探究硫酸烷基化裝置在運行過程中的問題及對策

石勇杰

摘 要：隨著工業(yè)的發(fā)展，中國工業(yè)發(fā)展也進入了全新的階段，石油化工中不可缺少的環(huán)節(jié)就是烷基化裝置，其中關(guān)于硫酸烷基化工藝的相關(guān)研究始終是在進行中的，在成品油標(biāo)準(zhǔn)不斷提升的背景下，當(dāng)前關(guān)于國有企業(yè)的升級改造將會逐漸開展，而硫酸烷基化技術(shù)本質(zhì)上還有很大的發(fā)展空間，解決好相關(guān)的運行問題，能最大程度上提升技術(shù)的發(fā)展水平，并創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益、社會效益?；诖?，本文分析了在硫酸烷基化裝置運行過程中存在的問題，并給出一定的解決建議，旨在為相關(guān)的技術(shù)人員開展研究提供經(jīng)驗參考。

關(guān)鍵詞：硫酸烷基化裝置;運行問題;解決對策

1.硫酸烷基化工藝

1.1烷基化工藝概述

傳統(tǒng)的烷基化工藝主要是硫酸烷基化和氫氟酸烷基化。60多年前的傳統(tǒng)烷基化工藝仍用于煉油工業(yè)。1942年，第一套以氫氟酸為催化劑的烷基化裝置投入運行。1998年，世界硫酸烷基化油產(chǎn)能為29.31萬噸/年，2010年初，世界烷基化油產(chǎn)能達到88.83萬噸/年，美國占世界烷基化油總量的56%，居世界第一。硫酸烷基化工藝采用硫酸烷基化技術(shù)的主要公司有STRATCO、Kellogg和?？松梨凇Ａ蛩嵬榛に囍饕譃榱鞒鑫镏评渫榛に?，如STRATCO工藝，以及反應(yīng)物自冷卻烷基化工藝，如凱洛格工藝。

（1）Stratco工藝，該工藝產(chǎn)量在全球范圍內(nèi)是很高的，中國化工企業(yè)引進的烷基化技術(shù)基本屬于該公司。Stratco流出物制冷烷基化技術(shù)的核心部分是采用獨特的水平接觸式反應(yīng)器。內(nèi)部裝有大功率攪拌葉輪。進入反應(yīng)器的碳氫化合物和酸被葉輪攪拌，形成在反應(yīng)器中循環(huán)的乳化液。乳液通過上升管進入酸沉降器，分離出的酸烴下降管進入反應(yīng)器循環(huán)使用。全世界使用該公司技術(shù)的設(shè)備有500多臺，日產(chǎn)量40萬桶。

（2）ExxonMobll工藝，該工藝在國內(nèi)應(yīng)用很少，但是在世界范圍內(nèi)該技術(shù)是得到廣泛應(yīng)用的，每個反應(yīng)段中烷烯比高，動力消耗小，缺點是各個反應(yīng)段之間相互影響，一個反應(yīng)操作不正常，會產(chǎn)生連帶影響。

1.2工藝流程

目前國內(nèi)主要引進STRATCO技術(shù)。該技術(shù)生產(chǎn)效率高，技術(shù)相對成熟?？傮w流程如下：（1）先將烯烴比符合要求的原料送入原料緩沖罐，加壓后與脫異丁烷塔的循環(huán)異丁烷合并冷卻。冷卻后的原料進入混凝脫水器，除去分離出的游離水，直接與靠近反應(yīng)器攪拌器吸入端的循環(huán)制冷劑混合。（2）攪拌器葉輪使酸和烴形成乳狀液，并在反應(yīng)器中循環(huán)。在這里，酸和碳氫化合物通過沉淀分離。沉降器的反應(yīng)流出物由壓力控制閥減壓，氣液混合物在緩沖閃蒸罐中分離，富丙烷物料在適當(dāng)?shù)膲毫ο麻W蒸出來并返回壓縮機的二級入口。（3）來自緩沖閃蒸罐的反應(yīng)流出物包含副反應(yīng)產(chǎn)生的酸冷卻器和少量夾帶的酸。經(jīng)酸洗和堿洗后，異丁烷從分餾塔頂分離，正丁烷從塔下部側(cè)線抽出，冷凝冷卻后，送出裝置。

2.硫酸烷基化裝置運行中的常見問題

2.1反應(yīng)原料會影響硫酸的催化

根據(jù)碳離子烷基化反應(yīng)理論，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程需要烷烴與叔碳進行碳離子轉(zhuǎn)移。符合要求的異烷烴是異丁烷和異戊烷。烷基化反應(yīng)器對反應(yīng)原料中雜質(zhì)含量有一定的限制。如果硫酸烷基化裝置以MTBE加工后的乙醚后的C4為原料，還可能含有甲醇、叔丁醇、二甲醚等雜質(zhì)。烷基化后進入酸相，使硫酸受到污染，從而影響硫酸的催化活性。四種最明顯的污染硫酸的雜質(zhì)是：（1）乙烯，（2）丁二烯，（3）硫化物和（4）水。以硫化物為例，烷基化反應(yīng)器中硫化物的副作用如下：當(dāng)烷基化原料中含有大量硫化物時，會產(chǎn)生更多的酸溶性油，硫酸消耗量將顯著增加。如果硫化物是H2S和COS，每噸硫化物可增加酸耗15-18噸，每噸甲硫醇的濃硫酸消耗將達到45噸。它不僅影響酸耗，而且影響濃硫酸的催化作用，使硫酸稀釋，整體上不會達到良好的催化效果。這種雜質(zhì)和水對反應(yīng)的影響是非常顯著的，而硫化物的其他反應(yīng)也可能發(fā)生，影響整個反應(yīng)流程，因此危害也很大。

