一种立式烷基化反应器的制作方法

本实用新型属于石油化工领域，具体地涉及一种烷基化反应器，特别涉及用硫酸做催化剂的C4烷烃烷基化反应器。

背景技术：

烷基化反应是石油炼制工业的重要过程之一，目前，国际上成熟的烷基化技术有：硫酸法和氢氟酸法两种，即在硫酸和氢氟酸催化剂的作用下，异丁烷与丁烯反应得到烷基化油。由于硫酸的腐蚀性及对环境的影响要比氢氟酸小，因此硫酸法更有优势。

目前硫酸烷基化技术基本上为国外垄断，使用最广泛的美国DUPONT公司硫酸烷基化技术，该技术使用STRATCD反应器为卧式偏心接触反应器，其内部设有搅拌叶轮、循环套筒和U形冷却管，循环套筒和冷却管束平行于反应器壁。酸和烃在接触反应器内循环，靠叶轮强烈的剪切产生高度的湍流混合，通过与冷却管束的热交换移走反应热。该反应器的反应温度一般为6～10℃。CDTECH公司开发的 CDAlky硫酸烷基化工艺使用的是装填专用填料的单台立式塔设备，填料可确保酸和烃之间实现良好的接触，不需要高能耗搅拌器。同时该反应器采用泡点进料，通过反应器内异丁烷的气化移走反应热。这两种反应器都为目前成熟的专利设备，在国内外有广泛的应用。

美国专利US5443799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，异丁烷由喷嘴喷出与硫酸混合形成乳化液。在反应区，喷射的烯烃与来自预混合区的混合物流进入反应区后，由于反应区的体积骤然增大，混合物中的烃组份气化，绝热膨胀吸收烷基化反应放出的热量。该工艺的反应温度在8～20℃之间，温度偏高。

美国专利US5785933公开了一种硫酸作为催化剂的烷基化反应器系统，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，使烃类和酸催化剂在反应器内形成混合搅拌，从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催化烷基化反应器，但是混合效果需要进一步提高。

中国专利CN101104570A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％体积的规整填料。反应物依靠填料的自身压降使烃类气化维持反应温度。该专利与US5785933类似，都是采用静态混合器的原理使得硫酸和烃类混合。

专利CN105400544A公开了一种多级循环流反应器，该反应器包括壳体、导流筒、内套筒、油酸分离段、内套筒规整填料和液烃分布器，由于引入了气相 C4，反应器的结构使得内套筒内的气相C4烃含量远远大于内套筒和壳体间的气相含量，在内套筒内外形成压力差，使得浓硫酸和液相反应物料随着气相C4在内套筒内向上运动，在内套筒与壳体之间向下流通，形成内部循环流。该反应器采用C4蒸发的形式移除反应热，反应温度为5～13℃，反应压力为1.1～2.0bar。

虽然DUPONT硫酸烷基化技术和CDAlky硫酸烷基化工艺都是目前生产烷基化油的工艺技术，但STRATCD反应器和装填专用填料的单台立式塔设备分别属于 DUPONT公司和CDTECH公司的专利设备，国内企业使用这些反应器需要支付一定的专利费用。另外DUPONT硫酸烷基化技术采用STRATCD反应器需要使用高耗能的电机来搅拌，从而达到酸烃充分混合的目的，因此该设备的能耗很高；CDAlky 硫酸烷基化工艺使用的装填专用填料的单台立式塔设备采用专用的填料，造价非常高。一种多级循环流反应器与上述两种反应器相比具有低能耗，低造价的优点，同时和CDAlky硫酸烷基化工艺一样，由于采用C4蒸发的形式移除反应热，为了降低副反应必须在较低的压力下进行，导致反应器单位截面积的处理量较低，压缩机压缩烃类气体的能耗较高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种立式烷基化反应器，该反应器可以使反应烃和催化剂硫酸充分接触，混合均匀，提供较大的液液接触面积，达到高的转化率。该反应器具有能耗低，反应器单位截面积处理量大，酸耗低，液-液接触面积大，转化率高等特点。

