分段式进料烷基化反应器和烷基化反应工艺的制作方法
【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烯烃分段进料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，本发明提供一种分段进料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] 本发明分段进料烷基化反应器，包括反应器筒体，封头，上床层，旋转床，复合床 层，进料管，进料分布管，旋转轴，补充物料入口，出料口，循环冷却气入口和循环冷却气出 口；反应壳体内从上至下依次设置上床层、旋转床和复合床层，上床层和旋转床之间设置上 隔板，旋转床与复合床层之间设置下隔板，补充物料入口设置在上隔板与上床层之间，上床 层和旋转床通过旋转轴连接，所述上床层包括静止组件和转动组件，静止组件上部通过密 封构件与反应器壳体连接，转动组件固定设置在与旋转轴连接的固定板上，上床层中心为 空筒结构，进料分布管设置在上床层中心的空筒结构内，进料分布管与进料管连通，所述旋 转床通过旋转轴与复合床层连接，旋转床与反应器壳体之间设置适宜间隙，旋转床中心为 空筒结构，旋转轴设置在旋转床中心的空筒结构内，旋转轴上设置折流板，上隔板与旋转轴 形成同心套管结构，上隔板上设置适宜的物料分布孔，旋转床上部与反应器壳体之间设置 密封构件，旋转床上部与密封构件之间为可转动连接，循环冷却气入口和出口分别设置在 旋转床与反应器壳体之间的密封构件的上部和下部的反应器壳体上；所述复合床层通过旋 转轴与驱动装置连接，复合床层与反应器壳体之间设置适宜间隙，复合床层中心为空筒结 构，旋转轴设置在复合床层中心的空筒结构内，旋转轴上设置折流板，下隔板与旋转轴形成 同心套管结构，下隔板上设置适宜的物料分布孔，复合床层上部与反应器壳体之间设置密 封构件，复合床层上部与密封构件之间为可转动连接，出料口设置在反应器壳体下部。
[0011] 本发明烷基化反应器中，静止组件为设有槽缝的齿形圆柱状结构，槽缝总宽度为 其周长的1/8?4/5,优选1/3?2/3。转动组件为设有槽缝的齿形圆柱状结构，槽缝总宽 度为其周长的1/8?4/5,优选1/3?2/3。静止组件由具有一定刚性的筛板卷制而成，厚 度为旋转床厚度的〇. 2倍?1. 5倍，优选0. 5倍?0. 8倍。静转动组件由具有一定刚性的 筛板卷制而成，厚度为旋转床厚度的〇. 2倍?1. 5倍，优选0. 5倍?0. 8倍。转动组件设置 1?6层，优选设置3?5层，静止组件设置1?6层，优选设置3?5层。转动组件和静止 组件与旋转床同轴线设置。静止组件与转动组件高度相等，静止组件与转动组件重叠位置 长度为旋转床高度的1/8?7/8,优选1/3~1/2。静止组件和转动组件的厚度为旋转床厚度 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，进料管另一端与喷射式 混合器的出口连通；喷射式混合器包括对撞室和进料喷射口，对撞室内设置位置相对的两 个进料喷射口，两个进料喷射口之间形成喷射混合区，实现物料的预混合。
[0013] 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；旋转床优选采用耐腐蚀框架和床层构