磺化技術(shù)在油田化工中的應(yīng)用策略

唐 岱

（大慶油田化工有限公司東昊分公司表活劑廠，黑龍江大慶 163000）

對于進(jìn)入三次采油階段的油田而言，三元復(fù)合驅(qū)已經(jīng)成了一種主要的技術(shù)形式，通過該技術(shù)的應(yīng)用，可實現(xiàn)油田可采儲能的進(jìn)一步增加，以此來有效提升油田采收率，讓三次采油量處在一個相對穩(wěn)定的水平上。但是在以往，三元復(fù)合驅(qū)技術(shù)所應(yīng)用到的表面活性劑都需要從國外進(jìn)口，這樣的情況使得該技術(shù)在我國的應(yīng)用成本非常高。為有效解決這一問題，磺化技術(shù)開始被應(yīng)用到了油田表面活性劑的工業(yè)生產(chǎn)中，并收獲了良好的應(yīng)用成效。

1 項目概況及主要建設(shè)內(nèi)容

1.1 項目概況

某油田化工企業(yè)的重烷基苯硫項目總建設(shè)規(guī)模是6萬t/a重烷基苯磺酸鹽。該項目的總占地面積是48 330m2，總建設(shè)面積是13 245.6m2。在該項目中，主要的有機(jī)物原材料是重烷基苯，它是我國烷基苯生產(chǎn)中所形成的副產(chǎn)物，在通過三氧化硫?qū)ζ溥M(jìn)行磺化處理之后，其產(chǎn)品可在油田三元復(fù)合驅(qū)中用作表面活性劑，以此來確保油田開采產(chǎn)量的穩(wěn)定性。具體生產(chǎn)中，主要借助于我國先進(jìn)的膜式磺化技術(shù)，通過磺化、中和、復(fù)配以及均化等的一體化生產(chǎn)模式來進(jìn)行三氧化硫與重烷基苯的處理，以此來實現(xiàn)油田表面活性劑的形成。本文主要對其中的磺化技術(shù)應(yīng)用策略進(jìn)行分析。

1.2 主要建設(shè)內(nèi)容

在該工程項目的具體建設(shè)中，其主要的建設(shè)內(nèi)容包括以下幾個方面：第一是生產(chǎn)裝置，主要有重烷基苯磺酸鹽車間及其調(diào)配車間。在磺酸鹽車間中，主要的裝置有兩類，一是磺化裝置，其中主要包括熔硫裝置、空氣干燥裝置、三氧化硫儲存裝置、三氧化硫磺化裝置、三氧化硫吸收裝置、熱水制備裝置以及尾氣凈化裝置等；二是中和復(fù)配裝置，其中主要包括原料計量裝置、三氧化硫磺酸均化裝置和中和復(fù)配裝置等。三氧化硫調(diào)配車間中的主要裝置包括成品均化裝置以及成品裝車裝置等。

第二是輔助生產(chǎn)設(shè)施，其中主要包括地磅房、貨車卸料泵房、液體原材料泵房以及液體原材料灌區(qū)。

第三是公用工程設(shè)施，其中主要包括傳達(dá)室、貨運(yùn)大門、消防水系統(tǒng)、廠區(qū)綜合管線系統(tǒng)、污水和雨水泵站、空壓站、熱交換站、冷卻循環(huán)水站以及中心變配電所。

