酸烃比例计在烷基苯生产中的应用

酸烃比例计在烷基苯生产中的应用

张德余

（中国石油抚顺石化公司洗涤剂化工厂）

摘要 在以氢氟酸作为烷基化反应催化剂的工业生产中，通过酸烃比例计直观的观察在烷基化反应中，氟化氢和烃类的体积比，从而判断各测量仪表的准确性；同时还可以通过改变流程，观察循环酸和再生酸的颜色，以判断循环酸的纯度，也可根据酸烃比例计内氢氟酸和烃类的分层状况，判断烷基化反应系统内是否出现乳化现象。

关键词 酸烃比例计 烷基化反应 氟化氢

在UOP生产直链烷基苯的PACL-HF工艺中，氢氟酸作为烷基化反应的催化剂被大量使用。酸烃比是烷基化反应的一个重要条件，指的是反应器入口的氢氟酸和所有烃类的体积比，一般文献要求控制在(1.5~2):1[1]。其目的是使烷基化反应在充足催化剂条件下进行，同时还可以通过足够的HF提取反应后物料中的重芳烃，以提高烷基苯质量。酸烃比例计作用是可以直接观测到烷基化反应中氢氟酸和烃类的体积比。由于HF的强腐蚀性和对人体的高危害性以及酸烃比例计易泄漏等特点，长期以来，烷基苯装置的酸烃比例计已很少投用。关于烷基化反应酸烃比的判断，多是从流量计及各物料的密度计算所得，一旦计量有误，即使酸烃比有较大偏差也难以察觉，给装置的正常生产带来隐患。烷三装置投产后，为检验流量仪表的准确性，观察烷基化反应的真实反应条件，通过对酸烃比例计的几次试用，认为酸烃比例计具有测定酸烃比、观察氢氟酸的纯度、还具有判断C-402塔运行状况是否正常以及氢氟酸在反应系统内是否乳化的作用。实践证明，酸烃比例计的使用，对一些故障及工业生产中的非正常现象的判断具有不可替代的作用。

1 流程介绍

1.1酸烃比例计介绍

酸烃比例计采用玻璃管为容器，四周加以角钢支撑保护。因为玻璃中的主要成分二氧化硅及其他含硅化合物会与HF反应，使玻璃因腐蚀而变的不透明。为保护玻璃不受损坏，一般内衬聚三氟氯化乙烯聚合体Kel-F，它具有良好的耐酸性能，但是长时间接触HF酸后也会逐渐被腐蚀而变得不透明，所以每次使用完毕都必须用冲洗液（循环烷烃）将其中的HF冲洗干净。

烷三车间的酸烃比例计为ULB-028型玻璃板液位计，测量范围800mm，公称压力为4.0MPa，温度范围是-20~225℃。

1.2流程介绍

如图1所示，按开阀4、3、2、1的流程，酸烃比例计在使用时相当于烷基化反应器R-401的旁路，其中的物料组成和R-401入口的物料组成一致，从而通过观察酸烃比例计内的氢氟酸和烃类的比例即可直观的判断出反应器入口进料中氢氟酸和烃类的体积比。同时由于酸烃比例计的流程与采酸样流程共用部分管线和阀门，因此除可以观察反应器R-401入口的酸烃比以外，还可以通过开阀4、3、2、5或开阀4、3、2、6观察到循环酸和再生酸的颜色，并通过颜色的深浅进行相应的判断。

2 酸烃比例计在生产中的应用

2.1 酸烃比的测定

2.1.1 粗略估算

                               图2

酸烃比例计的现场流程如图2所示，AB段为酸烃比例计出口至下游阀的管线，体积为V1；BC段为酸烃比例计，体积为V2；CD段为上游阀至酸烃比例计的管线，体积为V3，在关闭酸烃比例计上下游阀后，V1+V2+V3体积的酸烃混和物开始静置分层，最后酸界面停留在X处，假设此时由下向上所占的比例为X。

