本實(shí)用新型屬于石油化工領(lǐng)域，具體地涉及一種烷基化反應(yīng)器，特別涉及用硫酸做催化劑的C4烷烴烷基化反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

烷基化反應(yīng)是石油煉制工業(yè)的重要過(guò)程之一，目前，國(guó)際上成熟的烷基化技術(shù)有：硫酸法和氫氟酸法兩種，即在硫酸和氫氟酸催化劑的作用下，異丁烷與丁烯反應(yīng)得到烷基化油。由于硫酸的腐蝕性及對(duì)環(huán)境的影響要比氫氟酸小，因此硫酸法更有優(yōu)勢(shì)。

目前硫酸烷基化技術(shù)基本上為國(guó)外壟斷，使用最廣泛的美國(guó)DUPONT公司硫酸烷基化技術(shù)，該技術(shù)使用STRATCD反應(yīng)器為臥式偏心接觸反應(yīng)器，其內(nèi)部設(shè)有攪拌葉輪、循環(huán)套筒和U形冷卻管，循環(huán)套筒和冷卻管束平行于反應(yīng)器壁。酸和烴在接觸反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)，靠葉輪強(qiáng)烈的剪切產(chǎn)生高度的湍流混合，通過(guò)與冷卻管束的熱交換移走反應(yīng)熱。該反應(yīng)器的反應(yīng)溫度一般為6～10℃。CDTECH公司開發(fā)的 CDAlky硫酸烷基化工藝使用的是裝填專用填料的單臺(tái)立式塔設(shè)備，填料可確保酸和烴之間實(shí)現(xiàn)良好的接觸，不需要高能耗攪拌器。同時(shí)該反應(yīng)器采用泡點(diǎn)進(jìn)料，通過(guò)反應(yīng)器內(nèi)異丁烷的氣化移走反應(yīng)熱。這兩種反應(yīng)器都為目前成熟的專利設(shè)備，在國(guó)內(nèi)外有廣泛的應(yīng)用。

美國(guó)專利US5443799公開了一種烷基化反應(yīng)器，該反應(yīng)器分為預(yù)混合區(qū)和反應(yīng)區(qū)。在預(yù)混合區(qū)，異丁烷由噴嘴噴出與硫酸混合形成乳化液。在反應(yīng)區(qū)，噴射的烯烴與來(lái)自預(yù)混合區(qū)的混合物流進(jìn)入反應(yīng)區(qū)后，由于反應(yīng)區(qū)的體積驟然增大，混合物中的烴組份氣化，絕熱膨脹吸收烷基化反應(yīng)放出的熱量。該工藝的反應(yīng)溫度在8～20℃之間，溫度偏高。

美國(guó)專利US5785933公開了一種硫酸作為催化劑的烷基化反應(yīng)器系統(tǒng)，反應(yīng)器內(nèi)部通過(guò)設(shè)置擋板和切向高置的多個(gè)注射管道入口，使烴類和酸催化劑在反應(yīng)器內(nèi)形成混合攪拌，從而取消機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件。該技術(shù)利用靜態(tài)混合器的原理設(shè)計(jì)了硫酸催化烷基化反應(yīng)器，但是混合效果需要進(jìn)一步提高。

中國(guó)專利CN101104570A公開了一種烷基化反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)部是一個(gè)由分散混合器組成的靜態(tài)混合體系。分散混合器包含金屬絲網(wǎng)和含有空隙空間大于 50％體積的規(guī)整填料。反應(yīng)物依靠填料的自身壓降使烴類氣化維持反應(yīng)溫度。該專利與US5785933類似，都是采用靜態(tài)混合器的原理使得硫酸和烴類混合。

專利CN105400544A公開了一種多級(jí)循環(huán)流反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括殼體、導(dǎo)流筒、內(nèi)套筒、油酸分離段、內(nèi)套筒規(guī)整填料和液烴分布器，由于引入了氣相 C4，反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)使得內(nèi)套筒內(nèi)的氣相C4烴含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于內(nèi)套筒和殼體間的氣相含量，在內(nèi)套筒內(nèi)外形成壓力差，使得濃硫酸和液相反應(yīng)物料隨著氣相C4在內(nèi)套筒內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)，在內(nèi)套筒與殼體之間向下流通，形成內(nèi)部循環(huán)流。該反應(yīng)器采用C4蒸發(fā)的形式移除反應(yīng)熱，反應(yīng)溫度為5～13℃，反應(yīng)壓力為1.1～2.0bar。

