一种强化输送的外循环式烷基化反应器及烷基化反应方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于化工设备领域，更具体地，本发明涉及一种强化输送的外循环式烷基化反应器及烷基化反应方法。
【背景技术】
[0002]烷基化反应是指有机化合物分子中连在碳、氧和氮上的氢原子被烷基所取代的反应。一种典型的烷基化反应是丁烷与丁烯在浓硫酸的催化作用下生成异辛烷的烷基化反应。该硫酸烷基化反应中，丁烯溶于浓硫酸中作为反应体系的连续相，而不容易浓硫酸的丁烷则为分散相，丁烷与丁烯的烷基化反应发生在两相界面上。为了提高反应效率，需要强化其传质面积，而将烷烃有效分散在浓硫酸连续相中是强化其传质的重要途径之一。但因产物异辛烷及其相应的异构化产物在浓硫酸中的溶解度均较低，且为提高烯烃的转化率采用了高的烷烯比而有大量未反应的烷烃，因此烷烃和产物都需要尽快与催化剂浓硫酸分离，以提高生产效率。这就要求烷烃在浓硫酸中分散乳化无需均质化，而是适宜可控的。同时，浓硫酸催化丁烷与丁烯的烷基化反应是强放热反应，体系需要控制低温条件，而低温下的浓硫酸的粘度又较高，因此这一乳化是包含了传热要求的粘性介质中的分散过程。
[0003]专利CN204107349U公开了一种新型硅油乳化反应器，在反应器内安装了锚桨、盘管和高剪切乳化机，通过加热降低硅油粘度、在高速乳化机内添加更多的桨叶并提高转速等措施来提高产品乳化均匀性。专利CN204685014U公开了一种高剪切乳化装置，通过装置夹套加热后内部多层锯齿形圆盘高速剪切作用来强化乳化品质。专利201410184576.8公开了一种乳化搅拌装置，通过多轴框式与叶式搅拌的配合促进上下流动混合以改善效果。专利CN201603524U公开了一种乳化装置，采用设有通孔的搅拌叶对物料进行循环乳化来改善乳化效果。专利204447838U公开了一种硅油乳化装置，采用电磁激励驱动圆盘上的旋转叶片实现了力度温和的均匀搅拌。专利202446992U提供了一种硅油乳化搅拌装置，以同轴固定的圆盘间的搅拌柱实现了混合力较小的乳化过程。专利102961987A提供了一种具有预混合的连续化高粘硅油乳化工艺及其设备，采用了包含预混合螺杆栗、静态混合器、乳化搅拌釜等设备来获得高粘硅油乳化产品，其乳化搅拌釜中使用的是不同叶片数量的斜叶桨。专利CN204247083U提供了一种乳化装置，在乳化罐内的乳化机转轴上安装有两个反推轮，可以有效提高乳化能力，使乳化更彻底和更细腻。专利CN204582987U提供了一种乳化机，在搅拌轴上设有多个上下层叠的搅拌叶轮与定子配合，同时通过侧部超声波发生器和底部超声波发生器使得介质在机械乳化的基础上可进行超声波乳化，乳化后的介质直径更小，乳化效果更佳。上述专利中，目标产物为长时间稳定的乳液产品，没有产物分相分离要求，且不含化学反应，不适合作为存在化学反应、应用催化剂的反应体系、例如硫酸催化的烷基化反应体系的分散乳化。
[0004]专利0附04667856厶、0附04549086厶、0附04549115厶、0附04549108厶、0附04549116八、CN104549111A、CN104549110A、CN104549109A、CN104549087A、CN104549114A 等在反应器内设置喷射混合构件及在反应器内安装旋转床或内外旋转床，以实现催化剂与反应物的分散混合。这类反应器中实现反应体系分散乳化的组件过多、安装复杂，不便于装备的高效制造。
[0005]专利CN200520078557.3公开了一种卧式烷基化反应器，采用螺旋桨将分散、混合与换热整合在同一设备中同步实施，但对不互溶的液-液反应体系的剪切分散、混合及流动换热能力考虑不充分。
[0006]专利CN103242895A公开了一种碳4烷基化生产方法及装置，液相C4烷烃与浓硫酸在装置外利用搅拌装置充分乳化，在多段塔式反应器中完成烷基化反应。该专利方法保证了进入反应器的酸烃的乳化程度，但塔内反应过程中的乳液的界面更新取决于填料，其适时调控措施少。
[0007]专利CN203764234U公开了一种烷基化反应器，其反应器包括了顶部的物料入口及分布混合段，中部的反应段以及下部的产品分离段。物料分布混合段通过多管路分布器在无搅拌器的情况下达到物料均匀分布混合;在反应段装有填料，以增强传质效果促进反应的进行。该反应器可通过气化移热实现直接冷却。该反应器的物料混合段中设置了过多的物料入口管路，其布置复杂、流动阻力大，不利于制造、生产及维护。
[0008]专利CN102921368B公开了一种卧式内循环搅拌反应器，以强剪切循环流桨叶、宽度渐变挡板等的组合作用实现物料的分散与循环流动。该反应器中的物料分散乳化及循环流动动力由同一桨叶提供，不利于乳化要求的调控，同时亦不利于传质传热的优化。
