磺化技術在油田化工中的應用策略

唐 岱

（大慶油田化工有限公司東昊分公司表活劑廠，黑龍江大慶 163000）

對于進入三次采油階段的油田而言，三元復合驅已經成了一種主要的技術形式，通過該技術的應用，可實現油田可采儲能的進一步增加，以此來有效提升油田采收率，讓三次采油量處在一個相對穩定的水平上。但是在以往，三元復合驅技術所應用到的表面活性劑都需要從國外進口，這樣的情況使得該技術在我國的應用成本非常高。為有效解決這一問題，磺化技術開始被應用到了油田表面活性劑的工業生產中，并收獲了良好的應用成效。

1 項目概況及主要建設內容

1.1 項目概況

某油田化工企業的重烷基苯硫項目總建設規模是6萬t/a重烷基苯磺酸鹽。該項目的總占地面積是48 330m2，總建設面積是13 245.6m2。在該項目中，主要的有機物原材料是重烷基苯，它是我國烷基苯生產中所形成的副產物，在通過三氧化硫對其進行磺化處理之后，其產品可在油田三元復合驅中用作表面活性劑，以此來確保油田開采產量的穩定性。具體生產中，主要借助于我國先進的膜式磺化技術，通過磺化、中和、復配以及均化等的一體化生產模式來進行三氧化硫與重烷基苯的處理，以此來實現油田表面活性劑的形成。本文主要對其中的磺化技術應用策略進行分析。

1.2 主要建設內容

在該工程項目的具體建設中，其主要的建設內容包括以下幾個方面：第一是生產裝置，主要有重烷基苯磺酸鹽車間及其調配車間。在磺酸鹽車間中，主要的裝置有兩類，一是磺化裝置，其中主要包括熔硫裝置、空氣干燥裝置、三氧化硫儲存裝置、三氧化硫磺化裝置、三氧化硫吸收裝置、熱水制備裝置以及尾氣凈化裝置等；二是中和復配裝置，其中主要包括原料計量裝置、三氧化硫磺酸均化裝置和中和復配裝置等。三氧化硫調配車間中的主要裝置包括成品均化裝置以及成品裝車裝置等。

第二是輔助生產設施，其中主要包括地磅房、貨車卸料泵房、液體原材料泵房以及液體原材料灌區。

第三是公用工程設施，其中主要包括傳達室、貨運大門、消防水系統、廠區綜合管線系統、污水和雨水泵站、空壓站、熱交換站、冷卻循環水站以及中心變配電所。

2 磺化技術在油田化工中的主要設計特征

2.1 前瞻性

在該油田化工項目設計中，磺化技術的應用具有良好的前瞻性特征。第一，該工程布局設計十分合理，具有順暢的工藝流程和清晰的路網結構，不僅實現了人貨分流，且各項功能分區都實現了良好布置，具有良好的安全性與實用性。第二，該項目應用了十分先進的工藝技術和設備，可對儀表與工程材料進行合理控制，不僅操作十分可靠，且具有良好的經濟性。第三，在該項目的設計與建設中，始終對實事求是這一原則加以嚴格遵守，盡最大限度節約該項目的占地面積，對現有的工藝設備與共用設施潛力進行充分挖掘，在確保項目可行性及其可發展性的同時實現項目資金的進一步節約。第四，該項目在職業安全衛生、消防以及環境保護方面都具有明顯優勢，且能夠保障設計、施工以及生產的同時進行，生產中形成的廢水、廢料、廢氣均與國家和地方的排放標準相符合。第五，在確保生產技術與裝置安全可靠的基礎上，該項目中的絕大部分設備均為國產設備，且生產材料也是國產材料，并根據三氧化硫磺酸鹽的具體特征進行了相應裝置的改良設計。第六，在滿足目前生產、應用和安全需求的基礎上，該項目在總體設計中也為后續的發展預留了充分余地。第七，該項目將亞洲最大的一個烷基苯生產基地作為原材料依托，其供應量和原材料質量都具有良好保障[1]。

2.2 經濟性

在該油田化工項目設計中，磺化技術的應用也具有良好的經濟性特征。①膜式磺化技術是當今世界最為廣泛應用的一種形式，該技術不僅具有成熟的工藝，且應用成本也十分合理。②該項目中的油田驅油劑生產規模足夠大，且在人員、能耗和投資等方面都十分節約，具有良好的規模效益。③該項目的廠區總布局十分緊湊合理，具有明確的分區，能做到人貨分流，加之其運輸道路短捷暢通，原材料和成品的運輸都足夠安全便利。④在該項目中，主要的生產線都布置在一個廠房里，不僅便于操作與管理，且在占地面積和操作人員方面也都實現了進一步節約。⑤該項目的技術與裝備都十分可靠，所有關鍵的技術設備都是國產，不需要消耗外匯資金，這樣便可使其建設資金實現大幅度節約。

