阅读说明：本技术 一种工业异辛烷生产系统 (Industry isooctane production system ) 是由 杨昆峰 钱瑜 李盛昌 马国庆 陈星良 于 2020-05-20 设计创作，主要内容包括：一种工业异辛烷生产系统,由原料预处理单元、反应单元、制冷压缩单元、精制与分馏单元和化学处理单元组成；原料预处理单元的脱轻烃塔顶回流罐连接到反应单元的反应器,反应单元的闪蒸罐分出三条管路,一条管路连接到制冷压缩单元的压缩机入口分液罐,另一条管路连接到化学处理单元的排酸罐,还有一条连接至精制与分馏单元的馏出物酸洗罐。本发明系统对传统工艺系统进行了改进优化,进而降低了系统能耗,提高了产品质量,同时提高了系统运转的可靠性和稳定性,与国内现有硫酸异辛烷工艺相比,工业异辛烷收率提高约10％,辛烷值提高约2个单位,酸耗降低约30％,能耗降低约35％。(An industrial isooctane production system comprises a raw material pretreatment unit, a reaction unit, a refrigeration compression unit, a refining and fractionation unit and a chemical treatment unit; the top reflux tank of the light hydrocarbon eliminating tower of the material pre-treating unit is connected to the reactor of the reaction unit, the flash evaporating tank of the reaction unit has three separated pipelines, one pipeline is connected to the liquid separating tank in the compressor of the refrigerating and compressing unit, the other pipeline is connected to the acid draining tank of the chemical treating unit, and the other pipeline is connected to the distillate acid washing tank of the refining and fractionating unit. Compared with the domestic existing isooctane sulfate process, the yield of industrial isooctane is improved by about 10 percent, the octane number is improved by about 2 units, the acid consumption is reduced by about 30 percent, and the energy consumption is reduced by about 35 percent.)

一种工业异辛烷生产系统

技术领域

本发明属于烷基化产品生产领域，具体涉及一种工业异辛烷生产系统。

背景技术

随着环保要求的日益严格，对车用汽油烯烃含量提出了更高要求。工业异辛烷是生产清洁的高辛烷值汽油最理想的调和组分。目前，异辛烷合成有两种方法，一种是通过异丁烯二聚加氢的间接烷基化得到产物，另一种是异丁烷和丁烯反应的直接烷基化得到产物。直接烷基化工艺根据反应过程中使用的催化剂种类的不同可分为三种工艺。工业上普遍采用异丁烷和丁烯的液体酸烷基化工艺来制备异辛烷，主要包括原料处理系统、反应系统、制冷系统、流出物处理系统、分流系统、酸碱系统等。Stracto公司开发的流出物直冷式烷基化工艺在工业上得到广泛应用，目前我国建成的硫酸烷基化装置均采用了该工艺。该工艺一方面使浓硫酸和烷烯烃原料形成一个较大的接触面，反应器内置了一个大功率的搅拌器和内循环夹套，不仅增加了异丁烷向酸催化剂的区域传质，而且使酸相内反应消耗的异丁烷能得到及时补充。CDTECH公司的CDAlky工艺设计的烷基化反应器，没有传统的搅拌器，增加了一个独特的接触器使烷烯烃原料和浓硫酸在适宜的温度范围内混合均匀；另外，该工艺的精制单元取消了碱洗和水洗两个环节。

尽管上述工艺具有一定的先进性，但仍存在一些弊端。如Exxonmobil公司的梯式自冷式烷基化工艺，烯烃与异丁烷没有提前混合，若烯烃注入处乳化液为酸连续相时，烯烃往往首先与酸发生副反应，生成混合聚合物，影响到相邻反应段，最终使整个反应器受到影响；另外，整体能耗较高，且功能控制较为复杂，操作难度较大，影响系统运转的可靠性等。

