烷基化裝置工藝流程概述

王碩 付強 王娜(福斯特惠勒(河北)工程設計有限公司，天津 300130)

1 工藝技術路線及工藝特點

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，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，在國內外都有廣泛應用。本設計采用的流出物致冷的硫酸烷基化工藝，該技術具有如下特點:

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

1.2 反應部分循環異丁烷與烯烴預混合后進入反應器，酸烴經葉輪攪拌，在管束間循環，機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，減少副反應發生。

1.3 反應流出物采用濃酸洗、堿水洗工藝:反應流出物中所帶的酯類如不加以脫除，將在下游異丁烷塔的高溫條件下分解放出SO2，遇到水份，則會造成塔頂系統的嚴重腐蝕。因此，必須予以脫除，本裝置采用濃酸洗及堿洗的方法進行脫除，與傳統的堿洗相比，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 工藝流程簡述

烷基化裝置由脫丙烷部分、反應壓縮部分、流出物處理及分餾部分組成。

2.1 脫丙烷部分

原料進入裝置原料緩沖罐，由脫丙烷塔進料泵抽出并升壓后進入脫丙烷塔。脫丙烷塔的任務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冷凝冷卻后，一部分作為塔頂回流，一部分作為丙烷副產品出裝置，不凝氣經壓控進入放空系統。塔底排出的反應原料進入反應部分。

2.2 反應壓縮部分

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

烯烴和異丁烷進料與循環異丁烷和冷劑一起進入兩臺并聯的反應器，在反應器中以濃硫酸做催化劑，發生烯烴與異丁烷之間的烷基化反應。從反應器中引出反應完全的酸—烴乳化液，直接進入酸沉降器，使烴類與硫酸分離。

自緩沖閃蒸罐來的反應流出物在進料-流出物換熱器中與新鮮進料和循環異丁烷換熱升溫到31℃,進入流出物處理部分的酸洗沉降器。反應流出物在緩沖閃蒸罐分出的氣相，去致冷壓縮機系統。緩沖閃蒸罐氣相空間的平衡蒸汽，由擋板兩側匯集到氣體出口管，進入致冷壓縮機入口。致冷壓縮機為四級離心式壓縮機，由電機驅動，設有反喘振保護系統。

壓縮機的排出氣體，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，去壓縮機入口緩沖閃蒸罐中冷劑側，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和反應器，從而實現了冷劑的循環。

2.3 流出物處理及分餾部分

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

2.3.1 酸洗系統

用98%的H2SO4吸收反應流出物中絕大部分的硫酸酯。流出物由緩沖閃蒸罐，經泵送往進料-流出物換熱器向進料提供冷量后升溫到31℃，進入酸洗系統。首先與循環酸和補充新酸在混合噴射器內混合。混合噴射器安裝位置低于酸洗沉降器，以形成沒有酸泵的酸循環。在混合噴射器后安裝靜態混合器，以強化物流進入酸洗沉降器之前的進一步混合。

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

2.3.2 堿洗系統

熱堿水洗系統的作用是去除殘余酯和夾帶酸的再精制過程。從酸洗系統來的流出物，與熱堿水在靜態混合器中充分混合，49℃的烴－堿混合物直接進入堿洗沉降器內進行分離。含硫酸鹽的水溶液，用堿洗循環泵從堿洗沉降器底部抽出，送回靜態混合器。來自堿洗沉降器頂部的精制流出物被脫異丁烷塔底產品加熱后進入脫異丁烷塔。

2.3.3 分餾系統

經酸、堿洗后，攜帶飽和水分的精制流出物進入脫異丁烷塔，塔頂氣體經塔頂冷凝冷卻器冷至40℃后進入回流罐，由回流泵抽出，一部分返回塔頂作為回流，一部分循環回反應部分，以保證反應器總進料中適當的異丁烷和烯烴比例。塔底丁烷和烷基化產品自壓進入正丁烷塔。在汽提段有一臺臥式熱虹吸式再沸器，用導熱油加熱。脫異丁烷塔再沸器的導熱油量，由塔底溫度控制。正丁烷塔頂蒸出的正丁烷經塔頂冷凝冷卻器冷至40℃后進入塔頂回流罐。冷凝液經回流泵升壓后，一部分返回塔頂作為回流，另一部分出裝置。塔底異辛烷產品，經脫異丁烷塔進料-塔底產品換熱器、堿水-異辛烷換熱器與塔進料和循環堿液換熱，再經異辛烷冷卻器冷卻到40℃后，經泵送出裝置。

3 結語

本文介紹了典型烷基化裝置的工藝技術及特點，詳細介紹了烷基化裝置的工藝流程。該流程優化換熱設計，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(DCS)，實現集中監視和先進過程控制、協調操作參數，提高工藝裝置和系統工程的自動化水平及綜合管理水平。