淺談離子液烷基化加料存在問題及改進措施

胡梟雄

摘要：國內(nèi)烷基化油的生產(chǎn)主要采用HF法和H2SO4法，目前中韓（武漢）石油化工有限公司以復(fù)合離子液體作為催化劑，催化碳四餾分中的烯烴和異丁烷發(fā)生烷基化反應(yīng)生成烷基化油。由于離子液體在反應(yīng)體系循環(huán)使用過程中活性會逐漸下降，所以為了烷基化反應(yīng)持續(xù)穩(wěn)定進行，需不斷向系統(tǒng)中補充叔丁基氯和活性組分來維持離子液活性，所以叔丁基氯和活性組分的添加尤為重要。本文闡述了現(xiàn)有叔丁基氯和活性組分添加的一些問題及改進措施，可通過以上改進更大限度地保證離子液活性，從而促進烷基化反應(yīng)持續(xù)穩(wěn)定進行。

關(guān)鍵詞：離子液烷基化;加料;改進措施

1 前言

隨著環(huán)境的日益惡化，環(huán)保法規(guī)越來越嚴格，燃油的標準也在不斷提高。烷基化油具有辛烷值高、敏感性好、蒸氣壓低等特點，是清潔環(huán)保的高辛烷值汽油調(diào)和組分之一[1]，其地位也越來越不可替代。但是，目前碳四烷基化過程以氫氟酸和濃硫酸為催化劑，存在嚴重的設(shè)備腐蝕、潛在的人身傷害及環(huán)境污染等問題，嚴重限制了碳四烷基化的工業(yè)應(yīng)用。所以，近年來，離子液體作為烷基化反應(yīng)催化劑的研究日益增多，中韓（武漢）石油化工有限公司以酸性氯鋁酸離子液體為基礎(chǔ)制得的復(fù)合離子液體為催化劑生產(chǎn)了辛烷值在96以上的烷基化油。與傳統(tǒng)的氫氟酸和濃硫酸相比，復(fù)合離子液體更加安全環(huán)保、腐蝕性也更低，且該離子液體性質(zhì)穩(wěn)定，在200℃以下不會熱分解，在氮氣保護隔絕空氣和水分的條件下，能夠長期穩(wěn)定儲存和長途運輸。

2 工藝簡介

烷基化油的生產(chǎn)采用復(fù)合離子液體碳四烷基化（CILA）工藝技術(shù)。主要工藝流程包括以下個部分：原料預(yù)處理部分、烷基化反應(yīng)及沉降部分、反應(yīng)流出物堿洗水洗部分、制冷壓縮部分、產(chǎn)品分餾部分、離子液再生部分。由于復(fù)合離子液體中的叔丁基氯和活性組分在反應(yīng)過程中會不斷流失導(dǎo)致離子液體失活以致于烷基化反應(yīng)無法正常進行，所以在生產(chǎn)過程中需不斷分布協(xié)控補充叔丁基氯和活性組分以維持離子液體的再生及活性[2]。目前所用的叔丁基氯和活性組分添加如下圖1和圖2所示。圖中虛線部分是改造添加的部分。

3 問題描述

叔丁基氯在添加過程中，如圖1所示，通過卸料泵間斷地向儲罐中補充叔丁基氯，隨后儲罐中的叔丁基氯由抽出泵抽出輸送至反應(yīng)部分，以達到在系統(tǒng)中補充叔丁基氯的目的。由于叔丁基氯的添加是需要精準記錄的，而在實際添加過程中我們發(fā)現(xiàn)抽出泵的計量流量非常不準，波動太大，很難準確記錄出一段時間內(nèi)的加料速率，對后續(xù)反應(yīng)中的叔丁基氯添加沒有太大的參考價值，需要改進。

活性組分在添加過程中，如圖2所示，由于設(shè)計的活性組分儲罐位置比較高，需由吊車吊起裝有活性組分的包裝袋再加之人員配合解袋從活性組分儲罐上部裝劑，活性組分由于自身重力原因自由落體至活性組分儲罐，目前一次性裝劑約15噸左右。隨后活性組分通過自身重力或在氮氣充壓的作用下，通過旋轉(zhuǎn)給料系統(tǒng)加入至再生反應(yīng)釜中，這里旋轉(zhuǎn)給料系統(tǒng)通過設(shè)定的給料速率實時調(diào)節(jié)給料量，且這個系統(tǒng)自帶稱重功能能夠計量一段時間內(nèi)活性組分加入量。但是在實際生產(chǎn)過程中，存在著一些問題。

