160kg／h C16－C19 重烷烯烷基化中試裝置工藝研究

盧瑞真， 王德慧， 趙德智

（遼寧石油化工大學石油化工學院，遼寧撫順113001）

世界許多油田經(jīng)過多年的開采，已到了衰減期，要穩(wěn)定原油產(chǎn)量必須采用新技術。堿－表面活性劑－聚合物（ASP）三元復合驅油技術是近幾年發(fā)展起來的一種新的提高采收率方法，是提高油田采收率的關鍵，其中表面活性劑最為關鍵［1］。目前國內應用量最大的表面活性劑是烷基苯磺酸鹽和石油磺酸鹽［2］。由于大慶餾分油中芳烴質量分數(shù)僅有20%左右，所以大慶油田適合采用烷基苯磺酸鹽，其所用的原料是生產(chǎn)十二烷基苯的副產(chǎn)品——重烷基苯，雖然成本低，但是原料組成復雜、不穩(wěn)定，不可能生產(chǎn)出性能穩(wěn)定的合格產(chǎn)品［3－6］。因此必須走原料精細化工的道路，即以主產(chǎn)品而非副產(chǎn)品的重烷基苯為原料合成重烷基苯磺酸鹽。本文以長鏈烷烴（C16-C19）為原料，經(jīng)脫氫反應合成長鏈烯烴；然后再通過以苯／C16－C19重烯烴為原料，進行烷基化合成重烷基苯，以滿足油田用表面活性劑的需要，本研究主要涉及烷基化部分。

1 重烷烯烷基化小試實驗及結果

1.1 原料及試劑

小試實驗研究原料為C16－C19重烷烯，其基本物性見表1；試劑為苯和氫氟酸（撫順石化洗化廠烷基化工業(yè)用苯和氫氟酸）。

1.2 最佳實驗條件及實驗過程

實驗條件：溫度54 ℃，壓力0.60～0.85 MPa，反應時間20～40 min，苯烯物質的量比8∶1，HF和碳氫化合物的體積比2∶1，沉降分離時間1～2 h，轉化率10%。

實驗過程：過量的苯和重烷烯混合，加入氫氟酸，攪拌0.5h使其充分混合，反應后靜置至分層。由于氫氟酸的密度大于有機化合物的密度，因此，下層為酸，上層為產(chǎn)物和未反應的苯、重烷烯的混合物。取上層液先堿洗再蒸餾得重烷基苯。

表1 C16－C19 重烷烯的基本物性Table 1 Basic property of C16－C19heavy hydride olefin

1.3 重烷烯烷基化化學反應

重烷烯烷基化的主反應物是重烷烯混合物，在該反應過程中，主要反應是生成重烷基苯，其次還存在著異構化、重排、聚合、環(huán)化等許多的副反應，主要反應如下：

（1）烷基化主反應

①內烯烴反應

②α烯烴反應

（2）烷基化副反應

①生成異構（支鏈）烷基苯的反應

②生成二烷基苯的反應

③生成二苯烷的反應

④生成烷基茚滿、烷基萘滿的反應

⑤生成烷基氟化物的反應

2 中試技術路線及工藝方案

重烷烯烷基化中試裝置開發(fā)是在小試研究結果的基礎上進行的，按5kg／h產(chǎn)出重烷基苯設計。

2.1 中試裝置技術路線

苯、重烷烯烴和HF 3種物料按照小試實驗的物料比例經(jīng)混合器混合后進入反應器，反應產(chǎn)物重烷基苯和未反應的苯、重烷烯烴和HF 進入沉降器中，由于烴相的密度小于酸相，烴相從沉降器頂部導出，酸相沉降后從底部導出進行HF酸循環(huán)，烴相進入堿洗塔，以中和烴相中夾帶的少量氫氟酸。有機烴相經(jīng)過進一步的精餾從而得到產(chǎn)品重烷基苯。反應生成的主產(chǎn)物為直鏈重烷基苯，副產(chǎn)物為異構烷基苯、二烷基苯等。重烷烯轉化率約10%～11%，直鏈重烷基苯烴選擇性大于90%。中試裝置技術路線如圖1所示。

圖1 中試裝置技術路線Fig.1 Technical route of the pilot means

2.2 中試裝置工藝流程及特點

2.2.1 工藝流程 工藝流程圖見圖2。

圖2 工藝流程圖Fig.2 Process diagram

2.2.2 工藝方案及特點

（1）進料部分

中試工藝中3種物料混合方式：苯和重烷烯先混合完全后再與HF 完全混合。此方式混合的目的：①在引入HF之前，將各無酸液流混合好，這就稀釋了苯中的烯烴，從而將二烷基苯的生成減到最少；②將含有HF 的液流與不含HF 的液流混合好。這就進一步降低了苯中的烯烴濃度；③將HF與烴類混合，最佳收率是在HF液相中產(chǎn)生的，所以良好的混合是關鍵。中試裝置的苯烯物質的量比為8∶1。HF和碳氫化合物的體積比為2∶1，用酸烴比例計來測量。每測1次，事后玻璃計必須用烷烴沖洗液沖洗，以防止玻璃計持續(xù)接觸HF 而使刻度變得模糊不透明［7－8］。

