混合-反应元件、混合-反应模块及烷基化反应器的制作方法

本公开涉及石油化工领域，具体地，涉及一种混合-反应元件、混合-反应模块及烷基化反应器。

背景技术：

石油化工行业的烷基化反应器中发生的反应是在催化剂的作用下进行的，催化剂分为固体和液体两种形式，液体催化剂通常为酸性离子液体。由反应机理的研究可知，对于采用液体催化剂的烷基化反应过程，反应主要是在液相催化剂和烃类反应原料两相的界面完成，并且界面的更新速率以及界面附近的烷烃与烯烃的比例(烷烯比)是影响主反应选择性的关键因素。为了达到更高的烷基化产品选择性，烷基化反应需要强烈的液液混合和较高的反应烷烯比。

现有液体烷基化技术基本都采用类似静态混合器类反应器，并采用多个反应器多段进料的方式，以提高反应器内部的烷烯比，强化液液混合传质，以达到提高烷基化油的选择性和产品质量的目的。但这种型式的反应器混合效果差，并且需要多台独立的卧式反应器，投资高占地面积大。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种混合-反应元件、混合-反应模块及烷基化反应器，该混合-反应元件及混合-反应模块液液混合传质效果好，将其用于烷基化反应器能够有效促进烷基化反应，抑制副反应，与其它混合形式相比，可大幅度提高烷基化油的选择性和产品质量。

为了实现上述目的，本公开的第一方面提供一种混合-反应元件，该混合-反应元件包括第一管状件和第二管状件；所述第一管状件的内部形成为第一液体通道，所述第二管状件套设在所述第一管状件之外以在二者的管壁之间形成为第二液体通道；所述第一管状件的底端封闭、管壁具有多个第一开孔、顶端具有第一开口；所述第二管状件的管壁具有多个第二开孔、底端具有第二开口、顶端与第一管状件的顶端之间密封连接。

可选地，所述第一管状件为上端开口的圆管或锥形管，所述第二管状件为下端开口的圆管或锥形管。

可选地，所述第一开孔的直径为1～10mm，每个所述混合-反应元件中所有所述第一开孔的开孔面积之和占所述第一管状件侧壁面积的1％～60％。

可选地，所述第二开孔的直径为1～10mm，每个所述混合-反应元件中所有所述第二开孔的开孔面积之和占所述第二管状件侧壁面积的1％～70％。

可选地，所述混合-反应元件还包括封闭盖板，所述第二管状件的顶端通过所述封闭盖板与所述第一管状件密封连接。

本公开的第二方面，提供一种用于烷基化反应器的混合-反应模块，该混合-反应模块包括本公开的第一方面提供的混合-反应元件。

可选地，该混合-反应模块还包括平行间隔设置的上隔板和下隔板；所述上隔板和下隔板分别用于通过端边与所述烷基化反应器的壳体内壁密封固定连接，以在上隔板和下隔板之间形成反应进料区，每一个所述混合-反应元件上下贯穿所述反应进料区并分别与所述上隔板和下隔板密封固定连接；所述上隔板之上的空间仅通过所述第一开口与所述混合-反应元件的内部空间流体连通，所述反应进料区仅通过所述第二开孔与所述第二液体通道流体连通，所述下隔板之下的空间仅通过所述第二开口与所述混合-反应元件的内部空间流体连通。

可选地，所述混合-反应模块包括在所述反应进料区内均匀分布的多个所述混合-反应元件。

可选地，所述混合-反应元件还包括封闭盖板，所述第二管状件的顶端通过所述封闭盖板与所述第一管状件密封连接；所述上隔板具有与混合-反应元件数量相同的通孔，所述通孔的直径大于混合-反应元件的第二管状件的外径，每个混合-反应元件的封闭盖板的外缘与上隔板上相对应的通孔的圆周密封固定连接；所述下隔板也具有与混合-反应元件数量相同的通孔，下隔板的通孔与上隔板的通孔的水平位置一一同心对应，每个混合-反应元件的第二开口与所述下隔板上相对应的通孔的圆周密封固定连接。

