探究硫酸烷基化裝置在運行過程中的問題及對策

石勇杰

摘 要：隨著工業的發展，中國工業發展也進入了全新的階段，石油化工中不可缺少的環節就是烷基化裝置，其中關于硫酸烷基化工藝的相關研究始終是在進行中的，在成品油標準不斷提升的背景下，當前關于國有企業的升級改造將會逐漸開展，而硫酸烷基化技術本質上還有很大的發展空間，解決好相關的運行問題，能最大程度上提升技術的發展水平，并創造更大的經濟效益、社會效益。基于此，本文分析了在硫酸烷基化裝置運行過程中存在的問題，并給出一定的解決建議，旨在為相關的技術人員開展研究提供經驗參考。

關鍵詞：硫酸烷基化裝置;運行問題;解決對策

1.硫酸烷基化工藝

1.1烷基化工藝概述

傳統的烷基化工藝主要是硫酸烷基化和氫氟酸烷基化。60多年前的傳統烷基化工藝仍用于煉油工業。1942年，第一套以氫氟酸為催化劑的烷基化裝置投入運行。1998年，世界硫酸烷基化油產能為29.31萬噸/年，2010年初，世界烷基化油產能達到88.83萬噸/年，美國占世界烷基化油總量的56%，居世界第一。硫酸烷基化工藝采用硫酸烷基化技術的主要公司有STRATCO、Kellogg和埃克森美孚。硫酸烷基化工藝主要分為流出物制冷烷基化工藝，如STRATCO工藝，以及反應物自冷卻烷基化工藝，如凱洛格工藝。

（1）Stratco工藝，該工藝產量在全球范圍內是很高的，中國化工企業引進的烷基化技術基本屬于該公司。Stratco流出物制冷烷基化技術的核心部分是采用獨特的水平接觸式反應器。內部裝有大功率攪拌葉輪。進入反應器的碳氫化合物和酸被葉輪攪拌，形成在反應器中循環的乳化液。乳液通過上升管進入酸沉降器，分離出的酸烴下降管進入反應器循環使用。全世界使用該公司技術的設備有500多臺，日產量40萬桶。

（2）ExxonMobll工藝，該工藝在國內應用很少，但是在世界范圍內該技術是得到廣泛應用的，每個反應段中烷烯比高，動力消耗小，缺點是各個反應段之間相互影響，一個反應操作不正常，會產生連帶影響。

1.2工藝流程

目前國內主要引進STRATCO技術。該技術生產效率高，技術相對成熟。總體流程如下：（1）先將烯烴比符合要求的原料送入原料緩沖罐，加壓后與脫異丁烷塔的循環異丁烷合并冷卻。冷卻后的原料進入混凝脫水器，除去分離出的游離水，直接與靠近反應器攪拌器吸入端的循環制冷劑混合。（2）攪拌器葉輪使酸和烴形成乳狀液，并在反應器中循環。在這里，酸和碳氫化合物通過沉淀分離。沉降器的反應流出物由壓力控制閥減壓，氣液混合物在緩沖閃蒸罐中分離，富丙烷物料在適當的壓力下閃蒸出來并返回壓縮機的二級入口。（3）來自緩沖閃蒸罐的反應流出物包含副反應產生的酸冷卻器和少量夾帶的酸。經酸洗和堿洗后，異丁烷從分餾塔頂分離，正丁烷從塔下部側線抽出，冷凝冷卻后，送出裝置。

2.硫酸烷基化裝置運行中的常見問題

2.1反應原料會影響硫酸的催化

根據碳離子烷基化反應理論，鏈式反應過程需要烷烴與叔碳進行碳離子轉移。符合要求的異烷烴是異丁烷和異戊烷。烷基化反應器對反應原料中雜質含量有一定的限制。如果硫酸烷基化裝置以MTBE加工后的乙醚后的C4為原料，還可能含有甲醇、叔丁醇、二甲醚等雜質。烷基化后進入酸相，使硫酸受到污染，從而影響硫酸的催化活性。四種最明顯的污染硫酸的雜質是：（1）乙烯，（2）丁二烯，（3）硫化物和（4）水。以硫化物為例，烷基化反應器中硫化物的副作用如下：當烷基化原料中含有大量硫化物時，會產生更多的酸溶性油，硫酸消耗量將顯著增加。如果硫化物是H2S和COS，每噸硫化物可增加酸耗15-18噸，每噸甲硫醇的濃硫酸消耗將達到45噸。它不僅影響酸耗，而且影響濃硫酸的催化作用，使硫酸稀釋，整體上不會達到良好的催化效果。這種雜質和水對反應的影響是非常顯著的，而硫化物的其他反應也可能發生，影響整個反應流程，因此危害也很大。

2.2反應器整體結構較為僵化

現有烷基化裝置中使用的烷基化反應器分為立式反應器和臥式反應器。立式反應器的結構主要是管殼式換熱反應器，電機在反應器底部，催化劑和原料的混合物在殼程。電機通過減速器驅動反應器中的攪拌器。將催化劑和原料充分混合反應，然后將反應物萃取分離。氨被用作冷卻介質來帶走反應熱。這種方法比較常見，但是反應器的處理能力小，支撐結構的垂直尺寸大，也會產生大量的能耗，增加反應的工作量，維護時間變長。

3.硫酸烷基化裝置的運行優化策略

3.1優化反應器原料，嚴格控制反應器雜質

烷基化原料中的雜質會導致烷基化設備腐蝕嚴重，耗酸量高。因此，必須嚴格控制飼料中的雜質。脫水吸附是常見的。流體通過多孔固體顆粒的特定組分分子被固體顆粒的內孔吸附。吸附劑對流體混合物中不同組分應有較強的選擇性吸附。吸附劑一般分為無機物和有機物。在液化天然氣吸附脫水過程中，通常采用分子篩和活性氧化鋁，其中分子篩的選擇最多。分子篩親和力高，脫水效果最好。在選擇加工工藝和除雜方法時，應注重整體經濟性和效率。在完善的研究和論證的基礎上，研究將更加有效。以齊魯石化研究院為例，選擇性加氫之后可以將整體的烷基化油辛烷更高。

3.2做好反應器的技術改造，提升經濟效益和社會效益

鑒于目前使用的反應器類型，將原來的立式烷基化反應器改為臥式結構更為合適。反應產物用作冷卻介質，避免了氨泄漏造成的人員中毒和環境污染的風險。帶鞍座支撐，無大框架，操作維護方便，提高攪拌速度，減少中間減速機環節，電機直接與攪拌器連接，傳動結構大大簡化，反應器水平放置后，U型換熱管束容易抽出，便于維護。介質中的硫酸雖然對碳鋼有很強的腐蝕性，但也會產生鈍化，所以碳鋼可以作為基本反應器。烷基化反應器的設計、改進和優化是圍繞反應物的有效分散和合理循環進行的。反應器的設計參數主要滿足工藝流程的要求。反應器的強度計算是在設計參數的前提下進行的，常規計算和應力計算的結果作為設計規范。

4.結語

總而言之，烷基化反應器的優化與否決定著整體的發展水平，而在實際的運行過程中，技術的僵化和原材料的水平都會對整體的反應造成或大或小的影響，因此需要根據工程經驗進行工作改進，提升工作效能，提升硫酸烷基化裝置的油品產量、收率和質量，讓整體的工作得到優化。

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