硫酸烷基化反應因素分析

米海剛(陜西華浩軒新能源科技開發有限公司，陜西 永壽 713400)

0 引言

硫酸烷基化工藝根據原料組成不同，一般可分為預處理、反應、壓縮制冷、精制分離四個單元。預處理單元若操作不當會導脫氫塔底夾帶丙烷，丙烷不參與反應，會引起壓縮制冷系統負荷加大，影響冷劑流量和溫度。硫酸烷基化反應溫度一般在7～12℃產品質量較好，因此反應溫度的控制非常關鍵。壓縮制冷單元就是對反應產物進行閃蒸，降低冷劑溫度，對氣相壓縮在進行閃蒸，進一步降低冷劑溫度，從而控制反應器溫度。本文針對影響冷劑溫度、流量的主要因素進行模擬分析，根據模擬結果，調整裝置運行參數，優化生產。

1 酸烴乳化程度

決定硫酸烷基化反應速度的控制步驟是異丁烷向酸相傳質的過程。因此攪拌速度或者說酸烴乳化程度對烷基化反應過程影響很大。由于硫酸粘度很大，異丁烷在硫酸中的溶解度很低，因此酸烴的分散和傳質要相對困難得多，使用高效反應器顯得非常重要。

另一個影響酸烴乳化程度的關鍵因素是攪拌功率，試驗表明，增加攪拌速度可使烷基化油的辛烷值幾乎直線上升。

酸烴比對酸烴乳化程度也有一定的影響。酸過量對形成以酸為連續相、烴為分散相的酸烴乳化液是有益的。因為酸的粘度、表面張力大，酸烴之間的密度差也比較大，酸烴比小時容易使得處于分散相烴類聚集而從酸相中分離出來。

實際操作過程中，根據裝置循環酸閥門的開度大小控制酸烴比的大小，循環乳液可以改善酸烴的乳化程度，可使得20%～30%的烴項被攜帶進入乳液中，也使得酸耗降低以致減少補充酸的數量。

2 異丁烷濃度和烷烯比

異丁烷在反應器烴相中的濃度可以說是完成烷基化反應的動力。酸相在反應器中循環，烴相異丁烷的濃度涉及到酸烴界面異丁烷的濃度及對酸相重新飽和作用，這對烷基化反應有著重要的影響。加入烴相中丙烷和正丁烷的濃度較高，則異丁烷的濃度就要下降，丙烷和正丁烷表面上看起來對烷基化反應是惰性的，但由于異丁烷濃度的下降，對烷基化反應是有害的。實踐證明，反應流出物的烴相中，異丁烷最低安全濃度是38%～50%，有人認為是62%～70%(體積)，低于此數，可能產生較多的聚合反應，高于此濃度，則每提高10%，烷基化油的馬達法辛烷值可提高0.5～0.7個單位。

提高異丁烷的濃度不但可以提高產品辛烷值，還可以降低酸耗。因為降低異丁烷的濃度將導致大量硫酸酯生成而增加酸耗。

盡管反應器中異丁烷的濃度是很重要的操作變量，但人們往往已習慣于使用進反應器前的烷烯比，即通常所說的外比，目前一般控制(8～15):1。另一種烷烯比是指反應器內部異丁烷對烯烴的比例即內比。內比是含烯烴的物料進入反應器后與酸催化劑接觸時，異丁烷與烯烴的比。理論上講，內比是表示發生烷基化反應瞬間的異丁烷與烯烴的比例。它包括了外比、進料分散、乳液循環等因素，也就是說外比大，烯烴原料進入反應器后分散得好，循環乳液中含有較多異丁烷且循環速度較大，內比就可能達到很高值如1000:1。由于內比數據很難測定，故很少使用。反應器流出物中烴相異丁烷的濃度可以作為反應器中反應物烴相異丁烷濃度的代表，測定可以實現。但實際上它不是獨立的變量，冷劑冷凍液的質量、循環異丁烷的質量以及新鮮進料的質量固定時反應物中異丁烷的濃度才固定不變。

隨著烷烯比的增加，不同烯烴的烷基化產品質量、辛烷值都有不同程度的上升，但進一步增加烷烯比，辛烷值的增加漸趨緩慢。

3 對壓縮制冷用Aspen Plus軟件建立模擬流程，用模型分析工具靈敏度進行分析

3.1 壓縮制冷系統丙烷含量對壓縮機出口溫度及冷劑流量的影響

壓縮制冷系統丙烷含量對壓縮機出口溫度及冷劑流量的影響如圖1、圖2 所示。

在裝置實際運行過程中，預處理單元如果操作波動，會導致塔底脫輕碳四攜帶丙烷進入反應系統，丙烷在反應系統不發生反應，如果丙烷在壓縮制冷工段累積，會造成壓縮機出口溫度升高，冷卻器負荷加大，可能會造成壓縮機出口緩沖罐壓力升高，當丙烷含量低于1.3%時，壓縮機出口溫度降低，冷劑流量變大對反應有利；當大于1.3%，壓縮機出口溫度會逐漸增大，冷劑流量變小對反應不利。因此在實際運行中要嚴格控制預處理單元脫氫碳四中丙烷的含量。

圖1 壓縮制冷系統丙烷含量對壓縮機出口溫度的影響

圖2 壓縮制冷系統丙烷含量對壓縮機冷劑流量的影響

3.2 壓縮制冷系統正丁烷含量對冷劑口溫度的影響

壓縮制冷系統正丁烷含量對冷劑口溫度的影響如圖3 所示。

圖3 正丁烷含量對冷劑口溫度的影響

正丁烷含量增加導致冷劑出口溫度持續升高，對反應不利，在實際運行中，應加強異丁烷塔的操作，確保循環異丁烷的純度在90%以上。當發現系統中正丁烷的含量升高時，應及時調整異丁烷塔參數以及進料中烷烯比，降低正丁烷含量，確保冷劑溫度正常。

4 結語

綜上所述，可以清晰的了解了影響硫酸烷基化裝置反應過程中存在的問題及解決措施。在開始生產的時候要注意原料中的烷烯比要大于1.05～1.1:1，對預處理單元、脫異丁烷單元要加強操作參數優化，確保系統中丙烷含量以及異丁烷的純度。同時利用Aspen plus 模擬軟件可以對裝置各個工序進行模擬，進一步優化參數來指導裝置實際生產。