本公开的第三方面，提供一种烷基化反应器，该反应器包括本公开的第一方面提供的混合-反应元件或本公开的第二方面提供的混合-反应模块。

通过上述技术方案，本公开的混合-反应元件和混合-反应模块具有相对设置的第一开孔和第二开孔，进入该混合-反应元件内的两股反应物料能够分别通过第一开孔和第二开孔以“对冲喷射”方式进入第二液体通道内的反应区进行混合反应，在混合-反应元件内反应物料能够得到充分混合接触，混合和反应效率高。将该混合-反应元件和混合-反应模块用于烷基化反应器能够有效促进液体催化剂与反应进料混合反应、提高烷基化反应的选择性和产品质量。通过在烷基化反应器内设置多个混合-反应元件或多级混合-反应模块能够优化烷烯比，提高反应效率，减少反应器投资和占地面积。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开提供的混合-反应元件的一种具体实施方式的结构示意图。

图2是本公开提供的混合-反应元件的另一种具体实施方式的结构示意图。

图3是本公开提供的混合-反应元件的一种具体实施方式的内部液体流向示意图。

图4是本公开提供的混合-反应模块结构的一种具体实施方式的结构示意图。

图5是本公开提供的混合-反应模块的一种具体实施方式的俯视示意图(即图4的AA剖面示意图)。

图6是本公开提供的烷基化反应器的一种具体实施方式的结构示意图。

图7是本公开提供的烷基化反应器的一种具体实施方式的反应器内液体流向示意图。

附图标记说明

1 壳体 2 上部封头

3 下部封头 4 混合-反应模块

5 液体催化剂入口 6 反应进料入口

7 出料口 8 混合-反应元件

9 上隔板 10 下隔板

11 第一管状件 12 第二管状件

13 反应进料区 14 第一开口

15 第二开口 16 封闭盖板

17 第二液体通道

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指装置在正常使用状态下的“上”和“下”，具体可以参考图1-图4、图5-图6的图面方向。“内、外”是指针对装置的轮廓而言的。

如图1所示，本公开的第一方面提供一种混合-反应元件，该混合-反应元件包括第一管状件11和第二管状件12；所述第一管状件11的内部形成为第一液体通道，所述第二管状件12套设在所述第一管状件11之外以在二者的管壁之间形成为第二液体通道17；所述第一管状件11的底端封闭、管壁具有多个第一开孔、顶端具有第一开口14；所述第二管状件12的管壁具有多个第二开孔、底端具有第二开口15、顶端与第一管状件11的顶端之间密封连接。

本公开的混合-反应元件和混合-反应模块具有相对设置的第一开孔和第二开孔，进入该混合-反应元件内的两股反应物料能够分别通过第一开孔和第二开孔以“对冲喷射”方式进入第二液体通道内的反应区进行混合反应，在混合-反应元件内反应物料能够得到充分混合接触，混合和反应效率高。将该混合-反应元件和混合-反应模块用于烷基化反应器能够有效促进液体催化剂与反应进料混合反应、提高烷基化反应的选择性和产品质量。

根据本公开，第一管状件11和第二管状件12的形状没有特殊的要求，可以为常规种类的任何形状，只要保证第一管状件11和第二管状件12管壁的第一开孔和第二开孔方向相对即可，第一管状件11和第二管状件12的材质也可以为常规材质，优选为多孔隙金属粉末冶金或丝网烧制管。第一管状件11优选为上端开口的圆管或锥形管，第二管状件12优选为下端开口的圆管或锥形管。例如，在本公开的一种具体实施方式中，如图1所示，第一管状件11为上端开口的圆管，第二管状件12为下端开口的圆管。在本公开的另一种具体实施方式中，如图2所示，第一管状件11为上端开口的圆锥管，第二管状件12为下端开口的圆管，且第一管状件的管径由上至下逐渐减小。在上述优选的实施方式中，第一管状件11和第二管状件12通过各自的开孔进行液体混合的效率更高且便于成型制备。