雖然DUPONT硫酸烷基化技術(shù)和CDAlky硫酸烷基化工藝都是目前生產(chǎn)烷基化油的工藝技術(shù)，但STRATCD反應(yīng)器和裝填專用填料的單臺(tái)立式塔設(shè)備分別屬于 DUPONT公司和CDTECH公司的專利設(shè)備，國(guó)內(nèi)企業(yè)使用這些反應(yīng)器需要支付一定的專利費(fèi)用。另外DUPONT硫酸烷基化技術(shù)采用STRATCD反應(yīng)器需要使用高耗能的電機(jī)來(lái)攪拌，從而達(dá)到酸烴充分混合的目的，因此該設(shè)備的能耗很高；CDAlky 硫酸烷基化工藝使用的裝填專用填料的單臺(tái)立式塔設(shè)備采用專用的填料，造價(jià)非常高。一種多級(jí)循環(huán)流反應(yīng)器與上述兩種反應(yīng)器相比具有低能耗，低造價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)和CDAlky硫酸烷基化工藝一樣，由于采用C4蒸發(fā)的形式移除反應(yīng)熱，為了降低副反應(yīng)必須在較低的壓力下進(jìn)行，導(dǎo)致反應(yīng)器單位截面積的處理量較低，壓縮機(jī)壓縮烴類氣體的能耗較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種立式烷基化反應(yīng)器，該反應(yīng)器可以使反應(yīng)烴和催化劑硫酸充分接觸，混合均勻，提供較大的液液接觸面積，達(dá)到高的轉(zhuǎn)化率。該反應(yīng)器具有能耗低，反應(yīng)器單位截面積處理量大，酸耗低，液-液接觸面積大，轉(zhuǎn)化率高等特點(diǎn)。

本實(shí)用新型在CN105400544A公開的多級(jí)循環(huán)流反應(yīng)器的基礎(chǔ)上提供一種立式烷基化反應(yīng)器，其主要結(jié)構(gòu)為殼體、導(dǎo)流筒、內(nèi)套筒、內(nèi)套筒規(guī)整填料、硫酸分布器、液烴分布器、氣相C4分布器和冷卻盤管。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種立式烷基化反應(yīng)器，包括殼體2、導(dǎo)流筒3、內(nèi)套筒4、規(guī)整填料5、硫酸分布器6、液烴分布器7、氣相C4分布器8和冷卻盤管9；殼體下封頭18 的底部設(shè)置酸出口10，殼體上封頭19的上部設(shè)置氣體出口17；在殼體2的下部設(shè)置有氣相C4分布器8，與氣相C4進(jìn)口11位相連；氣相C4分布器8上面依次設(shè)置有至少2級(jí)的導(dǎo)流筒3和內(nèi)套筒4，內(nèi)套筒4內(nèi)部?jī)H設(shè)置規(guī)整填料5，在最下面的內(nèi)套筒4內(nèi)部設(shè)置有液烴分布器7和規(guī)整填料5，液烴分布器7與液烴進(jìn)口12相連；殼體2上部設(shè)有硫酸分布器6，與酸進(jìn)口13連接；殼體頂部設(shè)置液相出口16；冷卻盤管9并聯(lián)或串聯(lián)布置在導(dǎo)流筒3和內(nèi)套筒4之間。

所述的冷卻盤管并聯(lián)設(shè)置，冷卻盤管9并排布置在導(dǎo)流筒3和內(nèi)套筒4之間；每層的冷卻盤管9單獨(dú)設(shè)置冷卻劑進(jìn)口和出口。

所述的冷卻盤管串聯(lián)設(shè)置，冷卻盤管的一端連接在殼體底部的冷卻劑進(jìn)口 14上，從底部的導(dǎo)流筒3開始螺旋上升，穿過(guò)內(nèi)套筒4內(nèi)部的規(guī)整填料5，規(guī)整填料5需要為盤管開孔，進(jìn)入上部的導(dǎo)流筒3并螺旋上升，直到最上面的導(dǎo)流筒 3上為止，連接到殼體2上的冷卻劑出口。

所述的導(dǎo)流筒3為圓臺(tái)式結(jié)構(gòu)，圓臺(tái)母線與底面的夾角α為45°～60°，上下底面的直徑比d/D為0.3～0.6，根據(jù)反應(yīng)器的尺寸確定下底面與殼體的間隙σ和高度H的大小推薦的σ為5～30mm，H為50～300mm。