发明内容

本发明的目的是提供一种工业异辛烷生产系统，以降低能耗、提高产品收率和质量。

本发明采取的技术方案是：

一种工业异辛烷生产系统，由原料预处理单元、反应单元、制冷压缩单元、精制与分馏单元和化学处理单元组成；

所述原料预处理单元包括进料缓冲罐(V-6101)，进料缓冲罐(V-6101)通过进料泵(P-6101A/B)连接至脱轻烃塔(T-6010)，在进料泵(P-6101A/B)与脱轻烃塔(T-6010)之间设有换热器（E-6101A/B）；脱轻烃塔(T-6010)通过冷凝器（E-6102A/B）连接有脱轻烃塔顶回流罐(V-6102)，该回流罐(V-6102)底部连接回流泵(P-6102A/B)，回流泵(P-6102A/B)出口分出两条管路，一条作为回流返回脱轻烃塔(T-6010)顶部，一条通向系统之外，用于输送副产品C3；脱轻烃塔(T-6010)底部通过换热器（E-6101A/B）连接至原料聚结器(V-6103)，在换热器（E-6101A/B）与原料聚结器(V-6103)之间还设有碳四冷却器(E-6105A/B)；

所述反应单元包括原料混合器(M-6201)将碳四原料、循环异丁烷及循环冷剂进行混合后，分三路连接到三台反应器(R-6201A/B/C)，每台反应器(R-6201A/B/C)均通过一根上升管连接有一台酸烃沉降器(V-6202A/B/C)，酸烃沉降器(V-6202A/B/C)设有一上两下共三个出口，一个下出口通过一根下降管连接到反应器(R-6201A/B/C)的入口，另外一个下出口连接至废酸脱烃罐(V-6301)，上出口连接至闪蒸罐(V-6203)；该单元还设置有新鲜酸贮罐(V-6303)，用以接收装置外送来的新鲜硫酸；

所述制冷压缩单元包括与闪蒸罐(V-6203)相连的压缩机入口分液罐（V-6204）和冷剂罐(V-6205)，压缩机入口分液罐（V-6204）的顶部连接至制冷压缩机(C-6201)，制冷压缩机(C-6201)再依次连接冷剂空冷器（A-6201A-H)、冷剂罐(V-6205)；所述闪蒸罐(V-6203)带有中间隔板，且上部设有两个进口和1个出口，下部设有三个出口，上部的一个进口连接至酸烃沉降器(V-6202A/B/C)的上出口，另一个进口通过三通分别连接至压缩机入口分液罐（V-6204）的底部和冷剂罐(V-6205)的底部，上部的出口连接至压缩机入口分液罐（V-6204）的中部，下部的一个出口通过反应流出物泵(P-6201A/B)连接至原料碳四进料换热器（E-6201A/B/C/D）换冷；下部的另一个出口通过循环冷剂泵(P-6202A/B)连接至反应器(R-6201A/B/C)进料管线，中间的出口通过排酸泵(P-6204A/B)连接至排酸罐(V-6302)；

所述精制与分馏单元包括馏出物酸洗罐(V-6209)，其上部经过流出物碱洗混合器(M-6203)连接至流出物碱洗罐(V-6210)上部入口，流出物碱洗罐(V-6210)的上部出口经过流出物水洗混合器(M-6204)连接至流出物水洗罐(V-6211)上部入口，流出物水洗罐(V-6211)上部出口经异辛烷-异丁烷塔进料换热器(E-6213)连接至脱异丁烷塔(T-6201)中部，其中，流出物碱洗罐(V-6210)的下部和流出物水洗罐(V-6211)的下部分别通过碱洗循环泵(P-6207A/B)、水洗循环泵(P-6208A/B)进行自循环；脱异丁烷塔(T-6201)的顶部经脱异丁烷塔顶湿式空冷器 (A-6202A/B/C)连接至塔顶回流罐(V-6212)入口，塔顶回流罐(V-6212)的出口通过脱异丁烷塔回流泵(P-6209A/B)分为两路，其中一路返回脱异丁烷塔(T-6201)的顶部，另一路连接至原料聚结器(V-6103)与反应进料换热器(E-6201A/B/C/D)之间的管路上（进行循环反应），脱异丁烷塔(T-6201)的底部连接至脱正丁烷塔(T-6202)中部，脱正丁烷塔(T-6202)的顶部经正丁烷塔顶湿式空冷器(A-6203A/B)连接至正丁烷塔顶回流罐(V-6214)入口，正丁烷塔顶回流罐(V-6214)的出口通过正丁烷塔回流泵(P-6210A/B)分为两路，其中一路返回脱正丁烷塔(T-6202)的顶部，另一路通向正丁烷产品出口区；脱正丁烷塔(T-6202)的底部通过异辛烷产品泵(P-6211A/B)并且经异辛烷-异丁烷塔进料换热器(E-6213)后通向异辛烷产品出口区；所述精制与分馏单元还设置两个串联的脱盐水缓冲罐1(V-6305)和脱盐水缓冲罐2(V-6303)，并分别连接至流出物水洗罐(V-6211)底部和流出物碱洗罐(V-6210)底部；