2.2反應(yīng)器整體結(jié)構(gòu)較為僵化

現(xiàn)有烷基化裝置中使用的烷基化反應(yīng)器分為立式反應(yīng)器和臥式反應(yīng)器。立式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)主要是管殼式換熱反應(yīng)器，電機在反應(yīng)器底部，催化劑和原料的混合物在殼程。電機通過減速器驅(qū)動反應(yīng)器中的攪拌器。將催化劑和原料充分混合反應(yīng)，然后將反應(yīng)物萃取分離。氨被用作冷卻介質(zhì)來帶走反應(yīng)熱。這種方法比較常見，但是反應(yīng)器的處理能力小，支撐結(jié)構(gòu)的垂直尺寸大，也會產(chǎn)生大量的能耗，增加反應(yīng)的工作量，維護時間變長。

3.硫酸烷基化裝置的運行優(yōu)化策略

3.1優(yōu)化反應(yīng)器原料，嚴(yán)格控制反應(yīng)器雜質(zhì)

烷基化原料中的雜質(zhì)會導(dǎo)致烷基化設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，耗酸量高。因此，必須嚴(yán)格控制飼料中的雜質(zhì)。脫水吸附是常見的。流體通過多孔固體顆粒的特定組分分子被固體顆粒的內(nèi)孔吸附。吸附劑對流體混合物中不同組分應(yīng)有較強的選擇性吸附。吸附劑一般分為無機物和有機物。在液化天然氣吸附脫水過程中，通常采用分子篩和活性氧化鋁，其中分子篩的選擇最多。分子篩親和力高，脫水效果最好。在選擇加工工藝和除雜方法時，應(yīng)注重整體經(jīng)濟性和效率。在完善的研究和論證的基礎(chǔ)上，研究將更加有效。以齊魯石化研究院為例，選擇性加氫之后可以將整體的烷基化油辛烷更高。

3.2做好反應(yīng)器的技術(shù)改造，提升經(jīng)濟效益和社會效益

鑒于目前使用的反應(yīng)器類型，將原來的立式烷基化反應(yīng)器改為臥式結(jié)構(gòu)更為合適。反應(yīng)產(chǎn)物用作冷卻介質(zhì)，避免了氨泄漏造成的人員中毒和環(huán)境污染的風(fēng)險。帶鞍座支撐，無大框架，操作維護方便，提高攪拌速度，減少中間減速機環(huán)節(jié)，電機直接與攪拌器連接，傳動結(jié)構(gòu)大大簡化，反應(yīng)器水平放置后，U型換熱管束容易抽出，便于維護。介質(zhì)中的硫酸雖然對碳鋼有很強的腐蝕性，但也會產(chǎn)生鈍化，所以碳鋼可以作為基本反應(yīng)器。烷基化反應(yīng)器的設(shè)計、改進和優(yōu)化是圍繞反應(yīng)物的有效分散和合理循環(huán)進行的。反應(yīng)器的設(shè)計參數(shù)主要滿足工藝流程的要求。反應(yīng)器的強度計算是在設(shè)計參數(shù)的前提下進行的，常規(guī)計算和應(yīng)力計算的結(jié)果作為設(shè)計規(guī)范。

4.結(jié)語

總而言之，烷基化反應(yīng)器的優(yōu)化與否決定著整體的發(fā)展水平，而在實際的運行過程中，技術(shù)的僵化和原材料的水平都會對整體的反應(yīng)造成或大或小的影響，因此需要根據(jù)工程經(jīng)驗進行工作改進，提升工作效能，提升硫酸烷基化裝置的油品產(chǎn)量、收率和質(zhì)量，讓整體的工作得到優(yōu)化。

參考文獻：

[1]凌潔，曹潘，李闊，溫立憲，仵嘉玲，孟凡，黎小輝.C_4烯烴組成變化對烷基化反應(yīng)熱力學(xué)行為的影響[J].現(xiàn)代化工，2020，40（11）：150-154.

[2]周子鍵，王翠，潘華杰，馬雪平，景帥旗，申曙光.硫酸催化一步法合成磺酸功能化超高交聯(lián)聚合物固體酸[J].功能材料，2020，51（09）：9114-9119.

[3]徐令寶，許步建，劉春陽.硫酸法烷基化裝置蒸汽梯級利用的節(jié)能與經(jīng)濟性分析[J].石油化工技術(shù)與經(jīng)濟，2020，36（04）：5-8+44.

[4]曹東學(xué)，楊秀娜，曹國慶.碳四烷基化技術(shù)發(fā)展趨勢[J].當(dāng)代石油石化，2020，28（08）：29-37.

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