本实用新型在CN105400544A公开的多级循环流反应器的基础上提供一种立式烷基化反应器，其主要结构为壳体、导流筒、内套筒、内套筒规整填料、硫酸分布器、液烃分布器、气相C4分布器和冷却盘管。

本实用新型的技术方案如下：

一种立式烷基化反应器，包括壳体2、导流筒3、内套筒4、规整填料5、硫酸分布器6、液烃分布器7、气相C4分布器8和冷却盘管9；壳体下封头18 的底部设置酸出口10，壳体上封头19的上部设置气体出口17；在壳体2的下部设置有气相C4分布器8，与气相C4进口11位相连；气相C4分布器8上面依次设置有至少2级的导流筒3和内套筒4，内套筒4内部仅设置规整填料5，在最下面的内套筒4内部设置有液烃分布器7和规整填料5，液烃分布器7与液烃进口12相连；壳体2上部设有硫酸分布器6，与酸进口13连接；壳体顶部设置液相出口16；冷却盘管9并联或串联布置在导流筒3和内套筒4之间。

所述的冷却盘管并联设置，冷却盘管9并排布置在导流筒3和内套筒4之间；每层的冷却盘管9单独设置冷却剂进口和出口。

所述的冷却盘管串联设置，冷却盘管的一端连接在壳体底部的冷却剂进口 14上，从底部的导流筒3开始螺旋上升，穿过内套筒4内部的规整填料5，规整填料5需要为盘管开孔，进入上部的导流筒3并螺旋上升，直到最上面的导流筒 3上为止，连接到壳体2上的冷却剂出口。

所述的导流筒3为圆台式结构，圆台母线与底面的夹角α为45°～60°，上下底面的直径比d/D为0.3～0.6，根据反应器的尺寸确定下底面与壳体的间隙σ和高度H的大小推荐的σ为5～30mm，H为50～300mm。

所述的内套筒4截面积与壳体截面积的比值为0.25～0.75，高径比为5～20，数量在2～10个之间，导流筒3和内套筒4间隔布置，导流筒3的个数为内套筒 4个数加1。

所述的内套筒4内部放置多段规整填料5，规整填料5的高度是内套筒4高度的0.05～0.2倍，相邻两块规整填料交错90°放置。

所述的液烃分布器7采用莲蓬式液体分布器，莲蓬头向上开有φ3～φ6的小孔，开孔率在20％～60％。

所述的气相C4分布器8采用金属烧结制成的多孔性爆气头，孔径在1μm～ 100μm之间。

所述的硫酸分布器6采用排管式液体分布器，排管向下开有φ3～φ6的小孔，每平方米反应器壳体截面设有100～600个孔。

所述的冷却盘管9的管径在DN15～DN20，冷却盘管9可以并联或串联布置在导流筒3和内套筒4之间。当冷却盘管为串联设置时，规整填料5需要为盘管开孔，见附图4。

本实用新型提出的反应器适用于烷基化反应，特别适用于硫酸为催化剂的 C4烷基化制烷基化油的反应。该反应器具有能耗低，反应器单位截面积处理量大，酸耗低，液-液接触面积大，转化率高等特点。

附图说明

图1是本实用新型立式烷基化反应器结构图A

图2是本实用新型立式烷基化反应器结构图B。

图3是导流筒立面剖视图。

图4是规整填料开孔俯视图。

图5是本实用新型立式烷基化反应器在烷基化工艺中的工艺流程图

其中：1-立式烷基化反应器；2-壳体；3-导流筒；4-内套筒；5-规整填料；6-硫酸分布器；7-液烃分布器；8-气相C4分布器；9-冷却盘管；10-酸出口；11-气相 C4进口；12-液烃进口；13-酸进口；14-冷却剂进口；15-冷却剂出口；16-液相出口；17-气相出口18-壳体下封头；19-壳体上封头；20-压缩机；21-闪蒸罐；22- 酸沉降罐；23-酸循环泵。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明：