所述化学处理单元包括废酸脱烃罐(V-6301)，其下部出口连接至排酸罐(V-6302)，排酸罐(V-6302)下部设两个出口，其中一个连接至反应器(R-6201A/B/C)，另一个连接至废酸回收装置，上部出口连接至含酸气碱洗塔(T-6301)中部，含酸气碱洗塔(T-6301)的顶部连接至放空管，下部通过碱洗塔循环泵(P-6303A/B)分别返回塔内；该单元还设置有新鲜酸（98%H2SO4）贮罐(V-6304)，用以接收装置外送来的新鲜硫酸。

进一步的，所述脱轻烃塔(T-6010)共设69层塔板，原料进入第29层塔板；塔顶压力控制在1.65MPaG。

本发明的有益效果：

本发明系统对传统工艺系统进行了改进优化，进而降低了系统能耗，提高了产品质量，同时提高了系统运转的可靠性和稳定性，尤其是采用反应器流出物制冷工艺，与国内现有硫酸异辛烷工艺相比，具有工业异辛烷产品收率高(提高约10％)，辛烷值高(提高约2个单位)，酸耗低(降低约30％)，能耗低(降低约35％)等明显优点。该技术具有如下特点：

（1）采用卧式偏心高效反应器：反应器装有一个大功率的搅拌器和内夹套，以完成酸烃乳化液的混合和循环。反应器中设有冷却管束，用反应流出物的降压蒸发取走反应热。由于反应器内部循环流率很高有利于热量扩散，从而可使各点反应温度保持均匀。反应物料循环异丁烷与烯烃预混合后进入反应器，酸烃经叶轮搅拌，在管束间循环，机械搅拌使酸烃形成具有很大界面的乳化液，烃在酸中分布均匀，减小温度梯度，减少副反应发生。这些都有利于提高工业异辛烷的收率和质量。

（2）采用反应流出物制冷工艺：利用反应流出物中的液相丙烷和丁烷在反应器冷却管束中减压闪蒸，吸收烷基化反应放出的热量。反应流出物经过气液分离后，气相重新经压缩机压缩、冷凝，抽出部分丙烷后，再循环回反应器。与闭路冷冻剂循环致冷或自冷式工艺相比，流出物致冷工艺可使得反应器内保持高的异丁烷浓度，而从脱异丁烷塔来的循环异丁烷量最低。

（3）反应流出物采用碱水洗工艺：本装置采用12%的NaOH进行碱洗脱除，与传统的碱洗相比，能有效脱除硫酸酯，脱除微量酸。

（4）产品精制与分馏单元：产品精制与分馏单元采用双塔分离（分离3种组分：异丁烷、正丁烷、异辛烷，使用1个塔分离将增加塔板数（即塔的高度）及侧线抽出，增加设备投资及操作难度），首先将反应产物中的异丁烷经脱异丁烷塔分离出来，部分作为回流，部分作为循环异丁烷满足反应的需要。其次通过脱正丁烷塔将工业异辛烷产品中正丁烷分离出来，塔底合格工业异辛烷产品进入成品罐，正丁烷可作为液化气产品外销或为顺酐提供原料。

附图说明

图1是本系统的原料预处理单元和反应单元；

图2是本系统的制冷压缩单元、化学处理单元以及精制与分馏单元中的部分构件；

图3是精制与分馏单元的主要构件。

注：图1~图3本身合起来是一张图，为整个系统图，由于放置在一张纸中无法看清楚各部件，因而分开成三张图；其中，图1中的A1~G1与图2中的A2~G2分别一一对应，图2中的A3、H1分别与图3中的A4、H2相对应。

具体实施方式

本发明是30万吨/年工业异辛烷生产工艺系统，以液化气中的烯烃和异丁烷为原料，其产品为工业异辛烷、异丁烷、正丁烷、丙烷等产品。该产品能广泛应用于能源、化工原料及燃料调和剂等方面，具有广阔的市场前景。

