[发明专利]反应器和利用这种反应器的烷基化反应方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种反应器，尤其是一种用于烷基化反应的反应器。本发明还涉及一种利用这种反应器来进行的烷基化反应方法，具体地涉及采用异丁烷和C3～C5烯烃来进行的催化烷基化反应方法。

背景技术

随着交通运输业的快速发展，车辆尾气的排放成为空气污染的主要来源之一。提高汽油的质量是降低车辆尾气污染的最主要途径。已经知道，通过异丁烷与C3～C5烯烃的烷基化反应所得到的烷基化油具有无硫、辛烷值高、研究法辛烷值与马达法辛烷值差值小等特点，可以作为高质量清洁汽油的重要调和组分。

烷基化反应是石油炼制领域的传统技术，主要包括硫酸法烷基化技术和氢氟酸法烷基化技术。其中，异丁烷与烯烃在催化剂（硫酸或氢氟酸）的作用下反应，得到异构烷烃。硫酸法烷基化和氢氟酸法烷基化相比，在工艺上各具特点，从基建投资、生产成本、产品收率和产品质量等方面也都十分接近，因此这两种方法长期共存，均被广泛采用。总体来说，从烷基化装置的数量和烷基油的产量来看，目前氢氟酸烷基化装置占优。然而，近年来随着环保法规要求的日益严格，考虑到氢氟酸的剧毒特性等原因，新建的装置多采用硫酸烷基化工艺。

在硫酸法烷基化技术中，反应在相对较低的温度下进行。因此，反应装置需要具有制冷功能。在氢氟酸法烷基化技术中，反应温度相对较高，一般采用水冷即可以满足反应要求。因此，两者的反应器系统相差较大。传统的硫酸法烷基化反应器包括多种类型的结构，目前主要使用的有两种，一种是阶梯式硫酸烷基化反应装置，一种是Stratco式反应器（即内部设置取热管束的间接制冷反应器）。

阶梯式硫酸烷基化装置的反应器一般由若干个反应段组成，其中各个反应段之间用溢流挡板隔开，并且每一反应段均设有搅拌器。反应产物和硫酸最后进入沉降段进行分离，所分离出来的硫酸用循环泵送入反应段供重新使用。采用反应物异丁烷自蒸发致冷。该反应系统的优点是，每个反应段中的烷烯比高、动力消耗小、不需另加制冷剂。然而，由于烷烃与烯烃没有预先混合，从而降低了烷基化油的质量，并且增加了酸耗量。另外，各反应段之间相互影响。如果一个反应段的操作异常，则整个反应器都会受到影响。

内部设置取热管束的间接制冷反应器的一种具体结构是采用是卧式偏心反应器。反应器的外壳是一个卧式压力容器，内部装有一个大功率的搅拌器、内循环套筒以及取热管束。烃类原料由上、下两个进料管进入反应器，在搅拌叶轮之前汇合，然后向着叶轮喷入反应器。高速运转的叶轮处于反应器的缩径部分处，使反应器内部的物流由于叶轮吸力、管束阻力、线速度差等而造成一些流液的空穴，从而使硫酸与烃类获得比较好的分散和混合。酸烃乳液在反应器的头部再回到进入套筒的内部，重新流向搅拌叶片，从而形成一个高速循环的物流。该反应器内具有循环物料，部分物料的反应时间较长，副反应会增加，酸耗较大，对产品辛烷值的提高不利。

US7,652,187公开了一种C3-C5烯烃与异丁烷的硫酸烷基化反应过程，其中取消了传统的机械搅拌方式，而采用喷射器对反应物料进行混合进以进行反应。然而在硫酸烷基化反应过程中，硫酸与烃类物料的密度差较大，喷射混合方式的效果需进一步提高。US5,785,933公开了一种硫酸催化烷基化反应器系统，其中反应器的内部设置有挡板和切向布置的多个注射管道入口，从而使反应物料在反应器内形成混合搅拌。由此取消了机械运动部件。该技术利用静态混合器的原理设计了硫酸烷基化反应器，但混合效果仍需要进一步提高。

CN1907924A公开了一种离子液体催化反应工艺及反应装置。其中，烃类原料和离子液体催化剂在旋转床反应器中进行反应，该旋转床设置在反应器内的上部。反应器的下部为储液罐，反应器的中心设置搅拌装置。储液罐与料液循环泵连接构成旋转床循环反应器。然而，该反应器不适用于硫酸法烷基化反应过程，这是因为其采用的换热方式是循环物料取热方式，不适宜于放热较大的硫酸法烷基化反应。另外，反应器下部的储液罐和采用反应物料循环操作方式会增加副反应。

发明内容

针对以上问题，本发明旨在提供一种用于至少两种液态物料的反应器，其能够使各种液态物料在反应器内充分地混合并进行反应。尤其是，本发明旨在提供一种烷基化反应器以及采用这种烷基化反应器的烷基化方法，其能够提高催化剂与烃类反应原料的接触效率，降低硫酸催化剂的酸耗，降低反应温度，提高产品质量。