（2）烷基化反應器

苯、重烷烯烴、HF混合物料進入烷基化反應器（φ250mm×2 500 mm×30 mm）。液體向上流動通過反應器，反應條件為：溫度50 ℃，壓力0.88 MPa，停留時間20 min。流出物送往烷基化沉降罐。反應器在充滿液體的狀況下操作，內裝有填料，以使反應物料充分接觸。

（3）脫酸系統(tǒng)

脫酸系統(tǒng)由沉降罐（φ600mm×1 400mm×30 mm）和堿洗塔（φ300mm×2 000 mm×30 mm）構成。反應產(chǎn)物在沉降罐中進行酸相與烴相的沉降分離，沉降時間45min。其分離的原理是由于密度的不同，無機酸相的密度大于有機烴相的密度。烴相從容器頂部導出，酸相沉降后用泵送回到烷基化靜態(tài)混合器，從沉降器出來的烴相經(jīng)泵送往堿洗塔。沉降器采用臥式的沉降形式，更有利于酸性和烴相的分層，能夠使上層烴相中含有的HF達到最少。

從沉降罐頂部導出的烴相中含有少量HF和氟化物，送往堿洗塔中，用KOH 溶液進行中和。堿洗塔分三段裝填填料，KOH 溶液按照不同比例，分三段進入堿洗塔，既保證中和完全，又避免中和反應集中進行導致局部溫度過高。堿洗塔設外循環(huán)，在塔底物料酸性測定不合格時，經(jīng)泵打回堿洗塔上部，待塔底物料酸性測定合格后，打入產(chǎn)品沉降罐。

（4）產(chǎn)品沉降罐

產(chǎn)品沉降罐用于將產(chǎn)品中攜帶的堿液從產(chǎn)品中分離出去。產(chǎn)品沉降罐容積10 m3，保證產(chǎn)品中攜帶的堿液有足夠的沉降時間。產(chǎn)品沉降罐下部沉降下來的堿液用泵送回主裝置。不含堿的產(chǎn)品經(jīng)泵送去精餾裝置，管線采用電伴熱保溫，溫度由溫度控制儀控制。

2.2.3 物料平衡數(shù)據(jù)及計算 表2為中試裝置物料及操作條件。表3 為中試裝置總物料平衡。

表2 中試裝置物料及操作條件Table 2 Pilot－plant material and operating conditions

續(xù)表2

表3 總物料平衡Table 3 Total material balance kg／h

根據(jù)表2和表3的數(shù)據(jù)，一年開工時數(shù)按8 000 h計算。原料消耗量：苯為7.20×104kg／a，HF 為3.68×104kg／a，重烷烯烴為2.96×105kg／a；產(chǎn)品重烷基苯年產(chǎn)量為4.00×104kg／a；重烷烯烷基化中試裝置的重烷基苯轉化率為10.4%。

3 結束語

本研究以HF 為催化劑，C16－C19正構烯烴與苯發(fā)生烷基化反應。烷基化反應是通過一段混合沉降器系統(tǒng)進行的，反應餾出物經(jīng)過一系列的分餾塔對各種化合物進行分離，未反應的原料循環(huán)使用，直鏈烷基苯作為產(chǎn)品送到罐區(qū)。根據(jù)小試研發(fā)成果，開發(fā)連續(xù)重烷烯烷基化中試工藝技術，建設中試試驗裝置，實現(xiàn)烷基化裝置的連續(xù)性操作，為其工業(yè)化提供基礎數(shù)據(jù)。

［1］ 張國印，伍曉琳，廖廣志，等.三次采油用烷基苯磺酸鹽類表面活性劑研究［J］.大慶石油地質與開發(fā)，2001，20（2）：26－28.

［2］ 鄒文華，崔正剛，張?zhí)炝?重烷基苯磺酸鹽驅油劑中試產(chǎn)品的應用性能［J］.日用化學工業(yè)，2002，32（6）：16－19.

［3］ 王興，徐龍伢，王清遐，等.苯和C10－14直鏈烯烴烷基化催化劑的研究進展［J］.石油化工，1997，26（2）：267－272.

［4］ 王二強，張金昌，李成岳.苯與長鏈烯烴烷基化反應技術的研究進展［J］.現(xiàn)代化工，2002，22（2）：11－14.

［5］ 李佩軍，王雪麗.重烷基苯的生產(chǎn)、性能及應用［J］.沈陽化工，1997，26（2）：31－34.

［6］ 陳衛(wèi)民.用于驅油的以重烷基苯磺酸鹽為主劑的表面活性劑的工業(yè)化生產(chǎn)［J］.石油化工，2010，39（1）：81－84.

［7］ 李云峰，王國光，焦大勇.烷基化生產(chǎn)中氟化氫的危害性及預防措施［J］.石油化工安全技術，2006，22（2）：39－43.

［8］ 張春武，白子武.烷基化裝置氫氟酸的應用分析［J］.日用化學工業(yè)，2009，39（8）：219－222.