一种工业异辛烷生产系统，由原料预处理单元、反应单元、制冷压缩单元、精制与分馏单元和化学处理单元组成；

所述原料预处理单元包括进料缓冲罐(V-6101)，进料缓冲罐(V-6101)通过进料泵(P-6101A/B)连接至脱轻烃塔(T-6010)，所述脱轻烃塔(T-6010)共设69层塔板，原料进入第29层塔板；塔顶压力控制在1.65MPaG；在进料泵(P-6101A/B)与脱轻烃塔(T-6010)之间设有换热器（E-6101A/B）；原料经进料泵(P-6101A/B)加压后进入脱轻烃塔(T-6010)29层塔板，脱轻烃塔的目的是将原料中C3轻组分分出，内设69 层塔板。脱轻烃塔(T-6010)通过冷凝器（E-6102A/B）连接有脱轻烃塔顶回流罐(V-6102)，该回流罐(V-6102)底部连接回流泵(P-6102A/B)，回流泵(P-6102A/B)出口分出两条管路，一条作为回流返回脱轻烃塔(T-6010)顶部，一条通向系统之外，用于输送副产品C3；脱轻烃塔(T-6010)底部通过换热器（E-6101A/B）连接至原料聚结器(V-6103)，在换热器（E-6101A/B）与原料聚结器(V-6103)之间还设有碳四冷却器(E-6105A/B)，塔底脱除C3后的碳四组分先经过换热器（E-6101A/B）与罐区的原料换热，加热原料而降低自身温度，之后通过碳四冷却器(E-6105A/B)继续降温（依靠冷却水），然后再进入原料聚结器(V-6103)脱水；原料经原料聚结器(V-6103)连接至反应进料换热器(E-6201A/B/C/D)进一步冷却降温，降低原料中水的溶解度，再依次进入原料滤芯脱水器（V-6206A/B/C/D）、原料脱水器进一步脱除游离水。

所述反应单元包括原料混合器(M-6201)将碳四原料、循环异丁烷及循环冷剂进行混合后，分三路连接到三台反应器(R-6201A/B/C)，每台反应器(R-6201A/B/C)均通过一根上升管连接有一台酸烃沉降器(V-6202A/B/C)，反应完全的酸—烃乳化液经上升管直接进入酸烃沉降器(V-6202A/B/C)，并在此进行酸和烃类的沉降分离，酸烃沉降器(V-6202A/B/C)设有一上两下共三个出口，一个下出口通过一根下降管连接到反应器(R-6201A/B/C)的入口，分离出的酸液经下降管返回反应器重新使用，另外一个下出口连接至废酸脱烃罐(V-6301)，用以收集排放的废酸，上出口连接至闪蒸罐(V-6203)，在此之前，管路先与反应器内的取热管束进行换热；该单元还设置有新鲜酸（98%H₂SO₄）贮罐(V-6303)，用以接收装置外送来的新鲜硫酸；罐内以氮气覆盖，防止空气中的水分进入罐内造成酸的稀释和设备腐蚀。

