多种。
[0031]进一步地，所述分子筛包括:Y型分子筛、ZSM