一种用于烷基化反应装置的液体分布器的制作方法

本申请涉及石油化工设备技术领域，尤其涉及一种用于烷基化反应装置的液体分布器。

背景技术：

在石油炼制领域，硫酸法烷基化是异构烷烃在浓硫酸催化剂的存在条件下，与烯烃发生反应生成烷基化产物的过程。影响硫酸法烷基化反应的因素极其复杂，一般认为反应的控制步骤是异丁烷向硫酸的传质速率。理论与实践研究表明，硫酸烷基化反应能够顺利进行，取决于酸烃分散、接触以及循环方式是否良好，以及反应热能否及时高效地移除，因此，硫酸烷基化反应既要实现酸烃两相的充分混合，又要保证烷基化反应能在较低的温度下进行。

技术实现要素：

本申请提供一种用于烷基化反应装置的液体分布器，能够解决现有技术中酸烃两相组成的反应物混合不均及接触面积小造成的反应效率低的技术问题。

本申请提供一种用于烷基化反应装置的液体分布器，所述烷基化反应装置包括液体分布器、液体上升管和烯烃分布管，所述液体上升管由上部的筒形封头、中部的圆筒形筒体和下部倒置的圆台面形筒体组成，所述筒形封头顶部设有气体出口管，所述筒形封头上部的侧面设有液体出口管，所述烯烃分布管设于所述圆筒形筒体内部，所述圆筒形筒体内部还设有填料，所述液体分布器位于所述液体上升管底部；

所述液体分布器包括烷烃进料管、液体酸进料管、主体管以及出口喷嘴；所述出口喷嘴与所述液体上升管相连通；

所述主体管包括顺次连接的预混段圆管、旋流段锥管和外管；

所述预混段圆管的一端设有端盖；

所述液体酸进料管设于所述端盖上，所述液体酸进料管与预混腔相连通；

所述烷烃进料管设于所述预混段圆管上，所述烷烃进料管与旋流腔相连通；

所述外管内设有内管分布器和雾化机构；所述外管与所述内管分布器形成环形混合腔；

所述出口喷嘴包括前端喷板和长圆形附件；所述前端喷板上设有数个半球形凸起；所述半球形凸起上开设有长圆形孔；

所述长圆形附件的一端通过固定件与所述外管的管内壁连接；所述长圆形附件的另一端伸入所述长圆形孔内与所述半球形凸起形成呈环形缝隙状的喷口。

进一步地，所述内管分布器包括内管和顶端分配器；所述内管的一端与所述旋流段锥管的一端连接，所述内管的另一端与所述顶端分配器连接；所述内管的管壁上沿周向设有分布孔；所述顶端分配器上设有数个分配孔。

进一步地，所述雾化机构包括第一雾化组件、第二雾化组件、纵切面呈圆形的第一强化板、纵切面呈椭圆形的第二强化板以及纵切面呈扁平型的第三强化板；所述第一雾化组件、第二雾化组件、第一强化板、第二强化板以及第三强化板均固定于所述外管的管内壁上。