如图1和图2，本实用新型中一种立式烷基化反应器1，包括壳体2、导流筒3、内套筒4、规整填料5、硫酸分布器6、液烃分布器7、气相C4分布器8 和冷却盘管9组成。

结合附图1和图2所示，壳体下封头18的底部设置酸出口10，壳体上封头 19的上部设置气体出口17；气相C4进口11位于壳体2的下部，并与气相C4 分布器8相连；气相C4进口11上面是导流筒3和内套筒4，内套筒4内部放置规整填料5，壳体2中下部设有液烃进口12，液烃进口12在内套筒4内部与液烃分布器7相连；壳体2上部设有酸进口13，并与硫酸分布器6相连；在导流筒3和内套筒4内部设置用于移除反应热的冷却盘管9；壳体顶部设置液相出口16。

如图3所述的导流筒3为圆台式结构，圆台母线与底面的夹角α为45°～ 60°，上下底面的直径比d/D为0.3～0.6，下底面与壳体的间隙σ为5～30mm，高度H为50～300mm，优选100～200mm。

所述的内套筒4截面积与壳体截面积的比值为0.25～0.75，高径比为5～20，优选10～15，数量在2～10个之间，优选3～6个，导流筒4的个数为内套筒个数3加1，导流筒3和内套筒4间隔放置。

所述的内套筒4内部放置多段规整填料5，规整填料5的高度是内套筒高度的0.05～0.2倍，相邻两块规整填料交错90°放置。

所述的液烃分布器7采用莲蓬式液体分布器，莲蓬头向上开有φ3～φ6的小孔，开孔率在20％～60％。

所述的气相C4分布器8采用金属烧结制成的多孔性爆气头，孔径在1μm～ 100μm之间，优选20μm～50μm。

所述的硫酸分布器6采用排管式液体分布器，排管向下开有φ3～φ6的小孔，每平方米反应器壳体截面设有100～600个孔。

所述的冷却盘管9的管径在DN15～DN20，如图1所示冷却盘管9并联布置在导流筒3和内套筒4之间，如图2所述冷却盘管9串联设置在导流筒3和内套筒4内部，此时规整填料5需要为盘管开孔，见附图4。

如图5所示，本实用新型一种立式烷基化反应器在烷基化工艺中的工艺流程图，C4烷烃和C4烯烃按比例混合进入反应器中下部，在浓硫酸的催化作用下，操作温度为-3～10℃，操作压力为0.3～0.7MPa，实现烷基化反应，液烃进料的烷烯比为5～20，酸烃比为0.5～2。

下面结合图5进一步说明立式烷基化反应器的使用方法。

C4烷烃和C4烯烃以一定的比例一起进入液烃进料口12，液烃经过液烃分布器7进行分布；气相C4经过气相C4进口11，在气相C4分布器8内分布；催化剂浓硫酸由酸进口13进入反应器并在酸分布器6内分布；从气相C4分布器8 出来的气相C4向上运动是，在导流筒3的作用下聚集在壳体横截面的中心区域，保证气相C4大部分都进入内套筒4的内部；由于气相C4大部分都存在于内套筒 4的内部，内套筒4内外空间的气含率不同，导致内套筒4与壳体2之间的硫酸和液烃向内套筒4内部运动，即内部环流，这样增加液烃和硫酸的接触，增大反应时间，在内套筒4内气体携带液烃和硫酸向上运动，被规整填料5切割、分散，使得硫酸和液烃充分接触混合均匀，实现烷基化反应，生产烷基化油，产生的反应热由冷却盘管9携带出反应器；气相C4继续向上运动从气相C4出口17进入压缩机20，反应器底部酸出口10采出的酸和液相出口16采出的液相进入酸沉降罐22，酸沉降罐下层为酸相经过酸循环泵23返回至酸进口13，一部分作为废酸采出，酸沉降罐的上层油相进入闪蒸罐21，闪蒸罐21闪蒸出的气相进入压缩机20，与塔顶气相C4一起压缩后进入后续单元，闪蒸罐21液相进入脱异丁烷塔等后续单元直至得到烷基化产品。

实施例1～3具体操作参数见表1。

以上所述实例仅是充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。