2 磺化技術(shù)在油田化工中的主要設(shè)計特征

2.1 前瞻性

在該油田化工項目設(shè)計中，磺化技術(shù)的應(yīng)用具有良好的前瞻性特征。第一，該工程布局設(shè)計十分合理，具有順暢的工藝流程和清晰的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，不僅實現(xiàn)了人貨分流，且各項功能分區(qū)都實現(xiàn)了良好布置，具有良好的安全性與實用性。第二，該項目應(yīng)用了十分先進(jìn)的工藝技術(shù)和設(shè)備，可對儀表與工程材料進(jìn)行合理控制，不僅操作十分可靠，且具有良好的經(jīng)濟(jì)性。第三，在該項目的設(shè)計與建設(shè)中，始終對實事求是這一原則加以嚴(yán)格遵守，盡最大限度節(jié)約該項目的占地面積，對現(xiàn)有的工藝設(shè)備與共用設(shè)施潛力進(jìn)行充分挖掘，在確保項目可行性及其可發(fā)展性的同時實現(xiàn)項目資金的進(jìn)一步節(jié)約。第四，該項目在職業(yè)安全衛(wèi)生、消防以及環(huán)境保護(hù)方面都具有明顯優(yōu)勢，且能夠保障設(shè)計、施工以及生產(chǎn)的同時進(jìn)行，生產(chǎn)中形成的廢水、廢料、廢氣均與國家和地方的排放標(biāo)準(zhǔn)相符合。第五，在確保生產(chǎn)技術(shù)與裝置安全可靠的基礎(chǔ)上，該項目中的絕大部分設(shè)備均為國產(chǎn)設(shè)備，且生產(chǎn)材料也是國產(chǎn)材料，并根據(jù)三氧化硫磺酸鹽的具體特征進(jìn)行了相應(yīng)裝置的改良設(shè)計。第六，在滿足目前生產(chǎn)、應(yīng)用和安全需求的基礎(chǔ)上，該項目在總體設(shè)計中也為后續(xù)的發(fā)展預(yù)留了充分余地。第七，該項目將亞洲最大的一個烷基苯生產(chǎn)基地作為原材料依托，其供應(yīng)量和原材料質(zhì)量都具有良好保障[1]。

2.2 經(jīng)濟(jì)性

在該油田化工項目設(shè)計中，磺化技術(shù)的應(yīng)用也具有良好的經(jīng)濟(jì)性特征。①膜式磺化技術(shù)是當(dāng)今世界最為廣泛應(yīng)用的一種形式，該技術(shù)不僅具有成熟的工藝，且應(yīng)用成本也十分合理。②該項目中的油田驅(qū)油劑生產(chǎn)規(guī)模足夠大，且在人員、能耗和投資等方面都十分節(jié)約，具有良好的規(guī)模效益。③該項目的廠區(qū)總布局十分緊湊合理，具有明確的分區(qū)，能做到人貨分流，加之其運(yùn)輸?shù)缆范探輹惩?，原材料和成品的運(yùn)輸都足夠安全便利。④在該項目中，主要的生產(chǎn)線都布置在一個廠房里，不僅便于操作與管理，且在占地面積和操作人員方面也都實現(xiàn)了進(jìn)一步節(jié)約。⑤該項目的技術(shù)與裝備都十分可靠，所有關(guān)鍵的技術(shù)設(shè)備都是國產(chǎn)，不需要消耗外匯資金，這樣便可使其建設(shè)資金實現(xiàn)大幅度節(jié)約。

2.3 創(chuàng)新性

在該油田化工項目設(shè)計中，磺化技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新性也良好。①通過磺化裝置的應(yīng)用，可將三廢治理和生產(chǎn)流程有機(jī)結(jié)合，磺化反應(yīng)器內(nèi)的磺化為其在通過堿洗塔以及靜電除霧器之后便可達(dá)到良好的二級處理效果。②在該項目的最終產(chǎn)品均化罐中，首次將側(cè)入形式的攪拌器加以應(yīng)用，這樣便可實現(xiàn)均化罐容積的進(jìn)一步擴(kuò)大，并實現(xiàn)其均化效率的顯著提升。③對于三氧化硫氣體收集罐，本次將其設(shè)計成一種新型的不銹鋼鼓泡式收集反應(yīng)器，其頂部配備了可以讓三氧化硫氣體在液體中均勻分布的噴嘴，并進(jìn)行了循環(huán)-混合-冷卻回路配備。④在重要裝置中進(jìn)行了火災(zāi)警報系統(tǒng)、二氧化硫檢測報警系統(tǒng)以及安全監(jiān)控系統(tǒng)等的各項防護(hù)設(shè)施設(shè)置，這些安全防御系統(tǒng)均通過PLC進(jìn)行自動化控制，可有效確保整體項目生產(chǎn)的安全性[2]。

