硫酸烷基化工藝腐蝕分析及應對措施研究

戈曉佩

摘 要：硫酸烷基化是采用濃硫酸作為催化劑的一種工藝，在應用過程中，對設備的腐蝕比較嚴重。基于此，本文介紹了硫酸烷基化的工藝內容和工藝原理，分析了硫酸烷基化腐蝕性產生的主要方式與作用機理，提出原料把控、硫酸濃度控制、酸烴比的控制、脂類物質控制等幾個主要應對措施，以降低硫酸烷基化的腐蝕性。

關鍵詞：硫酸烷基化;腐蝕性分析;應對措施;原料把控

硫酸烷基化工藝采用硫酸法，在石油冶煉過程中，將異丁烷與丁烯烷基化（碳四烷基化、異丁烷烷基化），這種工藝是提高辛烷值，進行汽油調和組分的重要工藝之一。與固體酸法和氫氟酸法相比，硫酸烷基化工藝具有較高的環境保護等級，生產過程對于設備、操作人員與周邊環境來說更為安全，但硫酸耗損量大，并需要廢酸處理設備。

1 硫酸烷基化工藝腐蝕性分析

硫酸烷基化工藝的主要反應原理如下：

C₄H₈+ H₂SO₄→（C₄H₉）H_SO₄

（C₄H₉）H_SO₄+ C₄H₁₀→ C₈H₁₈+ H₂SO₄

該工藝將異丁烷—丁烯作為進料，與制冷劑一起進入轉化反應器。硫酸作為催化劑，幫助異丁烷—丁烯完成烷基化反應，生產烷基化油。這一反應中包含自聚、斷裂、異構化、酯化等多種副反應。硫酸烷基化工藝中的腐蝕性主要來源于硫酸的腐蝕性，作為催化劑，硫酸烷基化工藝要應用到大量的硫酸（H₂SO₄），這一化學物質是一種最活潑的二元無機強酸，能和絕大多數金屬發生反應，高濃度的硫酸有強烈吸水性、腐蝕性和氧化性[1]。硫酸在常溫下能夠使石油冶煉設備和石油運輸管道中的鐵、鋁等金屬鈍化，在炎熱天氣中，能夠與包括金、鉑在內的大部分金屬反應，生成高價金屬硫酸鹽，本身被還原成SO₂，S，H₂S或金屬硫化物，這些反應生成物同樣具有一定的毒性。

2 應對硫酸烷基化工藝腐蝕性的有效措施

2.1 原料控制

應對硫酸烷基化工藝的腐蝕性，原料控制是一種有效的辦法。這種辦法嚴格控制投入硫酸烷基化工藝反應中物料的水分，在原料進入反應設備前，采用大功率的脫水器對物料進行脫水，部分重要物料會進行二次脫水。這種原料控制方法能夠有效防止帶有水分的原料由于操作不當、監督管理不到位等原因進入到反應設備當中，造成反應設備中的大量易燃物料和濃硫酸被水分稀釋，導致物料泄露，腐蝕外層缺乏保護的機器設備。原料控制手段目前已經形成了比較規范的控制標準，經過處理后的原料中的游離水含量，要降至10×10%^-4（重量）范圍以內。

2.2 硫酸濃度控制

應對硫酸烷基化工藝的腐蝕性，可以采用控制硫酸濃度的辦法，將硫酸的腐蝕性控制在合理的范圍內。例如，在硫酸烷基化工藝反應裝置中加裝循環夾套、取熱管束和帶有攪拌葉輪的臥式壓力容器，通過轉速為2950r/min的攪拌葉輪對進入到反應器中的硫酸催化劑進行充分的攪拌和混合，保證反應器中的硫酸濃度始終處于比較均衡的狀態，避免催化劑乳化反應的間斷，使反應器中乳化反應進行中的溫度始終保持在0.5攝氏度的波動范圍內。這時，硫酸烷基化工藝中的烴相被均勻地分散在酸相中，能夠對酸的游離進行干預，避免酸進入到后面的反應設備當中，造成設備管道的腐蝕。同時，這種辦法也能提高烷基化反應的質量。

2.3 酸烴比控制

應對硫酸烷基化工藝的腐蝕性，酸烴比控制辦法具有明顯的有效性。酸烴比是指硫酸烷基化工藝反應過程中烴相與酸相的比值，這一比值可以直觀的反應出硫酸烷基化反應是“油包酸”還是“酸包油”。如果硫酸烷基化反應出現了“油包酸”的現象，那么反應中的酸很容易就會被反應中的油帶走，造成酸性物質的逃逸，進入到后續的反應設備當中，對設備和管道產生腐蝕。因而，操作技術人員要注意觀察反應中的酸烴比，理想狀態下，要將這一比值控制在1：1的數值上，保障酸物質的體積與烴物質的體積相同。在實際的生產狀況中，這一比值的變化區間要控制在上下5%的范圍內，避免烴物質進料的大幅減少。

2.4 脂類物質控制

應對硫酸烷基化工藝的腐蝕性，還可以對進入到反應器中的脂類物質進行控制。脂類物質主要指硫酸烷基化工藝反應中生成的硫酸酯（R-O-SO₂-O-R），它是硫酸在反應過程中的有機酯類衍生物，為質子或無基團。這種物質會在高溫作用下，與下游設備中的下異丁烷塔發生反應，釋放出二氧化硫。尤其在水分控制不嚴格的生產環境中，硫酸脂的存在會與原料中的水分反應，造成反應系統的嚴重腐蝕。因而，應對硫酸烷基化工藝的腐蝕性，要采用酸洗或堿洗的辦法，即用 99%的濃硫酸酸洗后，再用12%的NaOH脫除微量酸[2]。同時，在脫脂過程中，要對溫度進行嚴格的控制，保障換熱溫度始終處于50攝氏度左右，對殘留的硫酸酯進行徹底的脫除。

3 結論

綜上所述，采用適當的工藝辦法降低硫酸烷基化工藝的腐蝕性，是石油煉制工業發展過程中的重要環節。從本文的分析可知，分析硫酸烷基化工藝的腐蝕性并尋求應對措施，有助于提高石油冶煉的效率，降低石油冶煉設備與石油運輸管道的維修成本，減少設備維修中的資源浪費與人力資源消耗，推動石油化工工業的發展。因而，技術人員要重視相關理論的積累，并積極開展生產實踐。

參考文獻：

[1]降低生產成本的先進硫酸烷基化工藝[J].石油石化綠色低碳，2016，1（02）：18.

[2]許建耘.烷基化技術新進展—低溫烷基化技術CDAlky[J].石油煉制與化工，2015，46（07）：6.