碳四馏分中的烯烃与异丁烷的反应，主要是在硫酸催化剂的存在下，二者主要通过加成反应生成异辛烷馏分的过程。从脱轻烃塔（T-6101）底来的碳四馏分与脱异丁烷(T-6201)塔顶的循环异丁烷混合后，与反应进料换热器(E-6201A/B/C/D)中换冷至约11℃，之后碳四组分进入反应进料脱水器(V-6201A/B)再次脱水后（≦10ppm）的混合碳四馏分与来自闪蒸罐(V-6203)的循环冷剂经混合器(M-6201)混合并使温度降低至3.0～6.0℃后分三路分别进入反应器(R-6201A/B/C)。反应器是装有内循环夹套、取热管束和搅拌叶轮的压力容器。进料中的烯烃和异丁烷在硫酸催化剂存在下，生成工业异辛烷。反应完全的酸—烃乳化液经上升管直接进入酸烃沉降器(V-6202A/B/C)，并在此进行酸和烃类的沉降分离，分出的酸液经循环酸下降管返回反应器重新使用。反应—沉降系统中酸的循环是借助在上升管和下降管中物料的比重差自然循环的，90%浓度的废酸自酸烃沉降器排放至废酸脱烃罐(V-6301)。本装置设有3台反应器，为并联操作，即混合碳四分三路分别进入，而作为催化剂的硫酸为串联操作，即补充的新酸进入酸沉降罐(V-6202A)，从酸沉降罐(V-6202A)出来的中间酸进入酸沉降罐(V-6202B)，从酸沉降罐(V-6202B)出来的中间酸再进入酸沉降罐(V-6202C)，从酸沉降罐(V-6202C)出来的90%的废酸排出。三组反应-沉降系统也可单独操作。从酸烃沉降器分出的烃相经压力控制阀降压后，流经反应器内的取热管束部分汽化，吸收热量带走反应热。汽－液混合物进入闪蒸罐(V-6203)。循环冷剂则以循环冷剂泵(P-6202A/B)抽出送至反应器(R-6201A/B/C)进料管线与原料碳四直接混合。从闪蒸罐气相空间出来的烃类气体至制冷压缩机。闪蒸罐设置酸包，可借助酸包的液面计观察酸烃界面。正常情况下，酸包的酸位很低。当反应器内的取热管束发生泄漏时，酸包内将会有大量硫酸，此时需开排酸泵(P-6204)将酸送至排酸罐(V-6302)。98%的新鲜硫酸连续补入反应器。

所述制冷压缩单元包括与闪蒸罐(V-6203)相连的压缩机入口分液罐（V-6204）和冷剂罐(V-6205)，压缩机入口分液罐（V-6204）的顶部连接至制冷压缩机(C-6201)，制冷压缩机(C-6201)再依次连接冷剂空冷器（湿式空冷A-6201A-H)、冷剂罐(V-6205)；所述闪蒸罐(V-6203)带有中间隔板，且上部设有两个进口和1个出口，下部设有三个出口，上部的一个进口连接至酸烃沉降器(V-6202A/B/C)的上出口，另一个进口通过三通分别连接至压缩机入口分液罐（V-6204）的底部和冷剂罐(V-6205)的底部，上部的出口连接至压缩机入口分液罐（V-6204）的中部，下部的一个出口通过反应流出物泵(P-6201A/B)连接至原料碳四进料换热器（E-6201A/B/C/D）换冷，被加热至约31℃，去馏出物精制和产品分馏部分继续处理，即馏出物酸洗罐(V-6209)；下部的另一个出口通过循环冷剂泵(P-6202A/B)连接至反应器(R-6201A/B/C)进料管线，与原料碳四直接混合，中间的出口通过排酸泵(P-6204A/B)连接至排酸罐(V-6302)。

反应器的进料温度要求为3.0～6.0℃，这一温度是由在反应器进料中混入低温循环冷剂来实现的。为此，需有一套相应的制冷系统来满足这一要求。闪蒸罐气相空间的平衡蒸汽（烃类气体），由挡板两侧汇集至出口管，再依次进入压缩机入口分液罐（V-6204）、制冷压缩机(C-6201）。气体经压缩机压缩至0.72MPa后，经冷剂空冷器（湿式空冷A-6201)冷凝至49℃，进入冷剂罐(V-6205)。该液体在流量的控制下经减压后再返回闪蒸罐，经降压闪蒸使冷剂温度降低至-10℃左右，用循环冷剂泵(P-6202A/B)抽出送至反应器进料混合器（M-6201）前混合进反应单元循环。