3 磺化技術(shù)在油田化工中的具體應(yīng)用分析

3.1 三氧化硫和空氣混合氣體的制備

在通過本次項目進(jìn)行三氧化硫液體的磺化過程中，首先將來自硫酸生產(chǎn)廠的三氧化硫液體經(jīng)管道泵輸送到該項目中的三氧化硫儲存裝置A中，然后再通過壓力或者輸送泵將其輸送到三氧化硫液體儲存裝置B中，并通過氮氣使儲存裝置B保持在一定的壓力條件下。每個磺化生產(chǎn)線都分別通過質(zhì)量流量計以及調(diào)節(jié)閥控制回路來進(jìn)行三氧化硫液體的輸送，使其定量、準(zhǔn)確地被輸送到三氧化硫氣化混合器的上部。來自硫酸廠的硫酸生產(chǎn)尾氣會通過尾氣輸送管路被輸送到該裝置的羅茨風(fēng)機(jī)入口位置，在被風(fēng)機(jī)加壓之后，這些尾氣會進(jìn)入裝置中的管式換熱器里，再通過蒸汽對其進(jìn)行加熱處理，待其溫度達(dá)到120~150℃時再將其輸入三氧化硫蒸發(fā)混合器的下部，和三氧化硫液體逆流相遇，進(jìn)而使三氧化硫液體被加熱，最終蒸發(fā)為氣體，同時也將使其濃度得到一定程度的稀釋。具體加熱過程中，裝置內(nèi)的空氣濃度主要通過變頻調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以及孔板流量計的計量來進(jìn)行合理控制[3]。此時的三氧化硫氣體將會從另一套管式換熱器中經(jīng)過，在此過程中，可通過冷水或者是空氣使其冷卻到50~60℃；然后再讓冷卻之后的三氧化硫氣體從一個超細(xì)的玻璃棉過濾器中通過，這樣便可將其中夾雜的發(fā)煙硫酸或者是硫酸霧滴去除，達(dá)到良好的磺化應(yīng)用效果。

3.2 三氧化硫的磺化或硫酸化反應(yīng)

在有機(jī)原料進(jìn)入三氧化硫磺化裝置之后，借助于進(jìn)料泵所自帶的變頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可將其輸送到系統(tǒng)中的穩(wěn)壓罐內(nèi)，再借助于質(zhì)量流量計控制回路以及調(diào)節(jié)閥來進(jìn)行三氧化硫氣體的準(zhǔn)確計量和分配，進(jìn)而使其準(zhǔn)確分配到每個硫化器上部設(shè)置的進(jìn)料分配部分。在多管降膜形式的硫化器上部管中，濃度一定的三氧化硫與空氣混合氣體將會在和有機(jī)物料相遇之后繼續(xù)順流而下，然后生磺化反應(yīng)或者是硫酸化反應(yīng)。在反應(yīng)過程中，將會伴隨著大量的熱量釋放，而借助于該裝置反應(yīng)器中所配置的夾套循環(huán)冷水，便可有效地將這些熱量去除。參與反應(yīng)的氣體和液體混合物會在裝置的底部進(jìn)行分離，已經(jīng)完成反應(yīng)的部分會進(jìn)入氣液分離器內(nèi)。對于磺化反應(yīng)或者是硫酸化反應(yīng)所獲得的產(chǎn)物，將會借助于磺酸輸送泵將其輸送到老化器中，或者是直接輸送到中和系統(tǒng)中。對于反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的尾氣，將會借助于分離器將其中的硫酸霧滴去除，并通過靜電除霧器進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

