[发明专利]一种硫酸烷基化方法

说明书

一种硫酸烷基化方法，包括：将异丁烷原料、来自异丁烷分离塔的循环异丁烷和来自酸烃分离器的硫酸通入由搅拌釜和剪切式乳化装置组成的釜外循环式乳化装置进行预混合，形成包含异丁烷和硫酸的酸烃乳化液；酸烃乳化液一部分进入搅拌釜循环，一部分进入烷基化反应器与与其中的混合烯烃接触反应；酸烃乳化液与混合烯烃反应完后的反应流出物一部分循环至搅拌釜，一部分进入酸烃分离器，酸烃分离器将反应流出物分离为硫酸和烃组分；分离出来的烃组分进入异丁烷分离塔，异丁烷分离塔将烃组分分离为异丁烷和烷基化油，其中，分离出的异丁烷循环至搅拌釜。本发明方法强化了酸烃混合程度，有利于异丁烷从烃相向酸相的传质，提高了烷基化油的产品质量。

技术领域

本发明涉及石油炼制工艺，具体是指促进异丁烷与硫酸混合的烷基化反应工艺。

背景技术

烷基化是指引入烷基基团的化学反应过程，在烷基化的各种工业应用中，以异丁烷为烷基化试剂，对C3～C5等各种低碳烯烃进行烷基化反应，并以生产高辛烷值汽油调和组分为目的的异丁烷烷基化是最重要的烷基化工业应用之一。异丁烷烷基化技术发展过程中，主要使用硫酸或氢氟酸两种液体酸作为催化剂，近年来也有离子液、固体酸等作为烷基化催化剂，但技术尚不成熟，还没有大规模应用。由于氢氟酸易挥发，少量即对人体骨骼产生不可逆转的伤害，因此氢氟酸烷基化技术的在环保要求日益增高的今天已受到很大的制约，相对而言尽管硫酸烷基化存在废酸处理等问题，但仍为更优的选择。硫酸烷基化反应中，丁烯溶解进入硫酸催化剂中相对较为容易，形成烯烃与硫酸单酯的平衡组成，而异丁烷在硫酸中的溶解度很低，与产物烷基化油一起形成烃相，酸烃两相的混合程度决定了异丁烷从烃相向酸相的传质速率，这也是硫酸烷基化反应的决速步骤。如果异丁烷无法及时进入酸烃界面与烯烃反应生成理想的C8组分，则烯烃会自聚生成低辛烷值的副产品，导致最终的烷基化油辛烷值降低。通常的做法是采用很高的异丁烷/丁烯比，实际反应区中的烷烯比可以达到数十乃至数百，从而弥补异丁烷的溶解限制，抑制丁烯的副反应，但提高烷烯比直接导致后续异丁烷分离能耗的增加，影响装置的经济效益。

硫酸烷基化主流的反应器是如美国专利US3759318所公开的带导流设置的卧式搅拌釜，其后的改进将机械搅拌设为偏心结构。异丁烷、丁烯及硫酸催化剂在搅拌叶片作用下流向扩散片从而实现液相的分散。中国专利CN200880011181.0公开了一种高剪切式反应器，可将包括异构烷烃和烯烃在内的碳氢化合物与液体酸催化剂剪切成酸连续相中碳氢化合物平均液滴小于5μm的乳浊液，促进反应体系的传质。机械搅拌釜的混合强度受到搅拌功率的限制，而且反应温度一般在10℃左右，更低的温度虽然有利于反应选择性，但低温下硫酸粘度升高，达到同等搅拌程度电机功耗急剧增大。

杜邦在2007年国际石油炼制年会上报导了其在卧式偏心搅拌釜上的一系列改造，其中包括增设异丁烷和丁烯的预混合，之后再和硫酸混合，从而强化异丁烷向反应界面的传质过程。反应原料的预混合，已成为硫酸烷基化技术改进的关注点之一，其中包括异丁烷和丁烯的预混合，以及异丁烷和硫酸催化剂的预混合。

美国专利US5443799公开了一种立式上行式喷射反应器，采用了一种带分布管的异丁烷和硫酸预混合结构，异丁烷从分布管喷射出，与环隙进入的硫酸发生混合，预混合之后的异丁烷/硫酸乳化液进入反应区，与反应区轴向分段进入的烯烃发生烷基化反应。除了预混合作用外，由于反应区比预混区的体积增大，物流体积膨胀可吸收一部分热量。

美国专利US5785933公开了一种静态混合器形式的烷基化反应装置，原料异丁烷和反应器底部流出的酸烃乳化液合并，再与来自沉降罐的硫酸混合后通过静态混合器进一步混合，再与丁烯通过静态混合器混合后进入反应区。该技术的主要目的在于减少动设备的使用，在混合的选择上优先将异丁烷和硫酸混合，并且加入了酸烃乳化液，提高了混合效率。