改善的连续混合反应器及使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及连续混合反应器以及例如用于烷基化过程中的方法。
【背景技术】
[0002]连续混合反应器是反应容器，所述反应容器具有含内部循环的连续搅拌器，其中循环由叶轮提供。反应器是水平压力容器，其具有外壳、内部循环管、混合叶轮和由管束提供的间接热交换。这些反应器适用于在以单相或多相提供反应物之间紧密接触的条件下进行化学反应。已知连续混合反应器，并且示例可见于如美国专利3，759，318和3，965，975中所述。
[0003]连续混合反应器的基本操作包括:
[0004]1.连续混合反应器壳用于包含反应混合物。
[0005]2.循环管用于建立反应器中的内部流动路径(从循环管的中心向下并通过存在于循环管和壳之间的环形通道)。
[0006]3.壳具有液压头，其包含轴封装置和任何所需的用于叶轮轴的轴承。液压头还结合来自叶轮的流体流动的反向区。
[0007]4.叶轮产生反应器中的混合和循环。混合循环叶轮向内反应物提供高剪切和湍流以使速率最大化。
[0008]5.间接换热装置以管束形式提供，所述管束包含换热介质以在反应期间增加或除去吸收或产生的热。温度控制通过反应器中整个反应区的热交换来增加或除去反应热而实现。管束可以为U形管类型、卡口管等。
[0009]从叶轮的排放侧开始的连续混合反应器内的常规流动路径通过液压头中的反向区，此后通过循环管和外壳之间的环形通道，在循环管的端部处通过与叶轮相对的反应器端部中的反向区，并且最终通过管束的中心，即反应器的中心部分，在循环管内返回到叶轮。反应物通常尽可能靠近叶轮的眼给料，使得其立即并完全混合并且分散在反应混合物的主体中。
[0010]连续混合反应器的设计是使内部流体的循环和湍流最大化。
[0011]在连续混合反应器中进行的过程的示例是烷基化。在烷基化过程中，在酸催化剂诸如硫酸的存在下，轻质烃(诸如丙烯、丁烯、戊烯)与异链烷烃(支链的烷烃)诸如异丁烷反应，以形成烷基化产物。烷基化产物是汽油沸腾范围的支链烃的混合物，其可利用炼油厂汽油池共混，以增加汽油辛烷并降低蒸汽压。
[0012]在烷基化过程中，烯烃和异链烷烃在进料中混合，所述进料被注入循环管内部的叶轮的吸入侧。叶轮快速将进料分散到酸催化剂中以形成乳液。乳液通过叶轮在反应器内以高速循环。
[0013]已经在具有常规流动路径的连续混合反应器中在与叶轮相对的反应器的端部中的反向区处发现管道磨损。在烷基化过程中，磨损可能是由于酸催化剂的腐蚀、温度和其它因素。反向区中的流分布形成压力损失，导致向管束中心的不均匀流动。
[0014]期望减少并使管束热交换装置中的管道的管道磨损最小化。例如，使连续混合反应器中的循环管端部处的磨损减少并最小化，以更有效地利用管束的热交换能力并提供管束中更好的流分布。本文所公开的连续混合反应器和方法满足这些需要。
【发明内容】
[0015]本公开提供了一种连续混合反应器，其是水平压力容器，所述水平压力容器具有:
[0016](a)外壳，其中所述外壳具有内壁和外壁；一个或多个流体入口、形成壳的一个端部的液压头(或循环头)、在与液压头相对的壳的端部处的换热介质头；其中所述壳具有介于液压头和换热介质头之间的大致圆柱形部分，其具有中心部分和两个相对的末端部分，所述中心部分具有基本上均匀的直径并且每个末端部分为锥形部分，以及定位在圆柱形部分的表面上的排放出口 ；以及
[0017](b)中空循环管，其在两端开口，从液压头延伸至与液压头相对且更靠近换热介质头的终端，并且轴向定位在壳内并与其内壁隔开，使得在循环管和壳之间形成环形通道；以及
[0018](c)叶轮，其容纳在壳的液压头内的环形管端部内并临近所述端部定位，其中所述叶轮提供反应器内的流体的混合，形成通过所述管的流体的循环流动；以及
[0019](d)贯穿外壳的换热装置，其中所述换热装置具有从换热介质头延伸到与叶轮相对的循环管的开口端中的管板，其中所述换热装置基本上贯穿所述外壳的圆柱形部分的中心部分的长度；
