一种液体酸烷基化反应器及其应用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种石油化工领域的反应器，更具体地说，涉及一种异构烷烃和烯烃在液体酸催化下进行烷基化反应的反应器。
【背景技术】
[0002]异构烷烃与烯烃的烷基化反应，主要是指异丁烷与丁烯的烷基化反应，其反应的实质是在酸性催化剂的存在下，把烷烃分子加到烯烃分子上的有机加成反应。烷基化反应是石化工业中一个重要的工艺过程。异丁烷与丁烯在强酸催化剂作用下反应生成的异构cs烷烃，称为烷基化汽油。烷基化汽油具有高辛烷值(R0N94?96)和低Reid蒸汽压，硫含量、烯烃含量极低，无苯和芳烃，是优良的汽油调和组分。采用新配方汽油作为汽油发动机的燃料，将会大大缓和由于汽油尾气排放造成的城市空气污染。就此意义而言，烷基化汽油是一种环境友好的石油化工产品。
[0003]目前工业上烷基化反应所采用的催化剂主要为浓硫酸或氢氟酸等液体强酸。典型的烷基化反应工艺仍采用卧式搅拌釜反应器，而异丁烷和丁烯烷基化反应是典型的双液相反应，相间传质速率决定了宏观反应速率。此类反应体系中，在两相充分分散混合的情况下，烯烃能够很快实现完全转化，如果反应时间过长，开始形成的具有高辛烷值的三甲基戊烷(TMP)就会和强酸性的催化剂继续接触，会引起TMP向低辛烷值的二甲基己烷(DMH)的异构化。因此，采用常规搅拌反应釜难以实现在获得高转化率的同时获得高辛烷值的产品。
[0004]异构烷烃与烯烃的烷基化反应属于不互溶液-液两相反应,不互溶液-液两相的混合效果对液-液反应的转化率和选择性具有重要影响。目前已有的液-液两相混合反应器主要有搅拌釜、静态混合器、撞击流混合器以及喷射式混合器等。
[0005]CN200520078557.3公开了一种硫酸法烷基化工艺中的卧式反应器，主体是一个卧式压力容器，有一个内循环套筒、一个列管式取热管束、一个封头处的螺旋搅拌桨。反应进料和循环酸进入搅拌桨的吸入侧，在搅拌桨的驱动下，反应物料迅速扩散并与酸形成乳化液，乳化液在反应器内不停地高速循环并发生反应。在反应器的排出侧，一部分乳化液排出到酸沉降罐，进行酸的分离。酸由于比重较大而沉入沉降罐底部，然后返回到搅拌桨的吸入侦L反应物混合过程在整个卧式反应器中完成，混合的空间尺寸为整个反应器，时间适度在20?30分钟，属于宏观混合的范畴。这种反应器内的返混较大，不利于提高反应的选择性。US6194625B1公开了一种分段进料的烷基化反应器，反应区被分隔成几个串联的区段，将新鲜原料分割成几股分别引入每个反应区段，而循环使用的酸烃乳液则是串流式的，每个反应区段内采用机械搅拌的方式进行混合。这种结构虽然克服了返混较大的问题，但结构过于复杂。另外，这两种反应器都采用了固定电机驱动搅拌桨，很容易因密封不严而反生泄漏。
[0006]CN100348559C公开了一种在超重力旋转装置中完成离子液体催化异构烷烃与烯烃的液-液相烷基化反应工艺方法。该发明提供的旋转床反应器装置包括:反应器壳体，壳体上有加料口及出料口，反应器壳体内装有由转子、填料层组成的旋转填充床，其中有进料管、料液喷头，旋转填充床位于壳体上部，壳体下部为储液罐，在反应器中心装有搅拌装置，可对储液罐的反应物料进行搅拌，储液罐与料液循环泵连接构成旋转床循环反应器，循环泵的吸入管入口处连有混合器，在混合器上开有烷烯料液吸入口和离子液体进口，反应后的部分料液和离子液体在混合器混合，循环泵的出料口连接旋转填充床的进料管，循环泵把混合后的料液送至旋转填充床进行循环反应，在储液罐上装有液位控制计，控制料液的停留时间。这种结构的反应器能够强化反应物与酸烃乳液间的混合，但结构仍过于复杂，不容易扩大生产规模。
