硫酸烷基化装置工艺优化及节能措施

硫酸烷基化装置工艺优化及节能措施

李奥

天津石化化工部  天津市滨海新区   300270

摘要：本文基于对硫酸烷基化装置工艺的研究，通过对硫酸烷基化概述、硫酸烷基化装置在使用中存在的问题、硫酸烷基化装置工艺的进一步优化以及硫酸烷基化装置工艺的节能措施四个方面的阐述，以期进一步保障硫酸烷基化装置的平稳高效运行。

关键词：硫酸烷基化；烷基化反应；工艺优化；节能措施

硫酸烷基化工艺是近年来新建烷基化装置所采用的主流技术之一，但由于其自身存在的特点，例如所需反应温度较低、需要大量异丁烷循环等，使烷基化工艺的能耗较高[1]，因此在运用硫酸烷基化装置生产的过程中，如何进行节能降耗工作至关重要，需要不断的进行工艺优化，完善硫酸烷基化装置的使用流程。

1、硫酸烷基化概述

（1）烷基化反应

烷基化反应是指在酸性催化剂的作用下，烷烃分子与烯烃分子发生的化学加成反应[2]。在烷基化反应中，烯烃取代了烷烃分子中的活泼氢原子的位置，烷基化装置原料是以催化裂化气体中异丁烷和异丁烯、丁烯-1为主。在烷基化中常用的酸性催化剂包括硫酸、磷酸、氢氟酸、三氯化铝等。

（2）硫酸烷基化

硫酸烷基化是硫酸作为催化剂，实现烯烃烷基化，包括阶梯式和管壳式两种方式，为了使反应保持在较低的温度下进行，阶梯式采用反应物本身部分蒸发吸热降温，管壳式采用反应后的流出物节流膨胀制冷的方法。

影响硫酸烷基化的主要因素包括：反应温度，硫酸烷基化反应的适宜温度在8-12摄氏度之间；硫酸的浓度，适宜的硫酸浓度为95-96mol%，若硫酸浓度高于99mol%，三氧化硫会与异丁烷直接反应，增加酸耗，若是硫酸浓度低于85mol%，催化剂的活性大幅度降低，同时对设备产生严重腐蚀；酸烃比，在实际生产操作中，一般采用1～1.5:1的酸烃比，以确保硫酸处于连续相；除此之外，影响硫酸烷基化的因素还包括异丁烷与烯烃的比例、烃类在硫酸中的分散情况以及反应时间。

（3）硫酸烷基化装置

烷基化装置主要包括预处理单元、反应单元、制冷单元、精制单元和分馏单元[3]。其运行过程如下：首先进行原料加氢精制，C4馏分通过加氢单元进行加氢，再与加氢裂化液化气混合，脱除丁二烯及其他含氧化合物后，经过冷却进入烷基化部分；在烷基化部分，加入浓度为98mol%的浓硫酸进行催化，使得烯烃与异丁烷进行烷基化反应，生成汽油分馏；之后进行制冷压缩部分，将从闪蒸罐气相空间出来的烃类气体运输至制冷压缩机进行制冷压缩；最后进行流出物精制和产品分馏部分，脱除酸酯。

2、硫酸烷基化装置生产中要注意的问题

（1）酸性固体小颗粒造成的影响

由于在硫酸烷基化装置中，主要的催化剂为硫酸，因此在装置的各个部分都会存在一定的酸性，有技术人员在进行设备的检修时发现，在硫酸烷基化装置中存在着携带酸性的固体小颗粒[4]。反应物和水在硫酸烷基化装置中是进行循环工作的，在水的循环下，携带酸性的固体小颗粒被带入到反应器中，并对反应器内的反应物产生影响，不仅会影响到乳化液，破坏其稳定性，还会导致反应器中的硫酸出现损耗问题，严重影响了硫酸烷基化装置的使用效果。

（2）反应温度的控制

硫酸烷基化装置对于反应温度的要求较高，因此在进行装置连续生产运行时要注意对反应温度的控制。硫酸烷基化反应的适宜温度在8-12摄氏度之间，若是反应温度过高，会出现聚合反应、烯烃氧化反应、酸稀释等副反应，并产生烷基酸酯；若是温度过低时，则会直接影响到烷基化装置的整体生产，例如当温度低于4摄氏度时，酸沉降的沉降速率会下降，出现跑酸的问题，并出现污垢的沉积，严重影响了硫酸烷基化装置的生产质量。