所述的內(nèi)套筒4截面積與殼體截面積的比值為0.25～0.75，高徑比為5～20，數(shù)量在2～10個(gè)之間，導(dǎo)流筒3和內(nèi)套筒4間隔布置，導(dǎo)流筒3的個(gè)數(shù)為內(nèi)套筒 4個(gè)數(shù)加1。

所述的內(nèi)套筒4內(nèi)部放置多段規(guī)整填料5，規(guī)整填料5的高度是內(nèi)套筒4高度的0.05～0.2倍，相鄰兩塊規(guī)整填料交錯(cuò)90°放置。

所述的液烴分布器7采用蓮蓬式液體分布器，蓮蓬頭向上開有φ3～φ6的小孔，開孔率在20％～60％。

所述的氣相C4分布器8采用金屬燒結(jié)制成的多孔性爆氣頭，孔徑在1μm～ 100μm之間。

所述的硫酸分布器6采用排管式液體分布器，排管向下開有φ3～φ6的小孔，每平方米反應(yīng)器殼體截面設(shè)有100～600個(gè)孔。

所述的冷卻盤管9的管徑在DN15～DN20，冷卻盤管9可以并聯(lián)或串聯(lián)布置在導(dǎo)流筒3和內(nèi)套筒4之間。當(dāng)冷卻盤管為串聯(lián)設(shè)置時(shí)，規(guī)整填料5需要為盤管開孔，見附圖4。

本實(shí)用新型提出的反應(yīng)器適用于烷基化反應(yīng)，特別適用于硫酸為催化劑的 C4烷基化制烷基化油的反應(yīng)。該反應(yīng)器具有能耗低，反應(yīng)器單位截面積處理量大，酸耗低，液-液接觸面積大，轉(zhuǎn)化率高等特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型立式烷基化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖A

圖2是本實(shí)用新型立式烷基化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖B。

圖3是導(dǎo)流筒立面剖視圖。

圖4是規(guī)整填料開孔俯視圖。

圖5是本實(shí)用新型立式烷基化反應(yīng)器在烷基化工藝中的工藝流程圖

其中：1-立式烷基化反應(yīng)器；2-殼體；3-導(dǎo)流筒；4-內(nèi)套筒；5-規(guī)整填料；6-硫酸分布器；7-液烴分布器；8-氣相C4分布器；9-冷卻盤管；10-酸出口；11-氣相 C4進(jìn)口；12-液烴進(jìn)口；13-酸進(jìn)口；14-冷卻劑進(jìn)口；15-冷卻劑出口；16-液相出口；17-氣相出口18-殼體下封頭；19-殼體上封頭；20-壓縮機(jī)；21-閃蒸罐；22- 酸沉降罐；23-酸循環(huán)泵。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

如圖1和圖2，本實(shí)用新型中一種立式烷基化反應(yīng)器1，包括殼體2、導(dǎo)流筒3、內(nèi)套筒4、規(guī)整填料5、硫酸分布器6、液烴分布器7、氣相C4分布器8 和冷卻盤管9組成。

結(jié)合附圖1和圖2所示，殼體下封頭18的底部設(shè)置酸出口10，殼體上封頭 19的上部設(shè)置氣體出口17；氣相C4進(jìn)口11位于殼體2的下部，并與氣相C4 分布器8相連；氣相C4進(jìn)口11上面是導(dǎo)流筒3和內(nèi)套筒4，內(nèi)套筒4內(nèi)部放置規(guī)整填料5，殼體2中下部設(shè)有液烴進(jìn)口12，液烴進(jìn)口12在內(nèi)套筒4內(nèi)部與液烴分布器7相連；殼體2上部設(shè)有酸進(jìn)口13，并與硫酸分布器6相連；在導(dǎo)流筒3和內(nèi)套筒4內(nèi)部設(shè)置用于移除反應(yīng)熱的冷卻盤管9；殼體頂部設(shè)置液相出口16。

如圖3所述的導(dǎo)流筒3為圓臺(tái)式結(jié)構(gòu)，圓臺(tái)母線與底面的夾角α為45°～ 60°，上下底面的直徑比d/D為0.3～0.6，下底面與殼體的間隙σ為5～30mm，高度H為50～300mm，優(yōu)選100～200mm。

