石油磺酸鹽生產(chǎn)過程中溶劑精餾過程的模擬分析

崔繼峰，胡仰棟

（1.中國海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東青島 266000；2.勝利油田中勝環(huán)保有限公司，山東東營 257000）

石油磺酸鹽是三次采油技術(shù)首選的表面活性劑。它具有界面活性強(qiáng)、與原油配伍性好、水溶性好的優(yōu)點(diǎn)，并且生產(chǎn)工藝簡單，成本較低[1-3]。

中勝環(huán)保有限公司生產(chǎn)的石油磺酸鹽產(chǎn)品是通過用液態(tài)三氧化硫磺化常壓或減壓寬餾份原料油制備得到的。在生產(chǎn)中，當(dāng)以三氧化硫?yàn)榛腔瘎┖铣墒突撬猁}時(shí)，為了避免磺化反應(yīng)過于劇烈，保證反應(yīng)進(jìn)程可控，采用1，2-二氯乙烷作為溶劑對液態(tài)三氧化硫進(jìn)行稀釋，溶劑與三氧化硫質(zhì)量比為3:1。此外，由于含環(huán)烷烴（或芳烴）組份較多的油品粘度較高，在較低溫度時(shí)，不加溶劑的反應(yīng)物料流動性差，不利于反應(yīng)物料在反應(yīng)器內(nèi)的混合，因而，對原料油也采用溶劑1，2-二氯乙烷進(jìn)行稀釋，溶劑與原料油的質(zhì)量比為1:1。Bordwell[4]的研究表明三氧化硫與1，2-二氯乙烷的反應(yīng)是極慢的，在室溫下經(jīng)過4 天時(shí)間僅有3 %的三氧化硫發(fā)生反應(yīng)，因此在實(shí)際生產(chǎn)中1，2-二氯乙烷損耗量很小。為了節(jié)約溶劑成本，在生產(chǎn)中必須對溶劑1，2-二氯乙烷進(jìn)行回收利用。

回收得到的1，2-二氯乙烷粗品中含有少量水及幾種烴類雜質(zhì)，將其作為溶劑稀釋三氧化硫時(shí)，雜質(zhì)會與三氧化硫發(fā)生劇烈反應(yīng)，不僅損耗三氧化硫，而且容易引起安全事故。所以，回收得到的1，2-二氯乙烷其質(zhì)量分率必須達(dá)到0.999，這樣的要求對于精餾操作是比較苛刻的，在現(xiàn)有生產(chǎn)參數(shù)下難以達(dá)到此要求。本文利用AspenPlus 軟件對其現(xiàn)有精餾工藝進(jìn)行模擬分析，并提出合理的工藝改進(jìn)方案。

1 現(xiàn)有工藝流程模擬

1.1 現(xiàn)有工藝流程

圖1 1，2-二氯乙烷精餾系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of 1,2-dichloroethane distillation system

1，2-二氯乙烷精餾系統(tǒng)由一塔T1（不規(guī)整填料塔）和二塔T2（規(guī)整填料塔）組成，流程（見圖1）。粗1，2-二氯乙烷先進(jìn)入一塔（T1）后塔底流出物經(jīng)緩沖罐（B）進(jìn)入塔二（T2）。一塔中，1，2-二氯乙烷和水形成共沸物，塔頂餾出少量水和1，2-二氯乙烷以及其他低沸點(diǎn)雜質(zhì)，塔底為1，2-二氯乙烷、重組分未磺化油和高沸點(diǎn)雜質(zhì)。進(jìn)入二塔，1，2-二氯乙烷作為輕組分從塔頂餾出，塔底為高沸點(diǎn)雜質(zhì)。

1.2 現(xiàn)有工藝流程模擬分析

經(jīng)一塔分離出去水和輕組分雜質(zhì)后的物料經(jīng)液相色譜儀分析仍含有數(shù)十種烴類雜質(zhì)，其中與1，2-二氯乙烷沸點(diǎn)（83 ℃）最接近的是3-甲基己烷，（沸點(diǎn)92 ℃），其次是甲基環(huán)己烷等其他重組分雜質(zhì)，因此在對二塔進(jìn)行模擬分析的時(shí)候只需模擬1，2-二氯乙烷和3-甲基己烷的分離即可。

分別對兩個(gè)塔T1 和T2 在現(xiàn)有工況條件下進(jìn)行了模擬計(jì)算。共沸塔T1 和精餾塔T2 的工藝條件及計(jì)算結(jié)果（見表1）。

表1 T1 和T2 的現(xiàn)有工藝參數(shù)及模擬計(jì)算結(jié)果Tab.1 The existing process parameters and the result of simulation calculation of T1 and T2

由表1 中的模擬結(jié)果可知，常壓下，T1 的共沸溫度71.8 ℃，1，2-二氯乙烷質(zhì)量組成含量為91.9 %，這與現(xiàn)場數(shù)據(jù)一致，并與1，2-二氯乙烷和水的共沸組成相吻合。綜上可見，T1 現(xiàn)有工況模擬結(jié)果可以達(dá)到共沸點(diǎn)。