所述精制与分馏单元包括馏出物酸洗罐(V-6209)，其上部经过流出物碱洗混合器(M-6203)连接至流出物碱洗罐(V-6210)上部入口，流出物碱洗罐(V-6210)的上部出口经过流出物水洗混合器(M-6204)连接至流出物水洗罐(V-6211)上部入口，流出物水洗罐(V-6211)上部出口经异辛烷-异丁烷塔进料换热器(E-6213)连接至脱异丁烷塔(T-6201)中部，其中，流出物碱洗罐(V-6210)的下部和流出物水洗罐(V-6211)的下部分别通过碱洗循环泵(P-6207A/B)、水洗循环泵(P-6208A/B)进行自循环；脱异丁烷塔(T-6201)的顶部经脱异丁烷塔顶湿式空冷器 (A-6202A/B/C)连接至塔顶回流罐(V-6212)入口，塔顶回流罐(V-6212)的出口通过脱异丁烷塔回流泵(P-6209A/B)分为两路，其中一路返回脱异丁烷塔(T-6201)的顶部，另一路连接至原料聚结器(V-6103)与反应进料换热器(E-6201A/B/C/D)之间的管路上（进行循环反应），脱异丁烷塔(T-6201)的底部连接至脱正丁烷塔(T-6202)中部，脱正丁烷塔(T-6202)的顶部经正丁烷塔顶湿式空冷器(A-6203A/B)连接至正丁烷塔顶回流罐(V-6214)入口，正丁烷塔顶回流罐(V-6214)的出口通过正丁烷塔回流泵(P-6210A/B)分为两路，其中一路返回脱正丁烷塔(T-6202)的顶部，另一路通向正丁烷产品出口区；脱正丁烷塔(T-6202)的底部通过异辛烷产品泵(P-6211A/B)并且经异辛烷-异丁烷塔进料换热器(E-6213)后通向异辛烷产品出口区；所述精制与分馏单元还设置两个串联的脱盐水缓冲罐1(V-6305)和脱盐水缓冲罐2(V-6303)，并分别连接至流出物水洗罐(V-6211)底部和流出物碱洗罐(V-6210)底部。

从反应单元来的反应流出物中含有少量的夹带酸和烯烃与硫酸反应所生成的中性硫酸酯。这些酯类如不加以脱除，将在下游脱异丁烷塔(T-6201)的高温条件下分解放出SO₂，遇到水份，则会造成塔顶系统的严重腐蚀。因此，必须予以脱除，本装置采用酸分离及碱洗的方法进行脱除，即流出物酸洗分离罐分离后再用10%的NaOH 脱除微量酸。

与混合碳四换热后的反应馏出物进入酸洗系统，进入流出物酸洗罐(V-6209)底部，它可以分离反应流出物中的绝大部分硫酸酯。流出物烃类和酸在酸洗罐中分离，可使烃类流出物中酸含量降低至10ppm（体积）。

酸洗后的流出物与循环碱液在流出物碱洗混合器(M-6203)中混合后，至流出物碱洗罐将微量酸脱除，同时将流出物中携带的微量硫酸酯水解脱除。含硫酸钠和亚硫酸盐的碱水，自流出物碱洗罐(V-6210)底部用碱洗循环泵(P-6207A/B)抽出。根据碱洗系统的操作情况，以注碱泵间断向系统中补充10%浓度的新鲜碱液，以维持循环碱水的PH 值在10±1之间。从流出物碱洗罐(V-6210)出来的流出物先经流出物水洗混合器(M-6203)与脱盐水进行混合后，再进入流出物水洗罐(V-6211)进行烃和水的分离。

所述化学处理单元包括废酸脱烃罐(V-6301)，其下部出口连接至排酸罐(V-6302)，排酸罐(V-6302)下部设两个出口，其中一个连接至反应器(R-6201A/B/C)，另一个连接至废酸回收装置，上部出口连接至含酸气碱洗塔(T-6301)中部，含酸气碱洗塔(T-6301)的顶部连接至放空管，下部通过碱洗塔循环泵(P-6303A/B)分别返回塔内；该单元还设置有新鲜酸（98%H₂SO4）贮罐(V-6304)，用以接收装置外送来的新鲜硫酸。罐内以氮气覆盖，防止空气中的水分进入罐内造成酸的稀释和设备腐蚀。

本装置设有废酸脱烃罐(V-6301)、排酸罐(V-6302)，正常操作时它接收自反应单元酸烃沉降器(V-6202A/B/C)以及闪蒸罐(V-6203)酸包送来的废酸，用作废酸缓冲及分离出所携带的烃类；事故状态时接收含酸系统容器安全阀的放空物，并使酸和烃分离；停工时接受含酸系统容器的含酸排放物。废酸在排酸罐中分离出烃类后，回收的含酸烃类则用含酸废油泵(P-6302A/B)送至反应单元。从排酸罐来的含酸油气进入含酸气碱洗塔(T-6301)进行碱洗中和，该塔为填料塔。塔底碱液碱洗塔循环泵(P-6303A/B)抽出返回塔内循环使用。