2.3 創新性

在該油田化工項目設計中，磺化技術應用的創新性也良好。①通過磺化裝置的應用，可將三廢治理和生產流程有機結合，磺化反應器內的磺化為其在通過堿洗塔以及靜電除霧器之后便可達到良好的二級處理效果。②在該項目的最終產品均化罐中，首次將側入形式的攪拌器加以應用，這樣便可實現均化罐容積的進一步擴大，并實現其均化效率的顯著提升。③對于三氧化硫氣體收集罐，本次將其設計成一種新型的不銹鋼鼓泡式收集反應器，其頂部配備了可以讓三氧化硫氣體在液體中均勻分布的噴嘴，并進行了循環-混合-冷卻回路配備。④在重要裝置中進行了火災警報系統、二氧化硫檢測報警系統以及安全監控系統等的各項防護設施設置，這些安全防御系統均通過PLC進行自動化控制，可有效確保整體項目生產的安全性[2]。

3 磺化技術在油田化工中的具體應用分析

3.1 三氧化硫和空氣混合氣體的制備

在通過本次項目進行三氧化硫液體的磺化過程中，首先將來自硫酸生產廠的三氧化硫液體經管道泵輸送到該項目中的三氧化硫儲存裝置A中，然后再通過壓力或者輸送泵將其輸送到三氧化硫液體儲存裝置B中，并通過氮氣使儲存裝置B保持在一定的壓力條件下。每個磺化生產線都分別通過質量流量計以及調節閥控制回路來進行三氧化硫液體的輸送，使其定量、準確地被輸送到三氧化硫氣化混合器的上部。來自硫酸廠的硫酸生產尾氣會通過尾氣輸送管路被輸送到該裝置的羅茨風機入口位置，在被風機加壓之后，這些尾氣會進入裝置中的管式換熱器里，再通過蒸汽對其進行加熱處理，待其溫度達到120~150℃時再將其輸入三氧化硫蒸發混合器的下部，和三氧化硫液體逆流相遇，進而使三氧化硫液體被加熱，最終蒸發為氣體，同時也將使其濃度得到一定程度的稀釋。具體加熱過程中，裝置內的空氣濃度主要通過變頻調節風機的轉速以及孔板流量計的計量來進行合理控制[3]。此時的三氧化硫氣體將會從另一套管式換熱器中經過，在此過程中，可通過冷水或者是空氣使其冷卻到50~60℃；然后再讓冷卻之后的三氧化硫氣體從一個超細的玻璃棉過濾器中通過，這樣便可將其中夾雜的發煙硫酸或者是硫酸霧滴去除，達到良好的磺化應用效果。

3.2 三氧化硫的磺化或硫酸化反應

在有機原料進入三氧化硫磺化裝置之后，借助于進料泵所自帶的變頻調節系統，可將其輸送到系統中的穩壓罐內，再借助于質量流量計控制回路以及調節閥來進行三氧化硫氣體的準確計量和分配，進而使其準確分配到每個硫化器上部設置的進料分配部分。在多管降膜形式的硫化器上部管中，濃度一定的三氧化硫與空氣混合氣體將會在和有機物料相遇之后繼續順流而下，然后生磺化反應或者是硫酸化反應。在反應過程中，將會伴隨著大量的熱量釋放，而借助于該裝置反應器中所配置的夾套循環冷水，便可有效地將這些熱量去除。參與反應的氣體和液體混合物會在裝置的底部進行分離，已經完成反應的部分會進入氣液分離器內。對于磺化反應或者是硫酸化反應所獲得的產物，將會借助于磺酸輸送泵將其輸送到老化器中，或者是直接輸送到中和系統中。對于反應過程中所產生的尾氣，將會借助于分離器將其中的硫酸霧滴去除，并通過靜電除霧器進行進一步的處理。

3.3 中和系統的應用

在本次項目中，共設置了兩套中和系統，這兩套系統所應用的都是連續泵式中和技術路線，其循環回路為主浴形式，主要的組成部分包括中和冷卻器、循環泵、中和混采泵等。具體應用中，借助于各自的劑量與控制系統，將硫酸或者是硫酸酯、工藝水以及堿液輸送到混合泵入口位置，再借助于高速混合循環泵在大量回流條件下實現中和反應。在中和反應中，也會伴隨著大量的熱量產生，而這些熱量則可以借助于冷卻器內的循環冷卻水來去除。同時，在該項目中，中和系統循環回路上也進行了pH控制系統的設置，具體反應中，該系統可實時進行pH測量，并根據實際情況來進行堿的自動添加，同時也可以通過手動的方式來增加堿量。通過這樣的方式，便可讓中和產品具有穩定的酸堿度。另外，在該系統中，也進行了穩定劑溶液配制罐的設置，溶液可借助于計量泵被注入中和系統中，或者是注入產品調節系統中。在加入漂白劑溶液的過程中，需將不同產品的不同要求作為依據，借助于計量泵將漂白劑溶液輸入其中。

