兩種重烷基苯磺酸鹽的制備及界面性能研究

曹鳳英，李素紅，張廣煜，李永吉（.撫順石化公司；. 安陽市興亞洗滌用品有限責任公司）

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兩種重烷基苯磺酸鹽的制備及界面性能研究

曹鳳英1，李素紅2，張廣煜1，李永吉1
（1.撫順石化公司；2. 安陽市興亞洗滌用品有限責任公司）

摘 要：以苯、C16～C19重烷/烯烴為原料，以氫氟酸為催化劑，在烷基化中試裝置上合成了C16～C19重烷基苯；分別以C16～C19重烷基苯、工業重烷基苯（烷基苯裝置副產物）為原料，在磺化中試裝置上合成了兩種重烷基苯磺酸鹽（C1619HABS、工業HABS）。經測定，發現二者界面性能相近。

關鍵詞：重烷基苯；烷基化；磺化；三次采油；界面張力

隨著油田三次采油技術的大規模推廣應用和潤滑油添加劑等其他領域的拓展需求，烷基苯裝置副產物重烷基苯（HAB）的產量已嚴重供不應求。為此，研發了與現有重烷基苯磺酸鹽結構相近的磺酸鹽表面活性劑。

筆者在小試研究的基礎上[1]，以苯、C16～C19重烷/烯烴為原料，以氫氟酸為催化劑，進行烷基化中試，合成出C16～C19重烷基苯（以下簡稱C1619HAB）；然后以烷基苯裝置副產物重烷基苯（即重烷基苯，以下簡稱工業HAB）、C1619HAB為原料，在磺化中試裝置上進行三氧化硫磺化試驗，制備出兩種不同的重烷基苯磺酸鹽（以下簡稱工業HABS、C1619HABS），并考察了上述兩種樣品的界面活性。

1 實驗

1.1 原料

C16～C19重烷/烯烴、苯、氫氟酸、氫氧化鈉均為工業級。

1.2 烷基化反應

本研究采用以氫氟酸為催化劑的烷基化工藝，其主要反應和副反應為：

① 內烯烴與苯的烷基化反應——主反應

② 生成異構（支鏈）烷基苯的反應——副反應

③ 生成二烷基苯的反應——副反應

④ 生成二苯烷的反應——副反應

1.3 磺化反應

圖1 烷基化中試工藝流程簡圖

1.4 中和反應

1.5 工藝流程

1.5.1 中試裝置

烷基化中試裝置：47L/h，氫氟酸烷基化裝置；

精餾中試裝置：40L/釜，間歇精餾裝置；

磺化中試裝置：60kg/h，三氧化硫氣體降膜式磺化裝置。

1.5.2 烷基化工藝流程

烷基化工藝流程見圖1。苯、重烷/烯烴和氫氟酸3種物料按操作條件經兩級混合后進入烷基化反應器，烷基化產物（重烷基苯）和未反應的苯、重烷/烯烴和氫氟酸進入沉降器沉降后，油相從沉降器頂部進入堿洗塔，酸相沉降后從底部循環至工業烷基化裝置經汽提后重復使用，油相經堿洗后進入中試精餾裝置進行分餾。

從烷基化反應單元得到的產品為苯、烴和重烷基苯混合物，利用40L/釜間歇精餾裝置進行分餾，苯返回烷基化系統循環使用，重烷基苯作為磺化中試的原料。

1.5.3 磺化工藝流程

磺化工藝流程簡圖如圖2所示。重烷基苯經原料調整罐、計量泵定量后送至磺化器頭部，磺化器頭部的分配機構自行將有機物料均勻分配至各反應管，沿管內壁均勻成膜狀降落，與從頂部通入的三氧化硫氣體并流而下，完成磺化反應，反應熱通過夾套冷卻除去。從磺化器下來的氣液混合物經氣-液分離器進行氣液分離，尾氣送至尾氣處理系統。磺酸從氣液分離器底部輸出，可直接裝罐或輸入中和段直接合成磺酸鹽。

由兩種重烷苯得到的磺酸的質量見表1。

1.6 儀器

安捷倫7890A型氣相色譜儀、Excalibur HE3100型傅里葉變換紅外光譜儀、Agilent 5975i GC / MSD四極桿型氣相色譜/質譜聯用儀和Model TX500C旋滴界面張力儀等。