[0009]综上，本领域还需要开发能够增加传质面积、提高反应效率烷基化反应设备。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种强化输送的外循环式烷基化反应器及烷基化反应方法。
[0011]在本发明的第一方面，提供一种强化输送的外循环式烷基化反应器，所述反应器包括乳化器和换热器；
[0012]所述的乳化器包括:乳化器壳体3;搅拌驱动电机I;搅拌轴2，其由搅拌驱动电机I驱动;第一轴流式桨叶201，其位于搅拌轴上;第二轴流式桨叶203，其位于搅拌轴上;径流式桨叶202，其位于搅拌轴上第一轴流式桨叶201和第二轴流式桨叶203之间；挡板4;组分分布器6;进料管8;和出料口 10;
[0013]所述的换热器包括:换热器壳体13;换热列管18;换热介质进口16;换热介质出口17 ；物料入口 12;物料出口 20和产物出口 14;
[0014]所述的反应器还包括乳化器与换热器之间的第一连接管11和第二连接管21。
[0015]在一个优选例中，所述乳化器还包括:换热夹套5，其位于壳体外壁上;较佳地，该换热夹套5包括半管形换热盘管。
[0016]在另一优选例中，所述乳化器还包括:物料排净口7。
[0017]在另一优选例中，所述的进料管8上还包括循环进料管9。所述的物料排净口7也可作为进料口。
[0018]在另一优选例中，所述的半管形换热盘管的管内装有流动的液相或可相变汽化的液相换热介质。
[0019]在另一优选例中，所述的乳化器壳体3包括:上封头301 ；筒体302;下封头303 ；较佳地，所述的上封头301和下封头303为椭球型封头结构。
[0020]在另一优选例中，所述的筒体302是直筒体。
[0021 ]在另一优选例中，所述的出料口 10位于筒体302的侧壁。
[0022]在另一优选例中，所述的进料管8和循环进料管9位于下封头303上。
[0023]在另一优选例中，所述的物料排净口7位于下封头303上。
[0024]在另一优选例中，所述的组分分布器6穿过壳体3进入壳体内。
[0025]在另一优选例中，所述的换热夹套5覆盖于筒体302的侧壁。
[0026]在另一优选例中，所述的搅拌轴2穿过上封头301，在下封头303内被定位。
[0027]在另一优选例中，所述的第一轴流式桨叶201和第二轴流式桨叶203选自:螺旋桨，翼型桨;较佳地是螺旋桨;或
[0028]在另一优选例中，所述的第一轴流式桨叶201和第二轴流式桨叶203的直径为筒体302直径的0.80?0.88倍，优选0.84?0.86倍;和/或所述的第一轴流式桨叶201安装于搅拌轴2上距离上封头301的上底部垂直距离为所述筒体302直径的0.8?1.5倍，优选0.9?1.4倍的位置;和/或所述的第二轴流式桨叶203安装于搅拌轴2上距离下封头303的下底部垂直距离为所述筒体302直径的0.2?1.5倍，优选0.3?1.0倍的位置。
[0029]在另一优选例中，所述的径流式桨叶202选自:直叶圆盘涡轮桨，对称凹叶圆盘涡轮桨，不对称凹叶圆盘涡轮桨，斜叶桨;较佳地是圆盘涡轮桨。
[0030]在另一优选例中，所述的径流式桨叶202是一个或多个;较佳地是I?5个，如2?3个;较佳地，所述的多个径流式桨叶的层间距为所述径流式桨叶202直径的0.8?1.5倍，优选0.9?1.2倍；和/或所述的径流式桨叶202的直径为筒体302直径的0.45?0.55倍，优选
0.47 ?0.54 倍。
[0031]在另一优选例中，所述的挡板4的数量是2?12片;较佳地为2-10片；更佳地为2-8片;如4片、6片;较佳地，多片挡板4是均匀分布的;和/或所述的挡板4的宽度为所述筒体302的直径的1/20?1/8;较佳地为1/12?1/10;和/或所述的挡板4的长度与筒体302的直边长度相同；和/或所述的挡板4与筒体302的内壁的离壁距离为挡板4宽度的1/12?1/8。
[0032]在另一优选例中，所述的组分分布器6包括进料口601和分布管602;所述的分布管60 2上分布有孔;较佳地，所述的组分分布器6为圆管型分布器;较佳地，所述的分布管60 2的直径为所述的径流式桨叶202直径的0.8?1.2倍，更佳地为0.9?1.1倍;或所述的组分分布器6安装于所述径流式桨叶202与第二轴流式桨叶203之间；较佳地，所述的组分分布器6与所述径流式桨叶202之间的垂直距离为所述径流式桨叶202高度的0.5?1.5倍，较佳地为
0.8?1.2倍。
[0033]在另一优选例中，分布管602上分布的孔的孔径为2?20mm。
[0034]在另一优选例中，所述的换热器壳体13的上端和下端由封头15封闭；较佳地，所述的换热介质进口 16和换热介质出口 17存在于封头15上;或
[0035]在另一优选例中，所述的换热器内还包括:列管支撑板19，用于固定换热列管18。
[0036]在本发明的另一方面，提供所述的强化输送的外循环式烷基化反应器的用途，所述的强化输送的外循环式烷基化反应器用于进行烷基化反应。