[0020]其特征在于具有(I)更靠近换热介质头的循环管的端部，所述端部在外壳的圆柱形部分的中心部分和锥形末端部分的交汇处的延伸穿过外壳的切向平面处或所述切向平面的下游终止(基于通过叶轮通过液压头中的反向区然后通过壳和循环管之间的环形通道的流体流动的方向)，或者(2)附接到循环管的终端的流分布板。
[0021]本文所公开的连续混合反应器特别适用于化学反应，诸如例如烷基化过程，具体地讲，酸催化剂烷基化过程。
【附图说明】
[0022]图1是现有技术的连续混合反应器的剖视图，其具有大的细长U型部分的换热管束，所述换热管束贯穿与叶轮相对的循环管端部并基本上延伸其整个长度。
[0023]图2是图1的反应器的视图，其示出包括换热介质头的反应器的部分和液体的流动。
[0024]图3是如本文所公开的连续混合反应器的剖视图，其示出包括换热介质头的反应器的部分和液体的流动。
【具体实施方式】
[0025]本文所公开的连续混合反应器是大致水平式反应器。所述反应器具有外壳以包含反应混合物；循环管以建立反应器中的内部流动路径；用于混合的叶轮；以及用于在反应器内进行的增加或除去反应器的热的换热装置。
[0026]如本文所公开的反应器具有常规流型。S卩，流体通过合适的喷嘴在叶轮之前进入反应器。在叶轮中混合之后，混合的流体通过其中流体流动的方向在液压头处在壳的端部中反转的反向区流动通过循环管和外壳外部的环形空间。然后流动通过循环管和外壳之间的环形通道进行，此后通过第二反向区进行，在所述第二反向区中流体流动的方向在液压头相对的壳的端部中反转。然后，流体流回循环管内的叶轮并与换热装置接触。
[0027]本公开的连续混合反应器具有外壳，所述外壳具有内壁和外壁。所述壳具有一个或多个入口以允许引入流体到反应器中。所述壳具有形成并靠近壳的一个端部的液压头。所述液压头具有轴封装置和任何所需的用于叶轮轴的轴承。所述头部结合如本文所述和所示的来自叶轮的液体的流动的反向区。
[0028]在与液压头相对的壳的端部处是换热介质头。该头部提供下文所进一步描述的冷却剂到换热装置中的流入和流出。
[0029]所述壳具有介于液压头和换热介质头之间的大致圆柱形部分(圆筒)。所述圆柱形部分具有中心部分和两个相对的末端部分。圆柱形部分的中心部分是具有沿管的长度基本上相同的直径的管。圆柱形部分的每个端部是锥形部分，即在远离圆筒的中心部分的方向上具有逐渐减小的直径。即，圆柱形部分具有通过反应器壳的中心的均匀直径的管，并且该管随圆柱形部分在各自末端处接近液压头和换热介质头而在两个末端部分处渐缩。所述渐缩可以是均匀的(同心锥形末端部分)或不均匀的(偏心锥形末端部分)。例如，当反应器的底部不能以与反应器的顶部向下倾斜的相同角度向上倾斜时，诸如保持平坦时，不均匀的渐缩发生。(参见，图1)
[0030]在一个实施例中，靠近液压头的锥形末端部分是同心的。在一个实施例中，靠近换热介质头的锥形末端部分是同心的。在一个实施例中，锥形末端部分中的至少一个是偏心的。在一个实施例中，两个末端部分均是同心的。在一个实施例中，靠近液压头的末端部分是偏心的。
[0031]所述壳还具有排放出口以允许从连续混合反应器中除去物质。排放出口位于外壳的圆柱形部分的中心部分的表面上。排放出口可位于壳的上(顶部)表面上或壳的下(底部)表面上。排放出口可以在靠近换热介质头的锥形末端部分的上游。在一个实施例中，将产物从位于反应器的顶部表面上的排放出口处移除。
[0032]本文所公开的连续混合反应器具有中空的末端开口循环管，其轴向或同心地定位于壳内并与壳的内壁隔开，从而在其间形成环形通道。所述循环管与外壳，诸如与壳的圆柱形部分大致适合。循环管的一个端部靠近壳的液压头。在该端部处，循环管可渐缩以保持环形通道通过靠近液压头的圆筒的锥形部分。在本文被称为循环管的终端(远离液压头并且更靠近换热介质头)的相对端部在壳的圆柱形部分的中心部分和锥形末端部分的交汇处，延伸穿过壳的切向平面处或所述切向平面的下游终止(基于流体通过叶轮、通过液压头中的反向区然后通过壳和循环管之间的环形通道的流动方向)。
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