[发明专利]一种烷基化反应方法及脉冲流反应器

说明书

技术领域

本发明涉及烷基化油制备技术领域，尤其涉及一种低碳烯烃和异丁烷的烷基化反应方法和应用于该方法的脉冲流反应器。

背景技术

由低碳烯烃和异丁烷在浓硫酸催化作用下生产的烷基化油，具有较高的辛烷值，是理想的汽油调和组分。但作为反应原料之一的异丁烷与催化剂浓硫酸的互溶性较差，此外，烷基化反应是放热反应，最佳的反应温度范围为-5～5℃若不能及时有效地移走反应热，就会加剧烯烃聚合副反应的发生，因此，硫酸烷基化工艺既要实现酸烃两相充分混合，又要能及时移走反应热，保证烷基化反应在恒定较低的温度下进行。

为实现上述两个目的，专利US5443799公开了一种烷基化反应方法。在反应器的预混合区，将异丁烷经由喷射器喷出与硫酸混合形成乳化液，烯烃在反应区与来自预混合区的乳化液逆向接触进行反应。该混合乳化液中，硫酸是连续相，异丁烷为分散相，是喷射器喷出时被分散成小液滴，但是由于硫酸与异丁烷的密度相差很大，异丁烷液滴很容易就发生聚集从而与硫酸发生分离，形成的乳化液发生破乳现象；且喷射器处理量有限，因此该方法仅能在小规模试验上使用。该反应器取热是异丁烷和硫酸的预混合物进入反应区后，体积骤然增大，通过绝热膨胀吸收烷基化反应放出的热量，但是反应温度只能控制在8～20℃，该反应温度偏高。

专利US3759318公开了一种卧式搅拌反应器。反应原料在叶轮的强力搅拌下形成酸烃乳化液，搅拌的强度越大，异丁烷被分散的液滴越小，两相的混合效果就越好；该卧式搅拌反应器已实现工业化应用，但是受制于搅拌桨功率及分散效果，单个反应器的规模有限。该反应器取热则是通过乳化液与反应器内部的换热管束接触，而换热管内的冷却介质是经绝热膨胀降温的反应流出物料，反应温度能够控制在5～15℃。

随着技术发展，由于填料在对物料进行强制分散、促进物料微观混合方面具有良好效果，感兴趣者将填料技术逐渐引入到烷基化反应器中。

专利CN100337721C公开了一种用于烷基化反应器内的空隙率至少为50％的金属丝网填料，因填料空隙率大，提供了足够的汽化空间，利用该填料可获得-7～10℃的反应温度。

专利CN103357369A公开了一种带有空腔结构的规整填料烷基化反应装置，反应原料通过液体分布设备进入反应器，反应器内填料的空腔两端设置有冷却介质分布管，空腔内形成换热区，空腔与空腔间形成反应区，反应区和换热区在反应器径向交替排列，且反应区和换热区不相通。反应物料进入反应区后在规整填料的切割、分散作用下，酸烃进行充分混合，通过冷却介质带走反应热，控制反应在低温下进行，但冷却介质不详。该方法填料结构复杂，依靠空腔内的冷却介质带走反应热，易造成床层温度分布不均。

专利CN100582065C公开了一种在硫酸烷基化过程中生产烷基化物的方法，将烃组分以至少部分气态方式进料至包括静态混合器的反应器，通过增加进料速度诱导出脉冲流。脉冲流是气液两相同时存在时，通过流体剧烈湍动，可使物料间高效传质传热的一种理想流型。但该方法气相分散效果较差，气相在反应系统内通过压缩机系统循环后，相当于压缩机在做无用功，反应系统内烷烯比较高，使后续分离系统操作负荷增大。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于烷基化反应的脉冲流反应器及方法，通过改变反应器内的填料构造，在全液相进料条件下，通过烷烃汽化吸热形成气相后，诱导气液两相形成脉冲流，并使气液两相在反应中期处于稳定的脉冲流态，同时在反应后期，由于反应原料浓度的降低，为了进一步提高反应效果，可使气液两相处于更高强度的脉冲流态，使物料高效混合反应，实现烯烃100％的转化率，产品辛烷值达93～97。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种烷基化反应用脉冲流反应器，包括液相分布区、反应区、气化区和集液区，所述反应区包括变孔径丝网规整填料区，所述变孔径丝网规整填料区包括脉冲流诱导区、脉冲流稳定区和脉冲流强化区，所述脉冲流诱导区与液相分布区相邻，所述脉冲流强化区与气化区相邻，所述脉冲流稳定区位于脉冲流诱导区和脉冲流强化区之间。

作为本发明所述烷基化反应用脉冲流反应器的优选实施方式，所述变孔径丝网规整填料区包括10-14层，其中：有1-2层为脉冲流诱导区、8-12层为脉冲流稳定区、1-2层为脉冲流强化区。

作为本发明所述烷基化反应用脉冲流反应器的优选实施方式，所述变孔径丝网规整填料区的空隙率为40％～49％。