3.3 中和系統(tǒng)的應(yīng)用

在本次項目中，共設(shè)置了兩套中和系統(tǒng)，這兩套系統(tǒng)所應(yīng)用的都是連續(xù)泵式中和技術(shù)路線，其循環(huán)回路為主浴形式，主要的組成部分包括中和冷卻器、循環(huán)泵、中和混采泵等。具體應(yīng)用中，借助于各自的劑量與控制系統(tǒng)，將硫酸或者是硫酸酯、工藝水以及堿液輸送到混合泵入口位置，再借助于高速混合循環(huán)泵在大量回流條件下實現(xiàn)中和反應(yīng)。在中和反應(yīng)中，也會伴隨著大量的熱量產(chǎn)生，而這些熱量則可以借助于冷卻器內(nèi)的循環(huán)冷卻水來去除。同時，在該項目中，中和系統(tǒng)循環(huán)回路上也進(jìn)行了pH控制系統(tǒng)的設(shè)置，具體反應(yīng)中，該系統(tǒng)可實時進(jìn)行pH測量，并根據(jù)實際情況來進(jìn)行堿的自動添加，同時也可以通過手動的方式來增加堿量。通過這樣的方式，便可讓中和產(chǎn)品具有穩(wěn)定的酸堿度。另外，在該系統(tǒng)中，也進(jìn)行了穩(wěn)定劑溶液配制罐的設(shè)置，溶液可借助于計量泵被注入中和系統(tǒng)中，或者是注入產(chǎn)品調(diào)節(jié)系統(tǒng)中。在加入漂白劑溶液的過程中，需將不同產(chǎn)品的不同要求作為依據(jù)，借助于計量泵將漂白劑溶液輸入其中。

3.4 α-烯基硫酸鹽（AOS）水解單元的應(yīng)用

在大型的磺化裝置中，α-烯基硫酸鹽水解單元是α-烯基硫酸鹽生產(chǎn)中的一項專用設(shè)備。本次項目中，α-烯基硫酸鹽水解單元的主要組成部分包括兩個水解老化罐、一個冷卻器、一個加熱器和一個α-烯基硫酸鹽換熱器。因為α-烯基硫酸鹽中的磺內(nèi)酯在中和時僅能夠?qū)崿F(xiàn)部分分解，它需要借助于一定的壓力和溫度作用，且需經(jīng)過一定的時間才可以被破壞，所以，為達(dá)到這一目標(biāo)，本次項目中，特在α-烯基硫酸鹽水解單元內(nèi)進(jìn)行了壓力控制系統(tǒng)以及蒸汽加熱控制系統(tǒng)的設(shè)置。這兩套系統(tǒng)都是通過PLC來進(jìn)行自動化控制，具體應(yīng)用中，可借助于各種的傳感器來實現(xiàn)壓力與溫度等參數(shù)的獲取，再由PLC控制系統(tǒng)根據(jù)實際的壓力與溫度情況對其壓力、溫度及其施加的時間進(jìn)行自動調(diào)整與控制。通過這樣的方式，便可讓α-烯基硫酸鹽中的磺內(nèi)酯得以有效分解，以此來提升其磺化效果。

3.5 磺化尾氣處理系統(tǒng)與硫酸循環(huán)吸收系統(tǒng)的應(yīng)用

在本次項目中，兩套磺化系統(tǒng)中所產(chǎn)生的磺化分離尾氣都會進(jìn)入一個大型靜電除霧器里，將其中的有機(jī)霧滴去除。因為該項目中所應(yīng)用的磺化劑是液體三氧化硫，所以該系統(tǒng)中所含有的二氧化硫非常少，并不需要應(yīng)用到堿液循環(huán)吸收系統(tǒng)來進(jìn)行二氧化硫處理。為確保開車升溫、停車以及緊急處理效果，本次項目中，特在該系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行了硫酸循環(huán)吸收系統(tǒng)的配置。該系統(tǒng)中的裝置和普通三氧化硫磺化處理裝置基本相同，但是需要增加一個產(chǎn)品均化與循環(huán)系統(tǒng)，以此來實現(xiàn)磺化尾氣的良好處理。

