探究硫酸烷基化装置在运行过程中的问题及对策

石勇杰

摘 要：随着工业的发展，中国工业发展也进入了全新的阶段，石油化工中不可缺少的环节就是烷基化装置，其中关于硫酸烷基化工艺的相关研究始终是在进行中的，在成品油标准不断提升的背景下，当前关于国有企业的升级改造将会逐渐开展，而硫酸烷基化技术本质上还有很大的发展空间，解决好相关的运行问题，能最大程度上提升技术的发展水平，并创造更大的经济效益、社会效益。基于此，本文分析了在硫酸烷基化装置运行过程中存在的问题，并给出一定的解决建议，旨在为相关的技术人员开展研究提供经验参考。

关键词：硫酸烷基化装置;运行问题;解决对策

1.硫酸烷基化工艺

1.1烷基化工艺概述

传统的烷基化工艺主要是硫酸烷基化和氢氟酸烷基化。60多年前的传统烷基化工艺仍用于炼油工业。1942年，第一套以氢氟酸为催化剂的烷基化装置投入运行。1998年，世界硫酸烷基化油产能为29.31万吨/年，2010年初，世界烷基化油产能达到88.83万吨/年，美国占世界烷基化油总量的56%，居世界第一。硫酸烷基化工艺采用硫酸烷基化技术的主要公司有STRATCO、Kellogg和埃克森美孚。硫酸烷基化工艺主要分为流出物制冷烷基化工艺，如STRATCO工艺，以及反应物自冷却烷基化工艺，如凯洛格工艺。

（1）Stratco工艺，该工艺产量在全球范围内是很高的，中国化工企业引进的烷基化技术基本属于该公司。Stratco流出物制冷烷基化技术的核心部分是采用独特的水平接触式反应器。内部装有大功率搅拌叶轮。进入反应器的碳氢化合物和酸被叶轮搅拌，形成在反应器中循环的乳化液。乳液通过上升管进入酸沉降器，分离出的酸烃下降管进入反应器循环使用。全世界使用该公司技术的设备有500多台，日产量40万桶。

（2）ExxonMobll工艺，该工艺在国内应用很少，但是在世界范围内该技术是得到广泛应用的，每个反应段中烷烯比高，动力消耗小，缺点是各个反应段之间相互影响，一个反应操作不正常，会产生连带影响。

1.2工艺流程

目前国内主要引进STRATCO技术。该技术生产效率高，技术相对成熟。总体流程如下：（1）先将烯烃比符合要求的原料送入原料缓冲罐，加压后与脱异丁烷塔的循环异丁烷合并冷却。冷却后的原料进入混凝脱水器，除去分离出的游离水，直接与靠近反应器搅拌器吸入端的循环制冷剂混合。（2）搅拌器叶轮使酸和烃形成乳状液，并在反应器中循环。在这里，酸和碳氢化合物通过沉淀分离。沉降器的反应流出物由压力控制阀减压，气液混合物在缓冲闪蒸罐中分离，富丙烷物料在适当的压力下闪蒸出来并返回压缩机的二级入口。（3）来自缓冲闪蒸罐的反应流出物包含副反应产生的酸冷却器和少量夹带的酸。经酸洗和碱洗后，异丁烷从分馏塔顶分离，正丁烷从塔下部侧线抽出，冷凝冷却后，送出装置。

2.硫酸烷基化装置运行中的常见问题

2.1反应原料会影响硫酸的催化

根据碳离子烷基化反应理论，链式反应过程需要烷烃与叔碳进行碳离子转移。符合要求的异烷烃是异丁烷和异戊烷。烷基化反应器对反应原料中杂质含量有一定的限制。如果硫酸烷基化装置以MTBE加工后的乙醚后的C4为原料，还可能含有甲醇、叔丁醇、二甲醚等杂质。烷基化后进入酸相，使硫酸受到污染，从而影响硫酸的催化活性。四种最明显的污染硫酸的杂质是：（1）乙烯，（2）丁二烯，（3）硫化物和（4）水。以硫化物为例，烷基化反应器中硫化物的副作用如下：当烷基化原料中含有大量硫化物时，会产生更多的酸溶性油，硫酸消耗量将显著增加。如果硫化物是H2S和COS，每吨硫化物可增加酸耗15-18吨，每吨甲硫醇的浓硫酸消耗将达到45吨。它不仅影响酸耗，而且影响浓硫酸的催化作用，使硫酸稀释，整体上不会达到良好的催化效果。这种杂质和水对反应的影响是非常显著的，而硫化物的其他反应也可能发生，影响整个反应流程，因此危害也很大。

2.2反应器整体结构较为僵化

现有烷基化装置中使用的烷基化反应器分为立式反应器和卧式反应器。立式反应器的结构主要是管壳式换热反应器，电机在反应器底部，催化剂和原料的混合物在壳程。电机通过减速器驱动反应器中的搅拌器。将催化剂和原料充分混合反应，然后将反应物萃取分离。氨被用作冷却介质来带走反应热。这种方法比较常见，但是反应器的处理能力小，支撑结构的垂直尺寸大，也会产生大量的能耗，增加反应的工作量，维护时间变长。

3.硫酸烷基化装置的运行优化策略

3.1优化反应器原料，严格控制反应器杂质

烷基化原料中的杂质会导致烷基化设备腐蚀严重，耗酸量高。因此，必须严格控制饲料中的杂质。脱水吸附是常见的。流体通过多孔固体颗粒的特定组分分子被固体颗粒的内孔吸附。吸附剂对流体混合物中不同组分应有较强的选择性吸附。吸附剂一般分为无机物和有机物。在液化天然气吸附脱水过程中，通常采用分子筛和活性氧化铝，其中分子筛的选择最多。分子筛亲和力高，脱水效果最好。在选择加工工艺和除杂方法时，应注重整体经济性和效率。在完善的研究和论证的基础上，研究将更加有效。以齐鲁石化研究院为例，选择性加氢之后可以将整体的烷基化油辛烷更高。

3.2做好反应器的技术改造，提升经济效益和社会效益

鉴于目前使用的反应器类型，将原来的立式烷基化反应器改为卧式结构更为合适。反应产物用作冷却介质，避免了氨泄漏造成的人员中毒和环境污染的风险。带鞍座支撑，无大框架，操作维护方便，提高搅拌速度，减少中间减速机环节，电机直接与搅拌器连接，传动结构大大简化，反应器水平放置后，U型换热管束容易抽出，便于维护。介质中的硫酸虽然对碳钢有很强的腐蚀性，但也会产生钝化，所以碳钢可以作为基本反应器。烷基化反应器的设计、改进和优化是围绕反应物的有效分散和合理循环进行的。反应器的设计参数主要满足工艺流程的要求。反应器的强度计算是在设计参数的前提下进行的，常规计算和应力计算的结果作为设计规范。

4.结语

总而言之，烷基化反应器的优化与否决定着整体的发展水平，而在实际的运行过程中，技术的僵化和原材料的水平都会对整体的反应造成或大或小的影响，因此需要根据工程经验进行工作改進，提升工作效能，提升硫酸烷基化装置的油品产量、收率和质量，让整体的工作得到优化。

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