根据本公开，第一管状件11和第二管状件12的管壁可以分别形成有均匀或不均匀开孔，开孔的大小和个数可以在较大范围内变化，第一开孔的直径可以为1～10mm，优选为3mm，每个混合-反应元件8中所有第一开孔的开孔面积之和可以占第一管状件侧壁面积(即开孔率)的1％～60％，优选为20％～50％，最优选为30％～40％；第二开孔的直径可以为1～10mm，优选为3mm，每个混合-反应元件8中所有第二开孔的开孔面积之和可以占第二管状件侧壁面积的1％～70％，优选为10％～60％，最优选为20％～40％。上述优选的开孔面积与反应器内液体流量更匹配，有利于反应器内的液体的混合和反应效率的提高。

在本公开优选的一种具体实施方式中，如图1或图2所示，混合-反应元件还可以包括封闭盖板16，第二管状件12的顶端通过封闭盖板16与第一管状件11密封连接。封闭盖板16的直径可以大于第二管状件12的外径，以便于通过封闭盖板16延伸出的圆周与反应器进行固定连接。

本公开的第二方面，提供一种用于烷基化反应器的混合-反应模块，该混合-反应模块包括本公开的第一方面提供的混合-反应元件。

在本公开优选的一种具体实施方式中，如图4所示，该混合-反应模块还包括平行间隔设置的上隔板9和下隔板10；上隔板9和下隔板10分别用于通过端边与烷基化反应器的壳体内壁密封固定连接，以在上隔板9和下隔板10之间形成反应进料区13，每一个混合-反应元件8上下贯穿反应进料区13并分别与上隔板9和下隔板10密封固定连接；上隔板9之上的空间仅通过第一开口14与混合-反应元件8的内部空间流体连通，反应进料区13仅通过第二开孔与第二液体通道17流体连通，下隔板10之下的空间仅通过第二开口15与混合-反应元件8的内部空间流体连通。

根据本公开，为了进一步加强每一个混合-反应模块中的液-液混合效率，优选情况下，每个混合-反应模块4可以包括在应进料区13内均匀分布的多个混合-反应元件8，混合反应元件8的个数可以根据烷基化反应的具体情况进行计算后确定。

在本公开优选的一种具体实施方式中，如图1和图2所示，混合-反应元件还可以包括封闭盖板16，第二管状件12的顶端可以通过封闭盖板16与第一管状件11密封连接；如图4和图5所示，上隔板9可以具有与混合-反应元件8数量相同的通孔，通孔形状优选为与第二管状件12的截面形状相匹配，更优选为圆型孔。通孔的直径优选大于混合-反应元件8的第二管状件12的外径，每个混合-反应元件8的第一管状件11顶部的第一开口14与上隔板9上相应位置的圆型孔同心，为液体催化剂或反应产物和液体催化剂混合物的进口，混合-反应元件8的封闭盖板16的外缘可以与上隔板9上相对应的通孔的圆周密封固定连接；下隔板10也可以具有与混合-反应元件8数量相同的通孔，下隔板10的通孔与上隔板9的通孔的水平位置一一同心对应，每个混合-反应元件8的第二开口15与下隔板10上相对应的通孔的圆周密封固定连接。

本公开的第三方面，提供一种烷基化反应器，该反应器包括本公开的第一方面提供的混合-反应元件或本公开的第二方面提供的混合-反应模块。

在根据本公开的一种具体实施方式中，如图6所示，该烷基化反应器可以包括壳体1、混合-反应模块4、液体催化剂入口5、出料口7以及反应进料入口6，液体催化剂入口5可以位于壳体1顶部，出料口7可以位于壳体1底部。

根据本公开，为了在反应器中实现多级反应，进一步优化烷烯比、提高反应效率，优选地，该烷基化反应器的壳体1内可以均匀分布有多个混合-反应元件或在壳体1内自上而下间隔设置有多个混合-反应模块，壳体1内混合-反应模块的个数可以为1～12个，优选为9个。

