兩種重烷基苯磺酸鹽的制備及界面性能研究

曹鳳英，李素紅，張廣煜，李永吉（.撫順石化公司；. 安陽(yáng)市興亞洗滌用品有限責(zé)任公司）

?

兩種重烷基苯磺酸鹽的制備及界面性能研究

曹鳳英1，李素紅2，張廣煜1，李永吉1
（1.撫順石化公司；2. 安陽(yáng)市興亞洗滌用品有限責(zé)任公司）

摘 要：以苯、C16～C19重烷/烯烴為原料，以氫氟酸為催化劑，在烷基化中試裝置上合成了C16～C19重烷基苯；分別以C16～C19重烷基苯、工業(yè)重烷基苯（烷基苯裝置副產(chǎn)物）為原料，在磺化中試裝置上合成了兩種重烷基苯磺酸鹽（C1619HABS、工業(yè)HABS）。經(jīng)測(cè)定，發(fā)現(xiàn)二者界面性能相近。

關(guān)鍵詞：重烷基苯；烷基化；磺化；三次采油；界面張力

隨著油田三次采油技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用和潤(rùn)滑油添加劑等其他領(lǐng)域的拓展需求，烷基苯裝置副產(chǎn)物重烷基苯（HAB）的產(chǎn)量已嚴(yán)重供不應(yīng)求。為此，研發(fā)了與現(xiàn)有重烷基苯磺酸鹽結(jié)構(gòu)相近的磺酸鹽表面活性劑。

筆者在小試研究的基礎(chǔ)上[1]，以苯、C16～C19重烷/烯烴為原料，以氫氟酸為催化劑，進(jìn)行烷基化中試，合成出C16～C19重烷基苯（以下簡(jiǎn)稱C1619HAB）；然后以烷基苯裝置副產(chǎn)物重烷基苯（即重烷基苯，以下簡(jiǎn)稱工業(yè)HAB）、C1619HAB為原料，在磺化中試裝置上進(jìn)行三氧化硫磺化試驗(yàn)，制備出兩種不同的重烷基苯磺酸鹽（以下簡(jiǎn)稱工業(yè)HABS、C1619HABS），并考察了上述兩種樣品的界面活性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原料

C16～C19重烷/烯烴、苯、氫氟酸、氫氧化鈉均為工業(yè)級(jí)。

1.2 烷基化反應(yīng)

本研究采用以氫氟酸為催化劑的烷基化工藝，其主要反應(yīng)和副反應(yīng)為：

① 內(nèi)烯烴與苯的烷基化反應(yīng)——主反應(yīng)

② 生成異構(gòu)（支鏈）烷基苯的反應(yīng)——副反應(yīng)

③ 生成二烷基苯的反應(yīng)——副反應(yīng)

④ 生成二苯烷的反應(yīng)——副反應(yīng)

1.3 磺化反應(yīng)

圖1 烷基化中試工藝流程簡(jiǎn)圖

1.4 中和反應(yīng)

1.5 工藝流程

1.5.1 中試裝置

烷基化中試裝置：47L/h，氫氟酸烷基化裝置；

精餾中試裝置：40L/釜，間歇精餾裝置；

磺化中試裝置：60kg/h，三氧化硫氣體降膜式磺化裝置。

1.5.2 烷基化工藝流程

烷基化工藝流程見圖1。苯、重烷/烯烴和氫氟酸3種物料按操作條件經(jīng)兩級(jí)混合后進(jìn)入烷基化反應(yīng)器，烷基化產(chǎn)物（重烷基苯）和未反應(yīng)的苯、重烷/烯烴和氫氟酸進(jìn)入沉降器沉降后，油相從沉降器頂部進(jìn)入堿洗塔，酸相沉降后從底部循環(huán)至工業(yè)烷基化裝置經(jīng)汽提后重復(fù)使用，油相經(jīng)堿洗后進(jìn)入中試精餾裝置進(jìn)行分餾。

從烷基化反應(yīng)單元得到的產(chǎn)品為苯、烴和重烷基苯混合物，利用40L/釜間歇精餾裝置進(jìn)行分餾，苯返回烷基化系統(tǒng)循環(huán)使用，重烷基苯作為磺化中試的原料。

1.5.3 磺化工藝流程

磺化工藝流程簡(jiǎn)圖如圖2所示。重烷基苯經(jīng)原料調(diào)整罐、計(jì)量泵定量后送至磺化器頭部，磺化器頭部的分配機(jī)構(gòu)自行將有機(jī)物料均勻分配至各反應(yīng)管，沿管內(nèi)壁均勻成膜狀降落，與從頂部通入的三氧化硫氣體并流而下，完成磺化反應(yīng)，反應(yīng)熱通過(guò)夾套冷卻除去。從磺化器下來(lái)的氣液混合物經(jīng)氣-液分離器進(jìn)行氣液分離，尾氣送至尾氣處理系統(tǒng)。磺酸從氣液分離器底部輸出，可直接裝罐或輸入中和段直接合成磺酸鹽。