所述的內(nèi)套筒4截面積與殼體截面積的比值為0.25～0.75，高徑比為5～20，優(yōu)選10～15，數(shù)量在2～10個(gè)之間，優(yōu)選3～6個(gè)，導(dǎo)流筒4的個(gè)數(shù)為內(nèi)套筒個(gè)數(shù)3加1，導(dǎo)流筒3和內(nèi)套筒4間隔放置。

所述的內(nèi)套筒4內(nèi)部放置多段規(guī)整填料5，規(guī)整填料5的高度是內(nèi)套筒高度的0.05～0.2倍，相鄰兩塊規(guī)整填料交錯(cuò)90°放置。

所述的液烴分布器7采用蓮蓬式液體分布器，蓮蓬頭向上開有φ3～φ6的小孔，開孔率在20％～60％。

所述的氣相C4分布器8采用金屬燒結(jié)制成的多孔性爆氣頭，孔徑在1μm～ 100μm之間，優(yōu)選20μm～50μm。

所述的硫酸分布器6采用排管式液體分布器，排管向下開有φ3～φ6的小孔，每平方米反應(yīng)器殼體截面設(shè)有100～600個(gè)孔。

所述的冷卻盤管9的管徑在DN15～DN20，如圖1所示冷卻盤管9并聯(lián)布置在導(dǎo)流筒3和內(nèi)套筒4之間，如圖2所述冷卻盤管9串聯(lián)設(shè)置在導(dǎo)流筒3和內(nèi)套筒4內(nèi)部，此時(shí)規(guī)整填料5需要為盤管開孔，見附圖4。

如圖5所示，本實(shí)用新型一種立式烷基化反應(yīng)器在烷基化工藝中的工藝流程圖，C4烷烴和C4烯烴按比例混合進(jìn)入反應(yīng)器中下部，在濃硫酸的催化作用下，操作溫度為-3～10℃，操作壓力為0.3～0.7MPa，實(shí)現(xiàn)烷基化反應(yīng)，液烴進(jìn)料的烷烯比為5～20，酸烴比為0.5～2。

下面結(jié)合圖5進(jìn)一步說(shuō)明立式烷基化反應(yīng)器的使用方法。

C4烷烴和C4烯烴以一定的比例一起進(jìn)入液烴進(jìn)料口12，液烴經(jīng)過(guò)液烴分布器7進(jìn)行分布；氣相C4經(jīng)過(guò)氣相C4進(jìn)口11，在氣相C4分布器8內(nèi)分布；催化劑濃硫酸由酸進(jìn)口13進(jìn)入反應(yīng)器并在酸分布器6內(nèi)分布；從氣相C4分布器8 出來(lái)的氣相C4向上運(yùn)動(dòng)是，在導(dǎo)流筒3的作用下聚集在殼體橫截面的中心區(qū)域，保證氣相C4大部分都進(jìn)入內(nèi)套筒4的內(nèi)部；由于氣相C4大部分都存在于內(nèi)套筒 4的內(nèi)部，內(nèi)套筒4內(nèi)外空間的氣含率不同，導(dǎo)致內(nèi)套筒4與殼體2之間的硫酸和液烴向內(nèi)套筒4內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，即內(nèi)部環(huán)流，這樣增加液烴和硫酸的接觸，增大反應(yīng)時(shí)間，在內(nèi)套筒4內(nèi)氣體攜帶液烴和硫酸向上運(yùn)動(dòng)，被規(guī)整填料5切割、分散，使得硫酸和液烴充分接觸混合均勻，實(shí)現(xiàn)烷基化反應(yīng)，生產(chǎn)烷基化油，產(chǎn)生的反應(yīng)熱由冷卻盤管9攜帶出反應(yīng)器；氣相C4繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)從氣相C4出口17進(jìn)入壓縮機(jī)20，反應(yīng)器底部酸出口10采出的酸和液相出口16采出的液相進(jìn)入酸沉降罐22，酸沉降罐下層為酸相經(jīng)過(guò)酸循環(huán)泵23返回至酸進(jìn)口13，一部分作為廢酸采出，酸沉降罐的上層油相進(jìn)入閃蒸罐21，閃蒸罐21閃蒸出的氣相進(jìn)入壓縮機(jī)20，與塔頂氣相C4一起壓縮后進(jìn)入后續(xù)單元，閃蒸罐21液相進(jìn)入脫異丁烷塔等后續(xù)單元直至得到烷基化產(chǎn)品。

實(shí)施例1～3具體操作參數(shù)見表1。

以上所述實(shí)例僅是充分說(shuō)明本實(shí)用新型而所舉的較佳的實(shí)施例，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于此。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。