如图3和图7所示，采用本公开提供的烷基化反应器进行烷基化反应的方法可以包括如下步骤：

(1)使液体催化剂从液体催化剂入口5进入烷基化反应器第一级混合-反应模块的上部空间，并分别通过第一级混合-反应模块的各混合-反应元件的第一管状件11的第一开口14进入第一液体通道，再经第一开孔进入第二液体通道；(2)使反应进料经设在反应器壳体侧面的反应进料入口6进入第一级混合-反应模块上隔板和下隔板之间的反应进料区13，反应进料区13内的反应进料分别通过各混合-反应元件的第二开孔进入第二液体通道，与经第一开孔进入第二液体通道的液体催化剂以对冲喷射的方式混合并进行烷基化反应；(3)生成的反应产物和液体催化剂混合物在第二液体通道内向下流动，然后分别通过混合-反应元件的第二开口15流出离开第一级混合-反应模块；(4)离开第一级混合-反应模块的反应产物和液体催化剂混合物经过第一级与第二级混合-反应模块之间的空间进入第二级混合-反应模块的各混合-反应元件的第一液体通道，再经第一开孔进入所述第二液体通道；为了保持反应所需的烷烯比，提高选择性，需要向第二级混合-反应模块补充部分反应进料，补充的反应进料从第二级反应进料入口进入第二级混合-反应模块的反应进料区13，并通过混合-反应元件的第二开孔进入第二液体通道，与经第一开孔进入第二液体通道的第一级反应产物和液体催化剂混合物以对冲喷射的方式混合并进行烷基化反应，然后反应产物和液体催化剂混合物离开第二级混合-反应模块。以此类推直至最后一级混合-反应模块；(5)离开最后一级混合-反应模块的反应产物和液体催化剂混合物进入反应器最下部空间，然后通过出料口7离开烷基化反应器；(6)离开反应器的反应产物和液体催化剂混合物送至后续的分离设施进行分离，分离出烷基化产品和液体催化剂，液体催化剂再被送回烷基化反应器循环使用。

实施例1

本实施例用于说明本公开的混合-反应元件、混合-反应模块和烷基化反应器。

如图1和图4-图6所示，本实施例提供一种内置4级混合-反应模块的烷基化反应器。包括：内径为3800mm，长度为7400mm的壳体1，上部封头2和下部封头3，上部封头2和下部封头3分别密封焊接在壳体1的两端形成封闭的反应器壳体，壳体1内安装4组厚度为600mm的混合-反应模块4，壳体1侧面设有4个DN100的反应进料入口6分别与每个混合-反应模块相通，上部封头2为椭球型，顶部设置有DN200的液体催化剂入口5，下部封头3为椭球型，底部设置有DN250的供反应产物和液体催化剂混合物离开反应器的出料口7；

混合-反应模块包括18个混合-反应元件8，上隔板9和下隔板10分别与壳体密封焊接固定；

混合-反应元件8包括内径为80mm的等直径第一管状件11和内径为200mm的第二管状件12，第一管状件11长350mm，第一开孔和第二开孔的直径均为3mm，第一管状件11的开孔率为管壁表面积的35％；第二液体通道径向间距(第一管状件11的外径与第二管状件12的内径之间的距离)为57mm；第二管状件12为金属粉末冶金烧制管，孔隙率为管壁表面积的25％；混合-反应元件的第二开口15的直径为100mm。

实施例2

同实施例1，区别仅在于的混合-反应元件8内所设置的第一管状件11的形状是顶部直径大下部直径小的倒圆锥管(如图2所示)，上下直径比例为1：0.65，上部内径为80mm，第一管状件11长350mm，孔的直径为3mm，开孔率为管壁表面积的36％；

第二液体通道径向间距(第一管状件11的外径与第二管状件12的内径之间的距离)上部为57mm，下部为71mm；第二管状件12为金属网烧制管，孔隙率为管壁表面积的25％，混合-反应元件的第二开口15的直径为100mm。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。