硫酸烷基化工艺腐蚀分析及应对措施研究

作者:未知

  摘 要:硫酸烷基化是采用浓硫酸作为催化剂的一种工艺,在应用过程中,对设备的腐蚀比较严重。基于此,本文介绍了硫酸烷基化的工艺内容和工艺原理,分析了硫酸烷基化腐蚀性产生的主要方式与作用机理,提出原料把控、硫酸浓度控制、酸烃比的控制、脂类物质控制等几个主要应对措施,以降低硫酸烷基化的腐蚀性。
  关键词:硫酸烷基化;腐蚀性分析;应对措施;原料把控
  硫酸烷基化工艺采用硫酸法,在石油冶炼过程中,将异丁烷与丁烯烷基化(碳四烷基化、异丁烷烷基化),这种工艺是提高辛烷值,进行汽油调和组分的重要工艺之一。与固体酸法和氢氟酸法相比,硫酸烷基化工艺具有较高的环境保护等级,生产过程对于设备、操作人员与周边环境来说更为安全,但硫酸耗损量大,并需要废酸处理设备。
  1 硫酸烷基化工艺腐蚀性分析
  硫酸烷基化工艺的主要反应原理如下:
  C4H8+ H2SO4→(C4H9)HSO4
  (C4H9)HSO4+ C4H10→ C8H18+ H2SO4
  该工艺将异丁烷—丁烯作为进料,与制冷剂一起进入转化反应器。硫酸作为催化剂,帮助异丁烷—丁烯完成烷基化反应,生产烷基化油。这一反应中包含自聚、断裂、异构化、酯化等多种副反应。硫酸烷基化工艺中的腐蚀性主要来源于硫酸的腐蚀性,作为催化剂,硫酸烷基化工艺要应用到大量的硫酸(H2SO4),这一化学物质是一种最活泼的二元无机强酸,能和绝大多数金属发生反应,高浓度的硫酸有强烈吸水性、腐蚀性和氧化性[1]。硫酸在常温下能够使石油冶炼设备和石油运输管道中的铁、铝等金属钝化,在炎热天气中,能够与包括金、铂在内的大部分金属反应,生成高价金属硫酸盐,本身被还原成SO2,S,H2S或金属硫化物,这些反应生成物同样具有一定的毒性。
  2 应对硫酸烷基化工艺腐蚀性的有效措施
  2.1 原料控制
  应对硫酸烷基化工艺的腐蚀性,原料控制是一种有效的办法。这种办法严格控制投入硫酸烷基化工艺反应中物料的水分,在原料进入反应设备前,采用大功率的脱水器对物料进行脱水,部分重要物料会进行二次脱水。这种原料控制方法能够有效防止带有水分的原料由于操作不当、监督管理不到位等原因进入到反应设备当中,造成反应设备中的大量易燃物料和浓硫酸被水分稀释,导致物料泄露,腐蚀外层缺乏保护的机器设备。原料控制手段目前已经形成了比较规范的控制标准,经过处理后的原料中的游离水含量,要降至10×10%-4(重量)范围以内。
  2.2 硫酸浓度控制
  应对硫酸烷基化工艺的腐蚀性,可以采用控制硫酸浓度的办法,将硫酸的腐蚀性控制在合理的范围内。例如,在硫酸烷基化工艺反应装置中加装循环夹套、取热管束和带有搅拌叶轮的卧式压力容器,通过转速为2950r/min的搅拌叶轮对进入到反应器中的硫酸催化剂进行充分的搅拌和混合,保证反应器中的硫酸浓度始终处于比较均衡的状态,避免催化剂乳化反应的间断,使反应器中乳化反应进行中的温度始终保持在0.5摄氏度的波动范围内。这时,硫酸烷基化工艺中的烃相被均匀地分散在酸相中,能够对酸的游离进行干预,避免酸进入到后面的反应设备当中,造成设备管道的腐蚀。同时,这种办法也能提高烷基化反应的质量。
  2.3 酸烃比控制
  应对硫酸烷基化工艺的腐蚀性,酸烃比控制办法具有明显的有效性。酸烃比是指硫酸烷基化工艺反应过程中烃相与酸相的比值,这一比值可以直观的反应出硫酸烷基化反应是“油包酸”还是“酸包油”。如果硫酸烷基化反应出现了“油包酸”的现象,那么反应中的酸很容易就会被反应中的油带走,造成酸性物质的逃逸,进入到后续的反应设备当中,对设备和管道产生腐蚀。因而,操作技术人员要注意观察反应中的酸烃比,理想状态下,要将这一比值控制在1:1的数值上,保障酸物质的体积与烃物质的体积相同。在实际的生产状况中,这一比值的变化区间要控制在上下5%的范围内,避免烃物质进料的大幅减少。
  2.4 脂类物质控制
  应对硫酸烷基化工艺的腐蚀性,还可以对进入到反应器中的脂类物质进行控制。脂类物质主要指硫酸烷基化工艺反应中生成的硫酸酯(R-O-SO2-O-R’),它是硫酸在反应过程中的有机酯类衍生物,為质子或无基团。这种物质会在高温作用下,与下游设备中的下异丁烷塔发生反应,释放出二氧化硫。尤其在水分控制不严格的生产环境中,硫酸脂的存在会与原料中的水分反应,造成反应系统的严重腐蚀。因而,应对硫酸烷基化工艺的腐蚀性,要采用酸洗或碱洗的办法,即用 99%的浓硫酸酸洗后,再用12%的NaOH脱除微量酸[2]。同时,在脱脂过程中,要对温度进行严格的控制,保障换热温度始终处于50摄氏度左右,对残留的硫酸酯进行彻底的脱除。
  3 结论
  综上所述,采用适当的工艺办法降低硫酸烷基化工艺的腐蚀性,是石油炼制工业发展过程中的重要环节。从本文的分析可知,分析硫酸烷基化工艺的腐蚀性并寻求应对措施,有助于提高石油冶炼的效率,降低石油冶炼设备与石油运输管道的维修成本,减少设备维修中的资源浪费与人力资源消耗,推动石油化工工业的发展。因而,技术人员要重视相关理论的积累,并积极开展生产实践。
  参考文献:
  [1]降低生产成本的先进硫酸烷基化工艺[J].石油石化绿色低碳,2016,1(02):18.
  [2]许建耘.烷基化技术新进展—低温烷基化技术CDAlky[J].石油炼制与化工,2015,46(07):6.
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