硫酸烷基化工藝腐蝕分析及應(yīng)對(duì)措施研究

戈曉佩

摘 要：硫酸烷基化是采用濃硫酸作為催化劑的一種工藝，在應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)設(shè)備的腐蝕比較嚴(yán)重。基于此，本文介紹了硫酸烷基化的工藝內(nèi)容和工藝原理，分析了硫酸烷基化腐蝕性產(chǎn)生的主要方式與作用機(jī)理，提出原料把控、硫酸濃度控制、酸烴比的控制、脂類物質(zhì)控制等幾個(gè)主要應(yīng)對(duì)措施，以降低硫酸烷基化的腐蝕性。

關(guān)鍵詞：硫酸烷基化;腐蝕性分析;應(yīng)對(duì)措施;原料把控

硫酸烷基化工藝采用硫酸法，在石油冶煉過(guò)程中，將異丁烷與丁烯烷基化（碳四烷基化、異丁烷烷基化），這種工藝是提高辛烷值，進(jìn)行汽油調(diào)和組分的重要工藝之一。與固體酸法和氫氟酸法相比，硫酸烷基化工藝具有較高的環(huán)境保護(hù)等級(jí)，生產(chǎn)過(guò)程對(duì)于設(shè)備、操作人員與周邊環(huán)境來(lái)說(shuō)更為安全，但硫酸耗損量大，并需要廢酸處理設(shè)備。

1 硫酸烷基化工藝腐蝕性分析

硫酸烷基化工藝的主要反應(yīng)原理如下：

C₄H₈+ H₂SO₄→（C₄H₉）H_SO₄

（C₄H₉）H_SO₄+ C₄H₁₀→ C₈H₁₈+ H₂SO₄

該工藝將異丁烷—丁烯作為進(jìn)料，與制冷劑一起進(jìn)入轉(zhuǎn)化反應(yīng)器。硫酸作為催化劑，幫助異丁烷—丁烯完成烷基化反應(yīng)，生產(chǎn)烷基化油。這一反應(yīng)中包含自聚、斷裂、異構(gòu)化、酯化等多種副反應(yīng)。硫酸烷基化工藝中的腐蝕性主要來(lái)源于硫酸的腐蝕性，作為催化劑，硫酸烷基化工藝要應(yīng)用到大量的硫酸（H₂SO₄），這一化學(xué)物質(zhì)是一種最活潑的二元無(wú)機(jī)強(qiáng)酸，能和絕大多數(shù)金屬發(fā)生反應(yīng)，高濃度的硫酸有強(qiáng)烈吸水性、腐蝕性和氧化性[1]。硫酸在常溫下能夠使石油冶煉設(shè)備和石油運(yùn)輸管道中的鐵、鋁等金屬鈍化，在炎熱天氣中，能夠與包括金、鉑在內(nèi)的大部分金屬反應(yīng)，生成高價(jià)金屬硫酸鹽，本身被還原成SO₂，S，H₂S或金屬硫化物，這些反應(yīng)生成物同樣具有一定的毒性。

2 應(yīng)對(duì)硫酸烷基化工藝腐蝕性的有效措施

2.1 原料控制

應(yīng)對(duì)硫酸烷基化工藝的腐蝕性，原料控制是一種有效的辦法。這種辦法嚴(yán)格控制投入硫酸烷基化工藝反應(yīng)中物料的水分，在原料進(jìn)入反應(yīng)設(shè)備前，采用大功率的脫水器對(duì)物料進(jìn)行脫水，部分重要物料會(huì)進(jìn)行二次脫水。這種原料控制方法能夠有效防止帶有水分的原料由于操作不當(dāng)、監(jiān)督管理不到位等原因進(jìn)入到反應(yīng)設(shè)備當(dāng)中，造成反應(yīng)設(shè)備中的大量易燃物料和濃硫酸被水分稀釋，導(dǎo)致物料泄露，腐蝕外層缺乏保護(hù)的機(jī)器設(shè)備。原料控制手段目前已經(jīng)形成了比較規(guī)范的控制標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)處理后的原料中的游離水含量，要降至10×10%^-4（重量）范圍以內(nèi)。