由兩種重烷苯得到的磺酸的質(zhì)量見表1。

1.6 儀器

安捷倫7890A型氣相色譜儀、Excalibur HE3100型傅里葉變換紅外光譜儀、Agilent 5975i GC / MSD四極桿型氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀和Model TX500C旋滴界面張力儀等。

2 結(jié)果與討論

2.1 工業(yè)重烷基苯磺酸鹽的界面活性

采用工業(yè)重烷基苯磺酸鹽（HABS）對(duì)大慶四廠油水進(jìn)行了強(qiáng)堿界面活性測(cè)試，對(duì)大港港西油水進(jìn)行了弱堿界面活性測(cè)試，界面活性如圖3、圖4所示。

（-1-0指10-1～100，-2--1指10-2～10-1，-3--2指10-3～10-2，下同）圖3 重烷基苯磺酸鹽強(qiáng)堿體系界面活性圖

圖4 重烷基苯磺酸鹽弱堿體系界面活性圖

圖2 磺化中試工藝流程簡(jiǎn)圖

表1 磺酸產(chǎn)品典型樣品數(shù)據(jù)

從圖3、圖4可以看出，工業(yè)重烷基苯磺酸鹽對(duì)大慶四廠油水在表面活性劑濃度0.025%～0.2%、NaOH濃度0.2%～0.8%范圍內(nèi)能夠達(dá)到10-3mN/m數(shù)量級(jí)的超低界面張力。對(duì)大港港西油水，在表面活性劑濃度0.025%～0.2%、Na2CO3濃度0.4%～1.2%范圍內(nèi)能夠達(dá)到10-3mN/m數(shù)量級(jí)的超低界面張力。

2.2 C1619重烷基苯磺酸鹽的界面活性

利用C1619重烷基苯磺酸鹽對(duì)大慶四廠油水分別進(jìn)行了強(qiáng)堿體系和弱堿體系界面活性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖5、圖6所示。

從圖5、圖6可以看出，本研究中試合成的C1619重烷基苯磺酸鹽對(duì)大慶四廠油水在表面活性劑濃度0.05%～0.3%、NaOH濃度0.4%～1.2%范圍內(nèi)、Na2CO3濃度0.4%～1.2%范圍內(nèi)都能夠達(dá)到10-3mN/m的超低界面張力，但弱堿體系效果較強(qiáng)堿體系稍差。

對(duì)比以上界面活性圖，中試合成的C1619重烷基苯磺酸鹽與工業(yè)重烷基苯磺酸鹽在強(qiáng)堿體系中的界面活性相近。

3 結(jié)論

本研究通過(guò)烷基化中試和磺化中試合成了C1619重烷基苯磺酸鹽與工業(yè)重烷基苯磺酸鹽，在強(qiáng)堿和弱堿條件下，均可使界面張力達(dá)到10-3mN/m，說(shuō)明二者界面性能相近。

圖5 C1619重烷基苯磺酸鹽強(qiáng)堿體系界面活性圖

圖6 C1619重烷基苯磺酸鹽弱堿體系界面活性圖

參考文獻(xiàn)

[1] 曹鳳英，白子武，等.驅(qū)油用烷基苯合成技術(shù)研究 [J].日用化學(xué)品科學(xué), 2015,38(2):28-30.

[2] 郭永成，曲圣謙.烷基化裝置操作規(guī)程[S].2010.

[3] 曹鳳英，楊效益，張廣煜.磺化中試裝置操作規(guī)程[S].2012.

[4] 朱友益，沈平平，王哲，等 .ASP驅(qū)油用烷基苯磺酸鹽表面活性劑的合成 [J].石油勘探與開發(fā),2004,31( 11): 17-20.

[5] 李佩軍.重烷基苯在潤(rùn)滑油添加劑中的應(yīng)用[J].中國(guó)洗滌用品工業(yè),2011（5）:84-88.

[6] 呂梅.重烷基苯一步法制備高堿值合成磺酸鈣[J].潤(rùn)滑油, 2006, 21(3):25-28.

Preparation and interfacial performance of two heavy alkylbenzene sulfonates

Cao Fengying1, Li Suhong2, Zhang Guangyu1, Li Yongji1,
（1. Fushu Petrochemical Company；2. Anyang Xingya Washing Products Co.Ltd）

Abstract:Heavy alkylbenzene (C16～C19) was synthesized using benzene and the mixture of alkenes and olefins (C16～C19). Hydrofluoric acid was used to catalyze the alkylation reaction in the pilot plant. Two kinds of heavy alkylbenzene sulfonates were obtained by the sulfonation of C16～C19heavy alkylbenzene (C1619HAB) and industrial heavy alkylbenzene (HAB), respectively. Interfacial tension measurements show that these heavy alkylbenzene sulfonates possess the similar interfacial properties.

Keywords:heavy alkylbenzene；alkylation；sulfonation；tertiary oil recovery；interfacial activity

作者簡(jiǎn)介：曹鳳英女士，高工，主要從事驅(qū)油用表面活性劑及原料的研究工作。聯(lián)系方式：13081320246。

中圖分類號(hào)：TQ649.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-2701（2016）04-44-04