一是在向活性組分儲罐加料過程中，由于位置高，需要吊車吊裝加之人工解袋，操作危險復(fù)雜，且在活性組分裝劑過程中，活性組分不可避免的會短時間內(nèi)接觸空氣，一旦與空氣接觸便可能會吸潮結(jié)塊并產(chǎn)生HCl，不僅影響活性組分活性，而且飄散在空中的粉塵也會造成環(huán)境污染，酸化后更是會對現(xiàn)場的平臺造成極強的腐蝕，雖然作業(yè)人員做了防護，但仍不可避免的會對作業(yè)人員的身體健康構(gòu)成威脅。二是由于一次性裝劑太多，活性組分儲罐中的活性組分會出現(xiàn)被壓實結(jié)塊的現(xiàn)象，而無法呈現(xiàn)蓬松的粉末狀，特別是當下料困難用氮氣充壓時，被壓實的粉料可能由于壓力作用間斷性下料，但同時也出現(xiàn)粉料被壓實更嚴重的情況存在，從而導(dǎo)致下料更不暢。所以，如何裝劑以及如何維持活性組分粉料狀態(tài)保證連續(xù)下料，是離子液再生部分的關(guān)鍵。生產(chǎn)中曾出現(xiàn)過由于活性組分長期不下料導(dǎo)致離子液體失活最終導(dǎo)致烷油產(chǎn)品不合格的現(xiàn)象。

4 改進措施

為了能有效記錄叔丁基氯的加料速率，我們在儲罐與抽出泵之間加入了一個小型日罐，如圖1所示虛線部分，通過日罐上方的補料閥及時向日罐中補充叔丁基氯，日罐上有一個帶有刻度的玻璃板可以隨時觀察叔丁基氯下料量，這樣通過計算一段時間內(nèi)叔丁基氯的下料量就可以準確計算出叔丁基氯的下料速率ν，計算公式為，其中為叔丁基氯的密度，r為日罐的半徑，h為日罐下降的高度，t為日罐下降一定高度所需的時間。由于整個過程需要操作人員每隔一段時間就要去現(xiàn)場察看刻度并及時補料，所以考慮后期在日罐上引入一個雙法蘭，可以隨時在室內(nèi)觀察液位，方便隨時計算B酸加料速率并及時通知現(xiàn)場工作人員補料。

為了有效解決活性組分添加存在的上述問題，考慮后期在地面上加入如圖2虛線部分，活性劑存儲料倉用于存儲大噸量的活性組分，通過密閉卸料站，活性組分在微負壓的狀態(tài)下無塵解包，料倉內(nèi)的含塵氣體通過高效除塵器過濾后達標排放?；钚詣┐鎯α蟼}的活性組分通過自重流入自動輸送系統(tǒng)的壓送罐，當物料達到高料位時，進料閥關(guān)閉，進氣閥打開，當?shù)竭_設(shè)定的高壓力點之后，出料閥打開，活性組分被輸送至活性劑儲罐，且罐頂除塵器將含塵氣體過濾后達標排放，最后活性組分通過旋轉(zhuǎn)給料系統(tǒng)均勻給料。通過這樣的風送系統(tǒng)加料，既避免了活性組分飄散在空氣中對環(huán)境的污染以及人員傷害，又可以少量多次向活性劑儲罐中輸送活性組分，避免了大量的活性組分粉料被壓實而出現(xiàn)無法下料的情況。

5 總結(jié)

叔丁基氯和活性組分的添加是保證離子液活性的重要步驟，也是整個工藝生產(chǎn)中至關(guān)重要的一環(huán)。通過在叔丁基氯加料過程中加入日罐的方式有效且準確地記錄了叔丁基氯的加料速率，給后續(xù)生產(chǎn)提供了強有力的參考數(shù)據(jù)。對于活性組分的添加問題，后期擬通過以上措施加以改進，從而改善活性組分下料的問題，維持離子液活性，保證工藝連續(xù)生產(chǎn)。

參考文獻：

[1]魏玉卿，朱建華，武本成.離子液體烷基化油中氯代烴生成機理的探究[J].石油化工高等學校學報，2019，（32）1.

[2]李柏林，吳瑕.酸性離子液體催化異丁烷/丁烯烷基化研究進展[J].石油化工，2016，（45）10.