3.4 α-烯基硫酸鹽（AOS）水解單元的應用

在大型的磺化裝置中，α-烯基硫酸鹽水解單元是α-烯基硫酸鹽生產中的一項專用設備。本次項目中，α-烯基硫酸鹽水解單元的主要組成部分包括兩個水解老化罐、一個冷卻器、一個加熱器和一個α-烯基硫酸鹽換熱器。因為α-烯基硫酸鹽中的磺內酯在中和時僅能夠實現部分分解，它需要借助于一定的壓力和溫度作用，且需經過一定的時間才可以被破壞，所以，為達到這一目標，本次項目中，特在α-烯基硫酸鹽水解單元內進行了壓力控制系統以及蒸汽加熱控制系統的設置。這兩套系統都是通過PLC來進行自動化控制，具體應用中，可借助于各種的傳感器來實現壓力與溫度等參數的獲取，再由PLC控制系統根據實際的壓力與溫度情況對其壓力、溫度及其施加的時間進行自動調整與控制。通過這樣的方式，便可讓α-烯基硫酸鹽中的磺內酯得以有效分解，以此來提升其磺化效果。

3.5 磺化尾氣處理系統與硫酸循環吸收系統的應用

在本次項目中，兩套磺化系統中所產生的磺化分離尾氣都會進入一個大型靜電除霧器里，將其中的有機霧滴去除。因為該項目中所應用的磺化劑是液體三氧化硫，所以該系統中所含有的二氧化硫非常少，并不需要應用到堿液循環吸收系統來進行二氧化硫處理。為確保開車升溫、停車以及緊急處理效果，本次項目中，特在該系統內進行了硫酸循環吸收系統的配置。該系統中的裝置和普通三氧化硫磺化處理裝置基本相同，但是需要增加一個產品均化與循環系統，以此來實現磺化尾氣的良好處理。

4 磺化技術在油田化項目應用中的注意事項

4.1 做好三氧化硫液體的儲存和運輸管理

三氧化硫液體為油狀，無色透明，具有強烈的刺激性臭味。在常溫條件下（25℃），其密度是1.9g/cm3，在常壓條件下（101.3kPa），其沸點是44.8℃。同時，三氧化硫液體也具有非常強的氧化性以及腐蝕性特征，所以在具體的儲存、運輸以及使用過程中，油田化工企業與相關工作人員都應該做好相應的保護工作，防止三氧化硫液體泄漏。因本次項目主要通過運輸管路來進行三氧化硫液體的運輸，所以在具體運輸中，油田化工企業一定要做好管路的防泄漏處理，以此來確保其運輸效果；加之該項目所在地與硫酸廠距離比較近，所以不需要過多進行三氧化硫液體的儲存。

4.2 做好三氧化硫液體定量輸送控制

在通過磺化裝置與磺化技術進行三氧化硫磺化處理的過程中，一項關鍵內容就是對三氧化硫以及被磺化有機物(重烷基苯）之間的摩爾比加以嚴格控制。基于此，在本次項目中，特將具有足夠高精密度的質量流量計應用到磺化裝置中。在對三氧化硫液體進行定量運輸的過程中，借助于氣動薄膜調節閥，可進行輸送壓力的合理調節，以此來達到定量輸送效果。經本次項目的實踐應用發現，這種定量輸送方法具有很好的應用效果。

4.3 做好三氧化硫氣體濃度及其溫度控制

在通過三氧化硫進行重烷基苯有機物的磺化處理過程中，三氧化硫氣體的濃度會在不同環節中有所差異，通常情況下，其濃度需要控制在2.5%~7%；同時，不同的產品對于三氧化硫氣體的濃度要求及其溫度要求也會有所不同。基于此，在本次項目中，考慮到以上的這些要求，特將三氧化硫冷卻器以及空氣稀釋管路配置在了磺化裝置中。通過這樣的方式，便可讓三氧化硫氣體的濃度及其溫度實現任意調控。另外，由于該裝置需要將硫酸生產過程中所產生的尾氣用作三氧化硫稀釋氣體，但是其尾氣中具有較高的水分含量，在對三氧化硫氣體進行稀釋時可能會有很多硫酸霧滴形成，進而對磺化效果造成不良影響。為有效解決這一問題，本次項目中，特將一種超細纖維形式的高效玻璃棉過濾器應用其中，以此來實現除霧效率的良好保障，盡最大限度確保磺化效果。

5 結語

在油田化工企業中，磺化技術是油田表面活性劑生產的關鍵技術。借助于三氧化硫對重烷基苯的磺化處理，獲得的產物便可用作油田表面活性劑，在穩定油田產量的同時降低其開采成本。因此，油田化工企業一定要對磺化技術加以高度重視，并對其進行深入研究，使其合理應用到油田化工項目中，實現油田表面活性劑的有效制取。