则此时的酸烃体积比为：(V3+V2X):( V1+V2(1-X))(2.1)

由于AB段和CD段安装尺寸相等，因此V1=V3(2.2)

由式(2.1)、 (2.2)可得，酸烃比例计所测量的酸烃体积比为：

(V1+V2X):( V1+V2(1-X))(2.3)

因为酸烃比例计能清楚的观测到BC段内的氢氟酸和烃类所占的比例，但V1、V2之间的体积关系目前尚未测定，因此酸烃比只能粗略估算，但有一个值是比较精确的，在X=0.5的时候，酸烃比为1。所以酸烃比例计在酸烃比大于或小于1的情况下还是比较准确的。

2.1.2 较为准确的计算

通过V1、V2、V3进行体积标定，确定三者之间的体积比，然后即可根据酸烃比例计的读数确定烷基化反应的酸烃比，该项工作较为繁琐，目前尚未开展。

还有就是在仪表测量准确的情况下通过流量变化来寻找V1、V2、V3之间的体积比。

2.2 观察氢氟酸的纯度

在烷基化反应中的产生一些重芳烃油类，如果带入烷基苯中就会影响产品色泽及溴指数，而氟化氢有选择性的提取某些重芳烃作用，所以氟化氢的纯度直接影响到产品质量。通过图1所示流程的变更，在静置后可分别观察到再生酸、循环酸和参与反应后氢氟酸的颜色，正常情况下三者的颜色从无色到浅赫色再到深褐色，氟化氢越纯，颜色越淡，颜色越深，表明其中所含重芳烃类越多。

2.2.1 再生酸

再生酸正常情况下是无色透明的，与文献上描述的纯氟化氢的外观相似，如果颜色变深，极有可能是C-402塔操作不正常或带有其他杂质，需进一步检查具体原因。

2.2.2 循环酸

一般情况下循环酸的颜色为浅褐色，此时分析站分析氟化氢的纯度基本都在97%以上，如果颜色变深，表明其中重组分含量的增加，需要提高再生酸量以提高循环酸的纯度。

2.2.3参与反应后的氢氟酸

该部分氢氟酸也就是在观察酸烃比时静置分层后的氢氟酸，其颜色正常情况下是深褐色的，在循环酸量一定的情况下，颜色越淡，表明烷基化反应的副反应越少，产生的重组分少，反之，则颜色越深，曾经观测到颜色接近黑色的情况，一般是在脱氢催化剂的末期，烷基化副反应增加，重烷基苯的产量的明显上升，焦油量也略有增加。

2.3 观察烷基化反应系统是否发生乳化现象

由于氟化氢的极性性质，当其中含水过少，就会与烃类形成稳定的乳化层，从而酸沉降器中酸和烃类不易凝聚分层，使操作变的难以维持。这时就需向反应系统注入去离子水，以增加导电性，消除静电荷，以利于凝聚分层。而HF中含水过高又会增加HF酸区腐蚀速率，所以工艺指标上对HF含水量有严格控制，工艺卡片要求在0.3%~0.5%[1]。

正常生产中可通过酸烃比例计观测氟化氢和烃类分层的时间来判断是否出现乳化现象，一般当氢氟酸中的含水量在控制指标内时，2~3分钟内氢氟酸和烃类就可完全分离，且界面明显，由于是新建装置，在使用酸烃比例计后尚未经历过乳化现象。据抚顺洗化厂在这方面的经验，含水量越低，分层时间越长，乳化层越厚，严重时甚至会形成稳定乳化物。

3 结论

酸烃比例计的使用，可直接观察到烷基化反应系统中氟化氢的状况，并作出相应调整；能够较准确的判断烷基化反应的酸烃比是否大于1，粗略的估算实际酸烃比；在反应系统酸乳化时也能够起到协助判断的作用，有利于直接掌握装置运行状况。

参考文献

[1] 陈向前等.烷基苯生产和应用[M].北京：中国石化出版社，1994.132-144.