[0007]US3281213提出了一种立式烷基化反应器，其主体是一根提升管，提升管与一个卧式罐相连接，卧式罐内装有酸烃乳液，参与反应的异构烷烃和烯烃通过提升管底部的喷嘴喷入，喷射造成的引力带动着卧式罐中的酸烃乳液一起进入提升管，反应即在这根提升管反应器中进行。提升管顶端连接有一个分离罐，用于反应产物的分离。分离后的酸烃乳液循环进入提升管底部的卧式罐。这种结构没有采用机械传动构件，解决了内置搅拌桨带来的一系列问题。但是，提升管中酸烃乳液与其他反应物的混合并不能令人满意，另外，整个反应器系统采用了一个提升管、两个卧式罐和一根下降管，设备庞大、结构也不够紧凑。
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题之一是提供一种液体酸烷基化反应器用于异构烷烃与烯烃的烷基化反应。
[0009]本发明要解决的技术问题之二是提供一种液体酸烷基化反应器的应用方法。
[0010]本发明提供的一种液体酸烷基化反应器，由上至下包括混合区、反应区和集液区，所述的混合区内设置至少一组喷射流混合器，每组喷射流混合器为至少两个同一水平面上中心对称的喷射器，所述的集液区经循环泵连接所述的喷射流混合器的入口，所述的反应区设置气体出口，所述的气体出口之下设置液相产物出口。
[0011]本发明提供的液体酸烷基化反应器中，所述的混合区的高度为反应器高度的10%?20%，所述的集液区的高度为反应器高度的10%?30%。
[0012]本发明提供的液体酸烷基化反应器中，优选地，所述的反应区内设置锥形导流筒。所述的锥形导流筒的设置在由下至上反应器高度的40%?50%，所述的锥形导流筒的高度为反应器高度的5%?10%。
[0013]本发明提供的液体酸烷基化反应器中，所述的混合区内设置一组或多组喷射流混合器。优选设置多组喷射流混合器，多组喷射流混合器可以单层或多层排列，每组喷射流混合器为至少两个同一水平面上中心对称的喷射器，其中喷射器与反应器壁连接处设有对中调节装置，以保证从不同喷射器射出的混合物料能在同一区域内完成对撞；反应过程中，可选择一组喷射流混合器进料方式，也可以选择多组喷射流混合器同时进料。
[0014]本发明提供的液体酸烷基化反应器中，优选地，所述的喷射器至少有两路入口，一路为原料入口，另一路为来自所述的反应器集液区的循环液体酸入口。其中，所述的原料入口的流体流动方向与喷射器中主流道内循环液体酸的流动方向垂直并相交。更优选地，所述的原料入口设置喷嘴，烷基化反应原料经喷嘴喷入喷射器，并与喷射器主流道中来自循环液体酸入口的循环液发生强烈混合作用，烷基化反应原料与液体酸混合后的混合物料再由喷射器喷出，一组喷射流混合器中的两个喷射器喷出的物料在所述的混合区发生强烈撞击，使烯烃在混合物料中达到微观混合状态。
[0015]本发明提供的液体酸烷基化反应器中，所述的一组喷射流混合器中的两个喷射器的出口相距 2.0mm-50mm、优选为 5.0mm-20mm。
[0016]本发明提供的液体酸烷基化反应器中，反应器壳体可以是圆筒型(如附图1所示)，也可以是方筒型，本发明对此没有限制。所述的液体烷基化反应器壳体顶端和底端可以采用平板密封或封头密封结构，优选采用封头密封结构，以便清洗反应器内部。
[0017]本发明提供的液体酸烷基化反应器中，所述的气体出口在反应区正常控制液面以上，设置在由下至上反应器高度的35%?45%。连接所述的气体出口的管路上设置背压控压阀。所述的液相反应产物出口设置在反应区正常控制液面以下，优选正常控制液位的中上部，设置在由下至上反应器高度的15%?25%。
[0018]本发明提供的液体酸烷基化反应器中，所述的循环泵为耐酸腐蚀型离心泵。
[0019]本发明提供的液体酸烷基化反应器中，所述的反应器壳体的材质为普通碳钢。
[0020]本发明提供的液体酸烷基化反应器中，优选地，所述的反应器顶部设置循环冷剂入口。
[0021]本发明提供的液体酸