T2 中塔頂1，2-二氯乙烷質(zhì)量組成在0.981 ～0.986，不能達(dá)到0.999，所以現(xiàn)有工況的模擬結(jié)果未能達(dá)到所要求的標(biāo)準(zhǔn)，這與實(shí)際生產(chǎn)中的結(jié)果是一致的。因此想要提高溶劑純度，需對二塔進(jìn)行進(jìn)一步的模擬分析，提出對二塔的改進(jìn)方案。

2 T2 二塔分離過程模擬分析

由于塔頂產(chǎn)品純度要達(dá)到0.999，要對現(xiàn)有裝置進(jìn)行改造，在塔體不動情況下，需要對該塔的進(jìn)料位置、回流比的影響及塔板數(shù)和回流比的關(guān)系進(jìn)行模擬分析。三種模擬情況下的工藝參數(shù)（見表2）。

表2 T2 分離過程模擬的工藝參數(shù)Tab.2 Process parameters of separation process simulation of T2

2.1 進(jìn)料位置對產(chǎn)品純度的影響

改變進(jìn)料位置，1，2-二氯乙烷含量隨進(jìn)料位置的變化曲線（見圖2）。

圖2 1，2-二氯乙烷含量與進(jìn)料位置的關(guān)系曲線Fig.2 Profiles of 1,2-dichloroethane content and feed position

從圖2 中可以看出，1，2-二氯乙烷的含量隨進(jìn)料位置的增大先增大后減小，進(jìn)料位置在第40 塊板時(shí)，其含量最高。

2.2 回流比對產(chǎn)品純度的影響

改變回流比，二氯乙烷含量隨回流比的變化曲線（見圖3）。

從圖3 中可以看出，1，2-二氯乙烷含量隨回流比的增大而增大，在回流比為4.5 時(shí)達(dá)到0.999 以上。從圖3 還可看出，對本文所分析的物系，因兩種組分沸點(diǎn)差較?。s9 ℃），塔頂產(chǎn)品純度與回流比高度相關(guān)，當(dāng)純度從0.990 增加到0.999 時(shí)，回流比增加超100 %。此結(jié)論對類似體系的精餾操作有借鑒意義。

圖3 1，2-二氯乙烷含量與回流比的關(guān)系曲線Fig.3 Profiles of 1,2-dichloroethane content and feed position

2.3 塔板數(shù)和回流比的關(guān)系

模擬分析中，始終保持1，2-二氯乙烷的質(zhì)量含量在0.999 0，調(diào)整塔板數(shù)和回流比的大小，塔板數(shù)和回流比的變化曲線（見圖4）

圖4 塔板數(shù)和回流比的關(guān)系曲線Fig.4 Profiles of stage number and reflux ratio

3 模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對比

依據(jù)上述模擬結(jié)果，作者對現(xiàn)場裝置安排了三組試驗(yàn)，結(jié)果（見表3）。試驗(yàn)在塔底進(jìn)料的條件下進(jìn)行。從表3 看出，塔頂產(chǎn)品純度隨回流比增加而增加，且與模擬結(jié)果基本一致。

4 結(jié)論及建議

（1）對一塔按現(xiàn)有工況的工藝參數(shù)進(jìn)行模擬分析，模擬所得結(jié)果與實(shí)際組分的共沸點(diǎn)和共沸組成基本一致，在生產(chǎn)中一塔不存在問題，無需改進(jìn)。但對二塔，在現(xiàn)有的工況條件下，無論是在實(shí)際生產(chǎn)中還是在模擬分析結(jié)果中，都不能使二氯乙烷的含量達(dá)到0.999 上。

表3 模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對比Tab.3 Comparison between experimental and simulation results

（2）通過對二塔進(jìn)行分離過程模擬分析，得出提高1，2-二氯乙烷純度的改進(jìn)方案：進(jìn)料位置為40，回流比4.5。

（3）對沸點(diǎn)差較小的體系，當(dāng)產(chǎn)品純度要求較高時(shí)，需要較高的回流比；當(dāng)理論板數(shù)超過60 時(shí)，通過增大理論板數(shù)來降低回流比是不合適的。

（4）本文模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比，對于1，2-二氯乙烷精餾提純操作，增大回流比，的確可以提高產(chǎn)品純度，模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。

［1］ 張路，羅瀾，李宗琦，等.復(fù)合驅(qū)油體系與勝利原油間的動態(tài)界面張力特性［J］.油田化學(xué)，2001，18（1）：67-70.

［2］ 牟建海，李干佐，徐桂英.ASP 復(fù)合驅(qū)油體系瞬時(shí)界面張力的研究［J］.高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，1999，10（11）：1776-1780.

［3］ Hisham A，Nasr E D，Kevin C T. Dynamic inter-facial tension of crude oil/alkali/surfactant systems［J］.Colloids and Surfaces，1992，66:23-37.

［4］ Bordwell F G，Crosby G W.Sulfonation of olefins.VII.Sufonation of 1，1-dipheny1-2-methy1-propene［J］.J Am Chem Soc，1956，78（20）：5367-5371.