进一步地，所述前端喷板上设有至少四个半球形凸起；所述长圆形附件的数量与所述半球形凸起的数量相等。

进一步地，在所述内管的管壁的圆周方向上，设有1-30圈所述分布孔；每圈所述分布孔等间距分布；每个所述分布孔的直径为1-10mm。

进一步地，所述顶端分配器的纵切面为圆形；在所述纵切面的圆周方向上设有至少两圈分配孔；每圈所述分配孔等间距分布；每个所述分配孔的直径为1-60mm。

进一步地，所述内管分布器的内径与所述外管的内径的比值为0.2-0.95；所述分布孔的面积之和与所述内管分布器的截面积之比为0.1-5。

进一步地，所述液体酸进料管包括喷头群组；所述喷头群组包括喷头基体；所述喷头基体上设有8-20个独立喷头；每个独立喷头的孔径为4-20mm。

由以上技术方案可知，采用本实用新型提供的用于烷基化反应装置液体分布器，具有如下有益效果：较低粘度的烷烃液体通过第一雾化组件和第二雾化组件后，得到初步雾化，较大的雾滴在逐步穿过第一强化板、第二强化板以及第三强化板，得到强化雾化。由于第一强化板、第二强化板以及第三强化板的纵切面由圆形变为椭圆形最终变为扁平型，使经过第三强化板的喷雾射流呈扁平状，具有较大的初速度，大大增加了烷烃液体与液体酸在反应器中的接触效率；其次，本申请技术方案将喷口设计为环形缝隙状，使喷出的射流层密度小，有利于反应物的分散，进一步提高烷烃液体与液体酸的接触面积；最后，本申请技术方案中的出口喷嘴包括多个环形缝隙状的喷口，将液体分布器中的反应物分为多股喷出，进一步降低射流层密度，提高反应效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请根据一示例性实施例示出的一种高效分散反应液的烷基化反应装置的结构示意图；

图2为本申请根据一示例性实施例示出的高效分散反应液的烷基化反应装置液体分布器的结构示意图；

图3为图2所示液体分布器的局部纵切面示意图；

图4为图2所示液体分布器的局部横切面示意图；

图5为本申请根据一示例性实施例示出的第一强化板纵切面示意图；

图6为本申请根据一示例性实施例示出的第二强化板纵切面示意图；

图7为本申请根据一示例性实施例示出的第三强化板纵切面示意图；

图8为本申请根据一示例性实施例示出的喷头群组示意图。

图示说明：

1-液体分布器；2-液体上升管；3-烯烃分布管；21-筒形封头；22-圆筒形筒体；23- 圆台面形筒体；24-气体出口管；25-液体出口管；26-填料；11-烷烃进料管；12-液体酸进料管；13-主体管；14-出口喷嘴；131-预混段圆管；132-旋流段锥管；133-外管；134- 端盖；135-预混腔；136-旋流腔；137-内管分布器；138-雾化机构；139-环形混合腔； 141-前端喷板；142-长圆形附件；1411-半球形凸起；1412-长圆形孔；1421-固定件；1423- 喷口；1371-内管；1372-顶端分配器；1373-分布孔；1374-分配孔；1381-第一雾化组件； 1382-第二雾化组件；1383-第一强化板；1384-第二强化板；1385-第三强化板；121-喷头群组；1211-喷头基体；1212-独立喷头。

具体实施方式

图1为本申请根据一示例性实施例示出的一种高效分散反应液的烷基化反应装置的结构示意图；图2为本申请根据一示例性实施例示出的高效分散反应液的烷基化反应装置液体分布器的结构示意图；图3为图2所示液体分布器的局部纵切面示意图；图4为图2所示液体分布器的局部横切面示意图。

参阅图1、图2、图3及图4可知，该高效分散反应液的烷基化反应装置包括液体分布器1、液体上升管2和烯烃分布管3，所述液体上升管2由上部的筒形封头21、中部的圆筒形筒体22和下部倒置的圆台面形筒体23组成，所述筒形封头21顶部设有气体出口管24，所述筒形封头21上部的侧面设有液体出口管25，所述烯烃分布管3设于所述圆筒形筒体22内部，所述圆筒形筒体22内部还设有填料26，所述液体分布器1位于所述液体上升管2底部；

所述液体分布器1包括烷烃进料管11、液体酸进料管12、主体管13以及出口喷嘴 14；所述出口喷嘴14与所述液体上升管2相连通；

所述主体管13包括顺次连接的预混段圆管131、旋流段锥管132和外管133；

所述预混段圆管131的一端设有端盖134；

所述液体酸进料管12设于所述端盖134上，所述液体酸进料管12与预混腔135相连通；

所述烷烃进料管11设于所述预混段圆管131上，所述烷烃进料管11与旋流腔136 相连通；

所述外管133内设有内管分布器137和雾化机构138；所述外管133与所述内管分布器137形成环形混合腔139；

所述出口喷嘴14包括前端喷板141和长圆形附件142；所述前端喷板141上设有数个半球形凸起1411；所述半球形凸起1411上开设有长圆形孔1412；

所述长圆形附件142的一端通过固定件1421与所述外管133的管内壁连接；所述长圆形附件142的另一端伸入所述长圆形孔1412内与所述半球形凸起1411形成呈环形缝隙状的喷口1423。