2.2 硫酸濃度控制

應(yīng)對(duì)硫酸烷基化工藝的腐蝕性，可以采用控制硫酸濃度的辦法，將硫酸的腐蝕性控制在合理的范圍內(nèi)。例如，在硫酸烷基化工藝反應(yīng)裝置中加裝循環(huán)夾套、取熱管束和帶有攪拌葉輪的臥式壓力容器，通過(guò)轉(zhuǎn)速為2950r/min的攪拌葉輪對(duì)進(jìn)入到反應(yīng)器中的硫酸催化劑進(jìn)行充分的攪拌和混合，保證反應(yīng)器中的硫酸濃度始終處于比較均衡的狀態(tài)，避免催化劑乳化反應(yīng)的間斷，使反應(yīng)器中乳化反應(yīng)進(jìn)行中的溫度始終保持在0.5攝氏度的波動(dòng)范圍內(nèi)。這時(shí)，硫酸烷基化工藝中的烴相被均勻地分散在酸相中，能夠?qū)λ岬挠坞x進(jìn)行干預(yù)，避免酸進(jìn)入到后面的反應(yīng)設(shè)備當(dāng)中，造成設(shè)備管道的腐蝕。同時(shí)，這種辦法也能提高烷基化反應(yīng)的質(zhì)量。

2.3 酸烴比控制

應(yīng)對(duì)硫酸烷基化工藝的腐蝕性，酸烴比控制辦法具有明顯的有效性。酸烴比是指硫酸烷基化工藝反應(yīng)過(guò)程中烴相與酸相的比值，這一比值可以直觀的反應(yīng)出硫酸烷基化反應(yīng)是“油包酸”還是“酸包油”。如果硫酸烷基化反應(yīng)出現(xiàn)了“油包酸”的現(xiàn)象，那么反應(yīng)中的酸很容易就會(huì)被反應(yīng)中的油帶走，造成酸性物質(zhì)的逃逸，進(jìn)入到后續(xù)的反應(yīng)設(shè)備當(dāng)中，對(duì)設(shè)備和管道產(chǎn)生腐蝕。因而，操作技術(shù)人員要注意觀察反應(yīng)中的酸烴比，理想狀態(tài)下，要將這一比值控制在1：1的數(shù)值上，保障酸物質(zhì)的體積與烴物質(zhì)的體積相同。在實(shí)際的生產(chǎn)狀況中，這一比值的變化區(qū)間要控制在上下5%的范圍內(nèi)，避免烴物質(zhì)進(jìn)料的大幅減少。

2.4 脂類物質(zhì)控制

應(yīng)對(duì)硫酸烷基化工藝的腐蝕性，還可以對(duì)進(jìn)入到反應(yīng)器中的脂類物質(zhì)進(jìn)行控制。脂類物質(zhì)主要指硫酸烷基化工藝反應(yīng)中生成的硫酸酯（R-O-SO₂-O-R），它是硫酸在反應(yīng)過(guò)程中的有機(jī)酯類衍生物，為質(zhì)子或無(wú)基團(tuán)。這種物質(zhì)會(huì)在高溫作用下，與下游設(shè)備中的下異丁烷塔發(fā)生反應(yīng)，釋放出二氧化硫。尤其在水分控制不嚴(yán)格的生產(chǎn)環(huán)境中，硫酸脂的存在會(huì)與原料中的水分反應(yīng)，造成反應(yīng)系統(tǒng)的嚴(yán)重腐蝕。因而，應(yīng)對(duì)硫酸烷基化工藝的腐蝕性，要采用酸洗或堿洗的辦法，即用 99%的濃硫酸酸洗后，再用12%的NaOH脫除微量酸[2]。同時(shí)，在脫脂過(guò)程中，要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，保障換熱溫度始終處于50攝氏度左右，對(duì)殘留的硫酸酯進(jìn)行徹底的脫除。

3 結(jié)論

綜上所述，采用適當(dāng)?shù)墓に囖k法降低硫酸烷基化工藝的腐蝕性，是石油煉制工業(yè)發(fā)展過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。從本文的分析可知，分析硫酸烷基化工藝的腐蝕性并尋求應(yīng)對(duì)措施，有助于提高石油冶煉的效率，降低石油冶煉設(shè)備與石油運(yùn)輸管道的維修成本，減少設(shè)備維修中的資源浪費(fèi)與人力資源消耗，推動(dòng)石油化工工業(yè)的發(fā)展。因而，技術(shù)人員要重視相關(guān)理論的積累，并積極開(kāi)展生產(chǎn)實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)：

[1]降低生產(chǎn)成本的先進(jìn)硫酸烷基化工藝[J].石油石化綠色低碳，2016，1（02）：18.

[2]許建耘.烷基化技術(shù)新進(jìn)展—低溫烷基化技術(shù)CDAlky[J].石油煉制與化工，2015，46（07）：6.