（3）工业废酸的影响

由于硫酸烷基化装置在生产过程中会用到大量的工业废酸，因此在实际的生产过程中要注意工业废酸的影响。工业废酸的来源较为广泛，其杂质含量也较高，因此在使用的过程中会有酸渣的出现，若是酸渣大量的聚集在沉降器中，会对酸的沉降效果产生影响，影响烷基化反应的生产效率。

（4）温度差异造成的温度梯度影响

若是硫酸烷基化装置中的反应器与沉降器之间出现了较为明显的温度梯度，会影响到硫酸烷基化装置的内部运行。在温度梯度的影响下，可能会出现硫酸烷基化反应温度不足、硫酸烷基化反应物出现酸性脂、反应器内出现跑酸等问题，进而影响到硫酸烷基化油的质量。

（5）工作人员的操作问题

在硫酸烷基化装置的实际操作过程中，工作人员要定期对使用设备进行检修和清理，避免设备中出现杂质沉积问题；工作人员要对反应器的温度进行合理的控制，避免出现反应温度过低等问题；工作人员还要对工作电流进行密切的监督，避免电流不稳，对硫酸烷基化装置造成影响。

3、硫酸烷基化装置工艺优化方案

（1）降低原材料中的甲醇和水含量

在硫酸烷基化装置的使用过程中，若要提高硫酸烷基化装置的生产质量，要先对原材料进行降低甲醇和水含量的工作。以水为例，硫酸烷基化装置对硫酸的浓度是有要求的，若是原材料中含水量过高，会对硫酸产生稀释的作用，严重影响了硫酸的催化剂作用。因此可以在烷基化原料进入装置之前先进入一个填料容器，在此脱除原材料中携带的水，帮助提高硫酸烷基化装置的生产质量。

（2）优化低温热回收利用工艺

根据刘健,杨跃进,黄永芳,宋晓峰在《SINOALKY硫酸法烷基化装置用能分析及优化》一文中的结果显示，实际的硫酸烷基化转置中，脱轻烃塔对循环水耗量较大[5]。在实际的硫酸烷基化装置的使用过程中，相关的操作人员并没有做到对低温热进行循环利用，造成了硫酸烷基化装置的耗能增加，若是能对低温热进行合理的回收，可以利用低温热对脱异丁烷塔进行加热，不仅能提高脱异丁烷塔的进料温度，还可以减少蒸汽消耗，降低装置能耗。

（3）优化分馏塔降温降压操作

由于硫酸烷基化装置对反应温度的严格要求，在传统的操作工艺中，更多的是对每个分馏塔进行冷却操作，这不仅会增加装置的能耗，同时也会影响到装置的使用寿命。在实际的硫酸烷基化装置生产过程中，可以对分馏塔进行降温降压操作，实现蒸汽的阶梯式供热，不仅能有效地完成冷凝工作，同时也能够降低热耗，实现节能降耗。

（4）做好硫酸烷基化装置的腐蚀防护工作

由于硫酸烷基化装置中的主要催化剂是强硫酸，且硫酸具有很强的腐蚀性，因此在硫酸烷基化装置的使用过程中做好腐蚀防护工作十分必要。工作人员要对反应流出物中的含酸性进行定时检验，并将数据记录在册，研究其变化规律，当数据发生严重偏差时，及时做好设备的检修工作，保证设备的使用寿命。

结束语：

随着烷基化油的广泛运用和人们的节能降耗意识大幅提升，完善硫酸烷基化装置的工艺势在必行。在实际使用硫酸烷基化装置生产的过程中，要避免在使用过程中常见的问题，通过不断的改进和优化，提高硫酸烷基化装置的产品质量，保证装置长周期高效运行。

参考文献：

[1]王恩民.某硫酸法烷基化装置的节能改造方案[J].石油化工设计,2021,38(03):64-67+7.

[2]周茂森,李国华.硫酸烷基化工艺及其应用[J].浙江化工,2021,52(01):35-40.

[3]于吉平,姚建辉,董明会.SINOALKY硫酸烷基化装置工艺优化及节能措施[J].炼油技术与工程,2020,50(12):50-54.

[4]闫昕,张洁,刘长庆,杨亮亮,陈玲艳.硫酸烷基化装置运行问题分析及处理办法[J].云南化工,2021,48(04):169-171.

[5]刘健,杨跃进,黄永芳,宋晓峰.SINOALKY硫酸法烷基化装置用能分析及优化[J].石油炼制与化工,2020,51(08):111-114.