使用高效分散反应液的烷基化反应装置的烷基化反应流程为，将烷烃、低碳烯烃及液体酸催化剂进料到反应器中，低碳烯烃包括丁烯、丙烯、戊烯或者烯烃混合物，优选的反应物料是异丁烷、醚后液化气和浓硫酸。在操作压力为0.4-0.6MPa，反应温度为 0-10℃的条件下，实现烯烃的烷基化反应。

具体的，异丁烷和液体酸催化剂分别由烷烃进料管11和液体酸进料管12喷射进主体管13内，进行碰撞、乳化混合或雾化混合，在液体分布器1内形成以液体酸为连续相烷烃为分散相的酸烃混合液，混合后的酸烃混合液由出口喷嘴14高速喷入液体上升管2 中，物料进入液体上升管2后向上流动，与设置在液体上升管2内的烯烃分布管3喷出的烯烃快速均匀的混合，含有烯烃、烷烃以及液体酸的混合液向上流动进入填料26内，在填料26的切割、分散作用下，充分混合，在烷基化条件下使烷烃和烯烃的混合物与液体酸接触，从而获得烷基化油。在烷基化过程中，产生的热量将C4烷烃气化，利用其蒸发所需的汽化热将反应热量带走，然后气体通过液体上升管2顶部的气体出口管24进入压缩机，反应后的烷基化油和液体酸混合物经液体出口管25进入酸烃沉降器静止分离，下层分离的酸相作为循环酸由酸泵泵入液体分布器1，少量以废酸的形式排出。上层的混合烃相进入闪蒸罐，闪蒸罐内的气相经压缩机压缩后进入后续单元，闪蒸罐内的液相进入脱异丁烷塔，塔顶分离出的异丁烷与来自压缩机的循环异丁烷返回混合烃缓冲罐，塔底分离出的烷基化油产品进入后续处理单元。

在上述实施例中，所述内管分布器137包括内管1371和顶端分配器1372；所述内管1371的一端与所述旋流段锥管132的一端连接，所述内管1371的另一端与所述顶端分配器1372连接；所述内管1371的管壁上沿周向设有分布孔1373；所述顶端分配器1372 上设有数个分配孔1374。

所述雾化机构138包括第一雾化组件1381、第二雾化组件1382、纵切面呈圆形的第一强化板1383、纵切面呈椭圆形的第二强化板1384以及纵切面呈扁平型的第三强化板 1385；所述第一雾化组件1381、第二雾化组件1382、第一强化板1383、第二强化板1384 以及第三强化板1385均固定于所述外管133的管内壁上。

本申请技术方案中，液体分布器1对烷烃与液体酸的混合起到了关键作用，具体的，液体酸由液体酸进料管12进入预混腔135，同时进入预混腔135异丁烷液体(由烷烃进料管11)与液体酸发生撞击，异丁烷液体被打碎成颗粒较大的油滴，未被打碎的部分在油滴四周形成外部为油膜、中心为液体酸和油滴混合物的环状流；环状流进入旋流腔 136，再由旋流腔136进入环形混合腔139，由环形混合腔139通过内管1371的管壁上设置的分布孔1373，进入内管管腔615内，再经顶端分配器1372的分配孔1374喷出，进入雾化机构138；通过第一雾化组件1381和第二雾化组件1382后，异丁烷液滴得到进一步雾化，液滴再逐步穿过第一强化板1383、第二强化板1384以及第三强化板1385，得到强化雾化，最后由出口喷嘴14的多个环形缝隙状的喷口喷出，进入液体上升管2内。

