用于固体酸烷基化的模拟移动床反应与再生装置及原料反应与催化剂再生的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于固体酸烷基化的装置及方法，具体地，涉及一种用于固体酸 烷基化的模拟移动床反应与再生装置及一种用于固体酸烷基化的原料反应与催化剂再生 的方法。
【背景技术】
[0002] 目前，炼油工业的最主要任务之一是提供运输燃料，汽油作为一种重要的运输燃 料，被广泛的应用于交通运输等行业中。据资料显示，到2030年，全球的汽油需求量将增长 22%。因此随着汽油消耗量的增加和环保标准的日益严格，围绕着如何解决汽油清洁化生 产的问题逐渐成为研究和讨论的热点。
[0003] 在强酸的作用下，以异构烷烃（主要是异丁烷）和烯烃（c3-c5烯烃）为原料生成 烷基化油的技术为汽油的清洁化生产提供了可能。这种烷基化油具有较高的辛烷值和较低 的雷氏蒸汽压（Reid vapor pressure)，其主要由饱和经组成，且不含硫、氮、稀经和芳经等 物质，因而被称为清洁化汽油，是航空汽油和车用汽油理想的调和组分。烷基化技术按催化 剂形式可以分为液体酸烷基化和固体酸烷基化。目前，世界范围内约90%的烷基化产能是 由液体酸烷基化技术（硫酸法和氢氟酸法）提供的，虽然液体酸烷基化技术比较成熟，且具 有较好的反应选择性，但是也存在很多问题，比如液体酸烷基化过程都存在设备腐蚀严重 的问题。除此之外，对于硫酸法而言，其过程耗酸量巨大，大量的废酸在运输和处理上都存 在一定的安全隐患；对于氢氟酸法而言，由于氢氟酸具有较强的腐蚀性和毒性，而且容易挥 发，会对人体造成很大的伤害。因此，与之对比，采用固体酸作为催化剂，不仅不会对环境造 成污染，而且不存在设备腐蚀的问题，可以视为一种绿色的烷基化工艺技术，具有很好的发 展前景。但是在固体酸烷基化过程中，由于固体酸催化剂容易失活，为了保持一定的反应活 性，需要进行频繁的再生操作。因此，开发一种能够实现反应和再生过程连续化的反应器技 术，对推动固体酸烷基化技术发展来说是十分重要的。
[0004] 专利申请US7875754中公开了一种固定床固体酸烷基化工艺。该工艺中采用两个 固定床反应器交替操作，进而实现反应和再生过程的连续化操作。该专利申请中提到的反 应温度在50-80°C，压力在18-24bar，烯烃的质量空速为0. 1-0. 3111，烷烯比为16:1-32:1， 烯烃的转化率达98%左右。反应器和再生器之间的操作周期相同，大致范围在45min-2h， 采用氢气对催化剂进行再生，为了防止在反应器和再生器切换期间，烯烃和氢气接触反应， 需要在切换期间停止烯烃和氢气的进料，而反应器和再生器之间需要进行物流置换，置换 时间大致在4-7min。因此，不能实现原料反应与催化剂再生之间的连续化操作且操作不灵 活。
[0005] 专利申请CN1879956A中公开了一种流化床固体酸烷基化技术，该工艺技术主要 包括提升管反应器、流化床反应器、环流再生器和移动床再生器。其中提升管反应器中液速 范围在0. l-3m/s，流化床反应器中液速范围在0. 26-7. 68cm/s。再生过程可根据再生时间 来确定再生反应器的形式，如果再生的时间为几秒到几十秒，可单独采用环流再生器。如果 再生时间为几十秒到几十分钟，可单独采用移动床再生器，并且再生液的液速为0. 2-3cm/ So
[0006] 专利申请CN1113906A中公开了一种流化床固体酸芳烃烷基化工艺技术，该工艺 过程主要包括液固上行反应器、待生催化剂沉降返洗塔、液固并流向上再生器、再生后催化 剂沉降返洗塔。该专利申请中所用的催化剂粒径在0. 05-0. 8_，反应器和再生器中能够 携带催化剂向上流动的液体液速是颗粒终端沉降速度的1-15倍，在沉降返洗塔内，采用自 下向上流动的洗涤液对催化剂进行洗涤再生，洗涤液的流速为颗粒终端沉降速度的0. 5-5 倍。
[0007] 采用普通的固定床反应器，催化剂失活后，要停工将整个固定床反应器中的催化 剂进行高温再生，生产周期短，难以实现连续操作。采用流化床反应器虽然能实现催化剂反 应和再生的连续操作，但是由于催化剂在反应器中的流动，容易造成催化剂颗粒的磨损，缩 短催化剂的寿命。
[0008] 采用模拟移动床既能实现催化剂的反应和再生的连续操作，而且不需要停工，同 时又避免了催化剂在反应中的流动过程造成的磨损，是进行固体酸烷基化反应比较理想的 反应器形式。在模拟移动床中，可将固定相催化剂设想为是逆于物料移动方向运动，原料混 合物料在反应工作区中部的某一点被连续输入，选定两个方向流动的流速的比率，料液自 入口处就分成逆向流动的两部分，以进料入口为参考点，催化剂似乎边反应生成产品边向 上移动，因此称为"模拟移动床"。模拟移动床的生产能力和分离效率比固定床高，又可避免 移动床吸附剂磨损、碎片或粉尘堵塞设备或管道以及固体颗粒缝间的沟流。
