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硫酸法烷基化产品质量影响因素及优化措施分析

摘 要：硫酸法烷基化产品的质量会受到多种因素的影响，特别是对于硫酸法烷基化装置所生产的烷基化油，这种产品的辛烷值较高，硫含量较低，具有无烯烃、无芳烃、不含氧等特点，是汽油的最理想成分之一。因此通过调整烷基化原料的组成，去除其中杂质的含量，确保生产设备的安全稳定运行就必须加强对于影响生产质量的因素分析，提升产品质量。
关键词：硫酸法烷基化产品；原料成分；因素分析
引言：烷基化油的拂程很宽，顺应了当前新配方汽油的发展需求，如果只是使用烷基化油代替MTBE，就会导致原本的部分异构化物很难成为汽油的调和组分。然而现在通过减小雷德蒸汽压的方式能够有效促进调和，因此就如何提升烷基化装置的生产效率以及生产稳定性，降低整个装置的运行成本成为当前生产中急剧待解的问题。
1硫酸法烷基化简介
硫酸法烷基化是一种物制冷技术，这种技术已经有了较长时间的发展，艺术整体较为成熟，有很多工业企业都是以此技术为基础的生产装置。我国是在上个世纪80年代引入的硫酸烷基化装置采用该技术进行生产，硫酸烷基化的主要优点是酸资源较为丰富，技术应用价格便宜，生产成本低，而且在回收的过程中因为硫酸烷基化的产品活性较高，可以让整个装置运行周期变得更长。但是由于硫酸会腐蚀生产设备，硫酸法烷基化工艺的消耗酸会较大，而且会产生大量的污染物导致周围环境受到污染。因此需要建立废酸再生装置来保证生产过程的环保性，由于生产而污染环境[1]。
2 原料对产品质量影响
2.1原料各组分
(1)丙烷及正丁烷 这两种物质在玩机化反应过程中不会参加反应，因为这两种物质都属于惰性组分。如果其含量过高会降低异丁烷进入酸相的速度，进而导致整个反应过程受到影响，使得烯烃在烷基化反应中发生自聚反应。
(2)丁烯 在生产的过程中C8组分含量高，其中特别是2,2,4-三甲基戊烷的含量是最高的，并且由于异丁烯的活性是高于正丁烯的活性，催化剂的作用下容易发生自身聚合，从而溶解在酸相中，形成一种新的ASO酸性油。
(3)丙烯 其是在硫酸法烷基化反应过程中得到的反应物以及消耗的原料，要是将丙烯直接与异丁烷进行反应，就会生成C7烷基化汽油组分，这种组分的辛烷值以及汽油干点都比C8烷基化油组分更小[2]。
（4）戊烯 在烷基化装置中与异丁烷反应后会生成异戊烷和异辛烷，这两种物质的辛烷值较低。如果原材料中戊烯的含量较高，很容易发生负反应，从而生成大量的ASO，影响产品干点。
表1 不同烯烃对装置产品质量的影响
原料
丙烷及正丁烷
丁烯
丙烯
戊烯
干点
210
204
188
225
ROM
92-94
94-98
88-92
89-92
MON
90-91
93-95
88-91
90-92