在上述工作过程中，环状流经过内管分布器137时，通过沿内管1371的管壁上沿周向设有分布孔1373和顶端分配器1372上设置的数个分配孔1374向外喷出，连续、均匀平稳的进入雾化机构中。由于分布孔1373在内管管壁圆周上均匀分布，当环状流经过这些分布孔1373时，未被破碎的油滴被进一步破碎，将油滴切割、破碎成更小的液滴，并且由于作用点多、接触面积大，雾化效果好。进入雾化机构后，通过第一雾化组件1381 和第二雾化组件1382后，得到进一步雾化，较大的雾滴在逐步穿过第一强化板1383、第二强化板1384以及第三强化板1385，得到强化雾化。由于第一强化板1383、第二强化板1384以及第三强化板1385的纵切面由圆形变为椭圆形最终变为扁平型(参阅图5 至图7)，使经过第三强化板1385的喷雾射流呈扁平状，具有较大的初速度，大大增加了液体酸与异丁烷在反应器中的接触效率，最后混合物由出口喷嘴14喷出，喷出时，由于本申请技术方案将喷口1423设计为环形缝隙状，使喷出的射流层密度小，进一步提高液体酸与异丁烷的接触面积；最后，本申请技术方案中的出口喷嘴14包括多个环形缝隙状的喷口1423，将液体分布器1中的反应液分为多股喷出，进一步降低射流层密度的同时，进一步提高接触面积。

作为本申请技术方案的改进，所述前端喷板141上设有至少四个半球形凸起1411；所述长圆形附件142的数量与所述半球形凸起1411的数量相等。

将液体分布器1中的反应液分为四股喷出，进一步降低射流层密度的同时，提高反应液对液体上升管2截面的覆盖率，同时，进一步提高接触面积，改善反应器内的烷基化效果。

作为本申请技术方案的改进，在所述内管1371的管壁的圆周方向上，设有1-30圈所述分布孔1373；每圈所述分布孔1373等间距分布；每个所述分布孔1373的直径为 1-10mm。所述顶端分配器1372的纵切面为圆形；在所述纵切面的圆周方向上设有至少两圈分配孔1374；每圈所述分配孔1374等间距分布；每个所述分配孔1374的直径为 1-60mm。

由于分布孔1373在内管管壁圆周上均匀分布，当环状流经过这些分布孔1373时，未被破碎的油滴被进一步破碎，将油滴切割、破碎成更小的液滴，并且由于作用点多、接触面积大，分散效果好。

作为本申请技术方案的改进，所述内管分布器137的内径与所述外管133的内径的比值为0.2-0.95；所述分布孔1373的面积之和与所述内管分布器137的截面积之比为 0.1-5。

参阅图8，作为本申请技术方案的改进，所述液体酸进料管12包括喷头群组121；所述喷头群组121包括喷头基体1211；所述喷头基体1211上设有8-20个独立喷头1212；每个独立喷头1212的孔径为4-20mm。

喷头群组121对液体酸进行预分散，为后续分散效果的优化提供基础。独立喷头1212 在蒸汽喷头基体1211上可以单圈分布，也可以是多排交错分布。多个独立喷头在水平方向上呈放射状布置，有利于增大液体酸与异丁烷的碰撞效率。

由上述实施例可知，采用本实用新型提供用于烷基化反应装置的液体分布器，具有如下有益效果：较低粘度的烷烃液体通过第一雾化组件和第二雾化组件后，得到初步雾化，较大的雾滴在逐步穿过第一强化板、第二强化板以及第三强化板，得到强化雾化。由于第一强化板、第二强化板以及第三强化板的纵切面由圆形变为椭圆形最终变为扁平型，使经过第三强化板的喷雾射流呈扁平状，具有较大的初速度，大大增加了烷烃液体与液体酸在反应器中的接触效率；其次，本申请技术方案将喷口设计为环形缝隙状，使喷出的射流层密度小，有利于反应物的分散，进一步提高烷烃液体与液体酸的接触面积；最后，本申请技术方案中的出口喷嘴包括多个环形缝隙状的喷口，将液体分布器中的反应物分为多股喷出，进一步降低射流层密度，提高反应效率。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本实用新型实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本实用新型实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述的本实用新型实施方式并不构成对本实用新型保护范围的限定。