2 結果與討論

2.1 工業重烷基苯磺酸鹽的界面活性

采用工業重烷基苯磺酸鹽（HABS）對大慶四廠油水進行了強堿界面活性測試，對大港港西油水進行了弱堿界面活性測試，界面活性如圖3、圖4所示。

（-1-0指10-1～100，-2--1指10-2～10-1，-3--2指10-3～10-2，下同）圖3 重烷基苯磺酸鹽強堿體系界面活性圖

圖4 重烷基苯磺酸鹽弱堿體系界面活性圖

圖2 磺化中試工藝流程簡圖

表1 磺酸產品典型樣品數據

從圖3、圖4可以看出，工業重烷基苯磺酸鹽對大慶四廠油水在表面活性劑濃度0.025%～0.2%、NaOH濃度0.2%～0.8%范圍內能夠達到10-3mN/m數量級的超低界面張力。對大港港西油水，在表面活性劑濃度0.025%～0.2%、Na2CO3濃度0.4%～1.2%范圍內能夠達到10-3mN/m數量級的超低界面張力。

2.2 C1619重烷基苯磺酸鹽的界面活性

利用C1619重烷基苯磺酸鹽對大慶四廠油水分別進行了強堿體系和弱堿體系界面活性測試，測試結果如圖5、圖6所示。

從圖5、圖6可以看出，本研究中試合成的C1619重烷基苯磺酸鹽對大慶四廠油水在表面活性劑濃度0.05%～0.3%、NaOH濃度0.4%～1.2%范圍內、Na2CO3濃度0.4%～1.2%范圍內都能夠達到10-3mN/m的超低界面張力，但弱堿體系效果較強堿體系稍差。

對比以上界面活性圖，中試合成的C1619重烷基苯磺酸鹽與工業重烷基苯磺酸鹽在強堿體系中的界面活性相近。

3 結論

本研究通過烷基化中試和磺化中試合成了C1619重烷基苯磺酸鹽與工業重烷基苯磺酸鹽，在強堿和弱堿條件下，均可使界面張力達到10-3mN/m，說明二者界面性能相近。

圖5 C1619重烷基苯磺酸鹽強堿體系界面活性圖

圖6 C1619重烷基苯磺酸鹽弱堿體系界面活性圖

參考文獻

[1] 曹鳳英，白子武，等.驅油用烷基苯合成技術研究 [J].日用化學品科學, 2015,38(2):28-30.

[2] 郭永成，曲圣謙.烷基化裝置操作規程[S].2010.

[3] 曹鳳英，楊效益，張廣煜.磺化中試裝置操作規程[S].2012.

[4] 朱友益，沈平平，王哲，等 .ASP驅油用烷基苯磺酸鹽表面活性劑的合成 [J].石油勘探與開發,2004,31( 11): 17-20.

[5] 李佩軍.重烷基苯在潤滑油添加劑中的應用[J].中國洗滌用品工業,2011（5）:84-88.

[6] 呂梅.重烷基苯一步法制備高堿值合成磺酸鈣[J].潤滑油, 2006, 21(3):25-28.

Preparation and interfacial performance of two heavy alkylbenzene sulfonates

Cao Fengying1, Li Suhong2, Zhang Guangyu1, Li Yongji1,
（1. Fushu Petrochemical Company；2. Anyang Xingya Washing Products Co.Ltd）

Abstract:Heavy alkylbenzene (C16～C19) was synthesized using benzene and the mixture of alkenes and olefins (C16～C19). Hydrofluoric acid was used to catalyze the alkylation reaction in the pilot plant. Two kinds of heavy alkylbenzene sulfonates were obtained by the sulfonation of C16～C19heavy alkylbenzene (C1619HAB) and industrial heavy alkylbenzene (HAB), respectively. Interfacial tension measurements show that these heavy alkylbenzene sulfonates possess the similar interfacial properties.

Keywords:heavy alkylbenzene；alkylation；sulfonation；tertiary oil recovery；interfacial activity

作者簡介：曹鳳英女士，高工，主要從事驅油用表面活性劑及原料的研究工作。聯系方式：13081320246。

中圖分類號：TQ649.4

文獻標識碼：A

文章編號：1672-2701（2016）04-44-04