2.2 杂质对产品质量影响
丁二烯在烷基化反应过程中，会由于是在酸性环境下导致其聚合反应，生成另一种大分子的烃，这种烃溶解于酸后会生成红油。在生产原料中，每公斤的丁二烯酸耗为13公斤左右，而每公斤的丁烯的酸耗只有0.08 公斤。硫酸物质对于硫酸的稀释作用很明显，因此每吨的硫化物可以损失大概到六十吨硫酸，这些数据都会影响到后续产品的干点，等到硫化物进入到分馏系统后，会严重影响到设备的安全，甚至导致产品中的硫含量大量增加，造成非常严重的酸耗，影响产品的质量[3]。
3 设备运行对质量影响
3.1 反应系统
等到部分循环的异丁烷与烯烃任何进入反应器后，再经过酸烃经轮的搅拌，使其在管束之间进行循环，通过机械搅拌使酸烃形成乳化液，在酸中烃的分布是非常均匀的，通过降低温度梯度能够降低副反应的发生几率[4]。在反应系统中，搅拌乳化状况以及压缩机的运行都能够直接影响到产品的辛烷值、干点等质量指标。
3.2 精制反应
在本装置中反应所流出的物质可以用酸洗或者碱水洗，为了防止下游的异丁烷塔在高温条件下会放出二氧化硫，二氧化硫遇水后会严重的影响塔顶的安全性。因此必须加强对于精制反应的控制，确保生产的质量。
4 控制参数对产品质量影响
4.1 反应时间
通过大量的实践表明，从反应器中取出乳液对烷基化油中的辛烷值进行分析，可以发现烷基化反应含有二次反应和稳态反应两种情况，在稳态反应以后，反应物的品质不会随着反应时间的增加而提高，所以最合适的反应时间一般是3~5分钟。与此同时，反应时间与反应器结构以及内件设施息息相关。
4.2 烷烯、异丁烷纯度
烷烯比指的是在烷基化反应过程中含有异丁烷和烯烃的质量比，也就是外分子比，内比指的则是反应器里面的烷烯比，该比例会受到乳液循环、进料分散等多种因素干扰。采用对比的方式进行探究可以知道，在提高烷烯比的情况下，新玩纸以及产品的品质都表现出上升趋势[5]。一般情况下，外分子的比例在8~10之间较为合理，如果比例太大，会导致反应料的进料量过多，造成反应器和压缩机等机器的功率大大增加，这也会在很大程度上提高电能消耗；与此同时，会提高反应的产物量，从而加大了分馏系统负荷量，导致异丁烷不纯或者是蒸汽消耗量提高的情况出现。
4.3 反应温度
烷基化反应和其副反应很容易受到反应温度的影响，因此会给反应后的产品组成以及辛烷值等产生很大的影响。一般情况下反应的温度应该维持在2℃到16℃，通常会将反应温度控制在10℃。对于种类不一样的烯烃而言，在温度不同的情况下反应产物也不一样，在温度较低的情况下，反应产物中C4烷烃的含量会增加，减小反应温度可以在很大程度上阻碍聚合反应和其他副反应发生，然而事实上根本不可以无止境的减小反应温度，因为硫酸在处于温度小于4℃的情况下，会产生很大的黏性，从而影响到酸烃的乳化效果，导致搅拌桨的功率增加。
4.4 硫酸浓度与杂质组成
硫酸作为一种催化剂，对于反应的影响体现在浓度以及杂质两方面。硫酸的浓度指的是排出反应器的酸浓度，通常情况下，酸浓度处于89%~90%这个区间内是最合理的，这个时候的效率也最高。在硫酸浓度不同的情况下，反应产物的组成也不同，把硫酸浓度从89%提到93%的同时，辛烷值也提高了1.5个单位，所以在进行排酸采样的过程中，是由多台反应器串联操作完成的。在烷基化酸中一直都有的杂质成分主要是酸溶性油以及水，因为水与酸溶性油都属于离子化状态，含量比较低的情况下能够在一定程度上促进酸催化作用的发挥，然而在浓度大于限定量额时，产生的化学反应会更趋向于朝副反应方向发展。通过实验进行比较，当酸中水的含量在0.5%~1%之间时，酸溶性油含量在6~8之间时，催化反应的效果是最佳的。
5 优化建议及总结
通过对硫酸法烷基化产品质量影响因素进行分析可以得出，想要提高硫酸法烷基化产品的质量以及辛烷值，可以通过：(1)减小原料中水、丁二烯以及甲醇等杂质含量；(2)对烯烃组份的含量进行调整；(3)烷烯比例需要满足大于7.5比1的比例；科学控制反应，温度保障反应温度的合理性。采取上述措施可以在一定程度上优化硫酸法烷基化产品质量，提高烷基化油异辛烷值，从而在根本上提高企业经济效益。
参考文献：
[1]董明会,宗保宁.SINOALKY硫酸法烷基化工艺技术及其工业应用[J].石油炼制与化工,2019,50(05):29-32.
[2]董明会.低酸耗硫酸法烷基化工艺技术中试研究[J].石油炼制与化工,2019,50(04):7-11.

-全文完-