烷基化裝置工藝流程概述

王碩 付強(qiáng) 王娜(福斯特惠勒(河北)工程設(shè)計(jì)有限公司，天津 300130)

1 工藝技術(shù)路線及工藝特點(diǎn)

烷基化裝置是以液化氣中的烯烴及異丁烷為原料，在催化劑的作用下烯烴與異丁烷反應(yīng)，生成烷基化油的氣體加工裝置。

烷基化裝置包括原料脫丙烷和烷基化兩部分。原料脫丙烷的目的是通過(guò)蒸餾脫除原料中的丙烷。以液體酸為催化劑的烷基化工藝可分為硫酸烷基化和氫氟酸烷基化，兩種工藝都為成熟的技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外都有廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)采用的流出物致冷的硫酸烷基化工藝，該技術(shù)具有如下特點(diǎn):

1.1 采用反應(yīng)流出物致冷工藝:利用反應(yīng)流出物中的液相丙烷和丁烷在反應(yīng)器冷卻管束中減壓閃蒸，吸收烷基化反應(yīng)放出的熱量。反應(yīng)流出物經(jīng)過(guò)氣液分離后，氣相重新經(jīng)壓縮機(jī)壓縮、冷凝，抽出部分丙烷后，再循環(huán)回反應(yīng)器。與閉路冷凍劑循環(huán)致冷或自冷式工藝相比，流出物致冷工藝可使得反應(yīng)器內(nèi)保持高的異丁烷濃度，而從脫異丁烷塔來(lái)的循環(huán)異丁烷量最低。

1.2 反應(yīng)部分循環(huán)異丁烷與烯烴預(yù)混合后進(jìn)入反應(yīng)器，酸烴經(jīng)葉輪攪拌，在管束間循環(huán)，機(jī)械攪拌使酸烴形成具有很大界面的乳化液，烴在酸中分布均勻，減小溫度梯度，減少副反應(yīng)發(fā)生。

1.3 反應(yīng)流出物采用濃酸洗、堿水洗工藝:反應(yīng)流出物中所帶的酯類(lèi)如不加以脫除，將在下游異丁烷塔的高溫條件下分解放出SO2，遇到水份，則會(huì)造成塔頂系統(tǒng)的嚴(yán)重腐蝕。因此，必須予以脫除，本裝置采用濃酸洗及堿洗的方法進(jìn)行脫除，與傳統(tǒng)的堿洗相比，能有效脫除硫酸酯，即用98%的硫酸洗后再用12%的NaOH脫除微量酸。

2 工藝流程簡(jiǎn)述

烷基化裝置由脫丙烷部分、反應(yīng)壓縮部分、流出物處理及分餾部分組成。

2.1 脫丙烷部分

原料進(jìn)入裝置原料緩沖罐，由脫丙烷塔進(jìn)料泵抽出并升壓后進(jìn)入脫丙烷塔。脫丙烷塔的任務(wù)是脫去碳四餾分中的碳三以下的輕組分。脫丙烷塔頂排出的輕組分經(jīng)冷凝冷卻后，一部分作為塔頂回流，一部分作為丙烷副產(chǎn)品出裝置，不凝氣經(jīng)壓控進(jìn)入放空系統(tǒng)。塔底排出的反應(yīng)原料進(jìn)入反應(yīng)部分。

2.2 反應(yīng)壓縮部分

烯烴與異丁烷的反應(yīng)，主要是在硫酸催化劑的存在下，二者通過(guò)某些中間反應(yīng)生成汽油餾份的過(guò)程。從脫丙烷塔底來(lái)的碳四餾分換熱后與脫異丁烷塔頂來(lái)的循環(huán)異丁烷混合后，與反應(yīng)器凈流出物在進(jìn)料-流出物換熱器中換冷至約12.5℃，產(chǎn)生的游離水經(jīng)原料脫水器分出，從而使該物流中的游離水含量降至10ppm(w)以下。然后，該物流再與循環(huán)冷劑直接混合并使溫度降低至約3℃進(jìn)入反應(yīng)器。

烯烴和異丁烷進(jìn)料與循環(huán)異丁烷和冷劑一起進(jìn)入兩臺(tái)并聯(lián)的反應(yīng)器，在反應(yīng)器中以濃硫酸做催化劑，發(fā)生烯烴與異丁烷之間的烷基化反應(yīng)。從反應(yīng)器中引出反應(yīng)完全的酸—烴乳化液，直接進(jìn)入酸沉降器，使烴類(lèi)與硫酸分離。