[0009] 专利申请US005523503A中公开了一种并流模拟移动床固体酸烷基化技术，该技 术由三段反应器组成，一段进行烷基化反应，两段进行催化剂再生。异构烷烃在一个自循环 的固定床反应器中在催化剂固体酸剂的作用下与烯烃反应生成烷基化油。两段催化剂再生 反应器分为低温液相再生反应器和高温蒸汽再生反应器。低温液相再生反应器由一系列固 定床反应器组成，通过不同步进时间在再生反应器不同床层导入低温再生介质和抽出洗涤 催化剂后的介质，实现催化剂和反应器内物流的并流模拟移动。低温再生反应器中的每一 个反应器在催化剂再生后，均能导入反应物料，成为烷基化反应器；烷基化反应器在催化剂 失活后，也将成为低温液相再生反应器的一部分。当低温液相再生不能恢复催化剂活性时， 将反应器内的物料全部导出，导入高温蒸汽，进行高温蒸汽再生，该反应器此时作为高温蒸 汽再生反应器使用。但是，该申请公开的是并流模拟移动床固体酸烷基化技术，物料间接触 不够充分，且反应效率有待提高。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是为了克服现有技术的用于固体酸烷基化的设备和方法存在的上 述缺陷，提供一种用于固体酸烷基化的模拟移动床反应与再生装置及一种用于固体酸烷基 化的原料反应与催化剂再生的方法。
[0011] 因此，为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种用于固体酸烷基化的模拟 移动床反应与再生装置，所述装置包括原料与产物区、再生物料区、多路程控阀控制设备和 逆流模拟移动床反应器，在多路程控阀控制设备的控制下，原料与产物区的原料导入逆流 模拟移动床反应器中进行烷基化反应，逆流模拟移动床反应器中产生的烷基化反应产物返 回至原料与产物区，再生物料区的催化剂再生介质导入逆流模拟移动床反应器中对催化剂 进行再生，逆流模拟移动床反应器中催化剂再生后的物料返回至再生物料区。
[0012] 第二方面，本发明提供了一种用于固体酸烷基化的原料反应与催化剂再生的方 法，所述原料反应与催化剂再生在逆流模拟移动床反应器中进行，所述逆流模拟移动床反 应器包括至少两个固定床反应器，每个固定床反应器包括至少一个催化剂床层，所述方法 包括：
[0013] (1)在T时刻，通过多路程控阀控制设备将来自原料与产物区的烷烃和烯烃的液 体混合物导入逆流模拟移动床反应器的第Μ床层中进行烷基化反应，反应段包括i个床 层；
[0014] (2)在同一时刻T，从逆流模拟移动床反应器的第M+i床层将含有烷基化油的液体 混合物抽出，并通过多路程控阀控制设备返回至原料与产物区，产油段包括j个床层；
[0015] (3)在同一时刻T，通过多路程控阀控制设备将来自再生物料区的催化剂缓和再 生介质导入逆流模拟移动床反应器的第M+i+j床层中对催化剂进行缓和再生，缓和再生段 包括k个床层；
[0016] (4)在同一时刻T，从逆流模拟移动床反应器的第M+i+j+k床层将催化剂缓和再生 后的物料抽出，并通过多路程控阀控制设备返回至再生物料区，缓冲段包括q个床层；
[0017] (5)每经过时间t后，所述反应段、产油段、缓和再生段和缓冲段均向下移动一个 床层；
[0018] 待固定床反应器中的催化剂失活后，将失活的固定床反应器与其余的固定床反应 器完全隔离，形成深度再生段并利用来自再生物料区的催化剂深度再生介质对催化剂进行 深度再生，待深度再生完毕后，继续用于所述反应段、产油段、缓和再生段和缓冲段。
[0019] 本发明的用于固体酸烷基化的模拟移动床反应与再生装置中，逆流模拟移动床反 应器由一系列包括若干催化剂床层的固定床反应器组成，反应器结构简单，设备安装和操 作比较方便和灵活。通过多路程控阀控制设备在特定的时间将对应的物料导入或抽出固定 床反应器指定的床层，实现了静止的催化剂模拟向上流动的效果，且物料间接触充分，反应 效率高。逆流模拟移动床反应器连续的进行固体酸烷基化反应和催化剂再生，不需要停工。 同时，催化剂在反应器内没有实际流动，避免了催化剂磨损造成的催化剂损失、管道堵塞和 产品中存在细粉等问题。而且，气液分离器和分馏塔的设置，能够有效的分离产品、实现物 料的循环，提高原料的利用率。
[0020] 本发明的用于固体酸烷基化的原料反应与催化剂再生的方法，采用逆流模拟移动 床实现了固体酸烷基化反应、产物抽出、催化剂缓和再生和催化剂深度再生的连续平稳运 行，大大提高了装置操作运行的经济性。该方法既继承了普通固定床反应器工艺操作简单， 催化剂磨损少的优点，又兼顾了移动床反应器催化剂利用率高，频繁再生操作容易的特点。 将原料反应和催化剂缓和再生与催化剂深度再生隔离，能有效的避免深度再生介质进入反 应系统，降低反应收率，同时也能灵活的在高温和低温两个区域进行操作，而不用停工，延 长了操作周期和装置的寿命。采用多路程控阀控制系统进行催化剂床层中物料的切换，操 作灵活，工艺调整方便，不受装置规模的限制，具有更好的操作弹性。
[0021] 本发明的其它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】
[0022] 图1为本发明的用于固体酸烷基化的模拟移动床反应与再生装置的一种实施方 式的结构示意图。
[0023] 图2为本发明的用于固体酸烷基化的模拟移动床反应与再生装置的另一种实施 方式的结构示意图。
[0024] 图3为本发明实施例1中的多路程控阀控制设备的工作示意图。
[0025] 附图标记说明
[0026] 1-3固定床反应器；4多路程控阀控制设备；5烷烃储罐；6烯烃储罐；7缓和再生 液体储罐；8再生气体储罐；9烷基化油储罐；10气液分离器；11分馏塔；12原料混合器；13 气液混合阀；14再生气体加热器；