4 磺化技術(shù)在油田化項目應(yīng)用中的注意事項

4.1 做好三氧化硫液體的儲存和運(yùn)輸管理

三氧化硫液體為油狀，無色透明，具有強(qiáng)烈的刺激性臭味。在常溫條件下（25℃），其密度是1.9g/cm3，在常壓條件下（101.3kPa），其沸點是44.8℃。同時，三氧化硫液體也具有非常強(qiáng)的氧化性以及腐蝕性特征，所以在具體的儲存、運(yùn)輸以及使用過程中，油田化工企業(yè)與相關(guān)工作人員都應(yīng)該做好相應(yīng)的保護(hù)工作，防止三氧化硫液體泄漏。因本次項目主要通過運(yùn)輸管路來進(jìn)行三氧化硫液體的運(yùn)輸，所以在具體運(yùn)輸中，油田化工企業(yè)一定要做好管路的防泄漏處理，以此來確保其運(yùn)輸效果；加之該項目所在地與硫酸廠距離比較近，所以不需要過多進(jìn)行三氧化硫液體的儲存。

4.2 做好三氧化硫液體定量輸送控制

在通過磺化裝置與磺化技術(shù)進(jìn)行三氧化硫磺化處理的過程中，一項關(guān)鍵內(nèi)容就是對三氧化硫以及被磺化有機(jī)物(重烷基苯）之間的摩爾比加以嚴(yán)格控制。基于此，在本次項目中，特將具有足夠高精密度的質(zhì)量流量計應(yīng)用到磺化裝置中。在對三氧化硫液體進(jìn)行定量運(yùn)輸?shù)倪^程中，借助于氣動薄膜調(diào)節(jié)閥，可進(jìn)行輸送壓力的合理調(diào)節(jié)，以此來達(dá)到定量輸送效果。經(jīng)本次項目的實踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，這種定量輸送方法具有很好的應(yīng)用效果。

4.3 做好三氧化硫氣體濃度及其溫度控制

在通過三氧化硫進(jìn)行重烷基苯有機(jī)物的磺化處理過程中，三氧化硫氣體的濃度會在不同環(huán)節(jié)中有所差異，通常情況下，其濃度需要控制在2.5%~7%；同時，不同的產(chǎn)品對于三氧化硫氣體的濃度要求及其溫度要求也會有所不同。基于此，在本次項目中，考慮到以上的這些要求，特將三氧化硫冷卻器以及空氣稀釋管路配置在了磺化裝置中。通過這樣的方式，便可讓三氧化硫氣體的濃度及其溫度實現(xiàn)任意調(diào)控。另外，由于該裝置需要將硫酸生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的尾氣用作三氧化硫稀釋氣體，但是其尾氣中具有較高的水分含量，在對三氧化硫氣體進(jìn)行稀釋時可能會有很多硫酸霧滴形成，進(jìn)而對磺化效果造成不良影響。為有效解決這一問題，本次項目中，特將一種超細(xì)纖維形式的高效玻璃棉過濾器應(yīng)用其中，以此來實現(xiàn)除霧效率的良好保障，盡最大限度確?；腔Ч?。

5 結(jié)語

在油田化工企業(yè)中，磺化技術(shù)是油田表面活性劑生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。借助于三氧化硫?qū)χ赝榛降幕腔幚?，獲得的產(chǎn)物便可用作油田表面活性劑，在穩(wěn)定油田產(chǎn)量的同時降低其開采成本。因此，油田化工企業(yè)一定要對磺化技術(shù)加以高度重視，并對其進(jìn)行深入研究，使其合理應(yīng)用到油田化工項目中，實現(xiàn)油田表面活性劑的有效制取。