自緩沖閃蒸罐來(lái)的反應(yīng)流出物在進(jìn)料-流出物換熱器中與新鮮進(jìn)料和循環(huán)異丁烷換熱升溫到31℃,進(jìn)入流出物處理部分的酸洗沉降器。反應(yīng)流出物在緩沖閃蒸罐分出的氣相，去致冷壓縮機(jī)系統(tǒng)。緩沖閃蒸罐氣相空間的平衡蒸汽，由擋板兩側(cè)匯集到氣體出口管，進(jìn)入致冷壓縮機(jī)入口。致冷壓縮機(jī)為四級(jí)離心式壓縮機(jī)，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，設(shè)有反喘振保護(hù)系統(tǒng)。

壓縮機(jī)的排出氣體，在冷劑冷凝器中全部冷凝并收集在冷劑緩沖罐中。緩沖罐輕烴減壓，去壓縮機(jī)入口緩沖閃蒸罐中冷劑側(cè)，使冷劑降溫到需要的程度而分別以氣相或液相的方式返回到壓縮機(jī)和反應(yīng)器，從而實(shí)現(xiàn)了冷劑的循環(huán)。

2.3 流出物處理及分餾部分

從酸沉降器出來(lái)的反應(yīng)流出物中，含有少量夾帶的酸和硫酸與烯烴反應(yīng)生成的中性硫酸酯。

2.3.1 酸洗系統(tǒng)

用98%的H2SO4吸收反應(yīng)流出物中絕大部分的硫酸酯。流出物由緩沖閃蒸罐，經(jīng)泵送往進(jìn)料-流出物換熱器向進(jìn)料提供冷量后升溫到31℃，進(jìn)入酸洗系統(tǒng)。首先與循環(huán)酸和補(bǔ)充新酸在混合噴射器內(nèi)混合。混合噴射器安裝位置低于酸洗沉降器，以形成沒(méi)有酸泵的酸循環(huán)。在混合噴射器后安裝靜態(tài)混合器，以強(qiáng)化物流進(jìn)入酸洗沉降器之前的進(jìn)一步混合。

流出物與酸在沉降器內(nèi)分離，從沉降器底部放出酸和被溶解了的硫酸酯，被送回一級(jí)反應(yīng)器，流出物在沉降器的上部。

2.3.2 堿洗系統(tǒng)

熱堿水洗系統(tǒng)的作用是去除殘余酯和夾帶酸的再精制過(guò)程。從酸洗系統(tǒng)來(lái)的流出物，與熱堿水在靜態(tài)混合器中充分混合，49℃的烴－堿混合物直接進(jìn)入堿洗沉降器內(nèi)進(jìn)行分離。含硫酸鹽的水溶液，用堿洗循環(huán)泵從堿洗沉降器底部抽出，送回靜態(tài)混合器。來(lái)自堿洗沉降器頂部的精制流出物被脫異丁烷塔底產(chǎn)品加熱后進(jìn)入脫異丁烷塔。

2.3.3 分餾系統(tǒng)

經(jīng)酸、堿洗后，攜帶飽和水分的精制流出物進(jìn)入脫異丁烷塔，塔頂氣體經(jīng)塔頂冷凝冷卻器冷至40℃后進(jìn)入回流罐，由回流泵抽出，一部分返回塔頂作為回流，一部分循環(huán)回反應(yīng)部分，以保證反應(yīng)器總進(jìn)料中適當(dāng)?shù)漠惗⊥楹拖N比例。塔底丁烷和烷基化產(chǎn)品自壓進(jìn)入正丁烷塔。在汽提段有一臺(tái)臥式熱虹吸式再沸器，用導(dǎo)熱油加熱。脫異丁烷塔再沸器的導(dǎo)熱油量，由塔底溫度控制。正丁烷塔頂蒸出的正丁烷經(jīng)塔頂冷凝冷卻器冷至40℃后進(jìn)入塔頂回流罐。冷凝液經(jīng)回流泵升壓后，一部分返回塔頂作為回流，另一部分出裝置。塔底異辛烷產(chǎn)品，經(jīng)脫異丁烷塔進(jìn)料-塔底產(chǎn)品換熱器、堿水-異辛烷換熱器與塔進(jìn)料和循環(huán)堿液換熱，再經(jīng)異辛烷冷卻器冷卻到40℃后，經(jīng)泵送出裝置。

3 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了典型烷基化裝置的工藝技術(shù)及特點(diǎn)，詳細(xì)介紹了烷基化裝置的工藝流程。該流程優(yōu)化換熱設(shè)計(jì)，降低裝置能耗，提高了裝置的整體操作水平；采用采用集散型控制系統(tǒng)(DCS)，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視和先進(jìn)過(guò)程控制、協(xié)調(diào)操作參數(shù)，提高工藝裝置和系統(tǒng)工程的自動(dòng)化水平及綜合管理水平。