硫酸法烷基化产品质量影响因素及优化措施分析

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

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，