磺酸盐磺化反应器的研究

磺酸盐磺化反应器的研究

近年来，随着磺化工艺的不断发展与磺化反应器的不断完善，我国油田开发行业的发展呈现出迅速增长的趋势。本文介绍了国内外对石油磺酸盐的合成情况与应用情况的研究，旨在针对不同情况合成出合适的石油磺酸盐，为我国油田开发行业提高原油采收率。

标签：石油磺酸盐；磺化反应；膜式反应器

1 引言

磺化反应是在有机化合物分子中引入磺基团的一种反应过程。向有机分子中引入磺基可增加产物的水溶性和酸性，可以使有机化合物具有水溶性、酸化和乳化等功能，很多表面活性剂、水溶性染料、食用香料都是因为这些特性被广泛合成。

石油磺酸盐（petroleum sulfonate）是用磺化剂磺化石油馏份，然后再用碱中和而得到的产品。它是一种拥有不同分子的复杂混合物，它的每一个分子都具有亲油性和亲水性，因此影响着其在油和水中的相对溶解性，使其成为了一种高品质的阴离子表面活性剂。正是因为其在油和水中显示出了优质的表面活性，受到了国内外企业的重视，并且其可以利用本地原料进行合成，数量大，成本低，因而被大量生产，并应用于润滑油和润滑脂的添加剂、石油开发行业中钻井泥浆和原油破乳剂等。

2 磺化工艺技术

2.1 三氧化硫（SO3）

三氧化硫是一种磺化能力强，无污染，成本低，质量又好的绿色磺化剂。正是因为其具有这样多的特性，国内外的企业都致力于对三氧化硫进行磺化技术的研究，并且已经取得了不错的进展。目前已经研究出的磺化工艺有以下四种：气态SO3磺化法与液态SO3 磺化法。

这种工艺的反应方程式为：

R-Ar-H+SO3→R-Ar-SO3H（其中R为烷基，Ar为芳基）

气态SO3磺化法一般采用气体SO3为磺化剂直接磺化，这种反应成本低，速度较快，无废物产出，有利于对环境进行保护，目前已经广泛的被应用于工业当中。目前国内已经研究出的反应器有罐组式磺化反应器、膜式磺化反应器及喷射式磺化反应器。其中膜式磺化反应器作为这三种反应器中应用最为广泛的，已经逐步被应用于医药、石油、洗涤等不同行业的生产当中。

相较于气态SO3磺化法，液态SO3 磺化法的工艺较为复杂，其使用条件相对于严苛一些。因为其反应剧烈，所以只适用于不活泼的芳香化合物的磺化，并且对于液体的浓度有需要有一定的控制标准。

2.2 浓硫酸和发烟硫酸（H2SO4）

这种工艺主要采用过量的浓硫酸或者发烟硫酸作为磺化剂，磺化方法分为过量硫酸磺化法与共沸去水磺化法这两大类。这种工艺所研究出的反应器有罐组式磺化反应器，这种反应器所应用的技术相对趋于成熟，产品质量相对趋于稳定。

3 石油磺酸盐的制造

大多数情况下，石油磺酸盐一般由三氧化硫（SO3）磺化各种原料所制成的。因为三氧化硫比硫酸污染小，所产生的废物少，反应迅速。因此，目前我国大多数的油田开发都采用三氧化硫作为磺化剂进行反应。

4 磺化反应器类型

①釜式反应器：釜式反应器可以用于液-液与气-液相磺化反应。在有良好的搅拌基础之上，釜内物质可以达到充分的混合，从而使浓度、温度均一。在这种反应器之中，还会存在换热装备，可以对温度进行很好的把控；②喷射式反应器：喷射式反应器是近几年新起的一类应用于油田开发行业的反应器。它可以用于气-液和气-液-固相反应。这种反应器多项传质性能好，并且可以避免局部过热，再加上反应器结构简单，成本较低，使得这个新型的反应器得到了越来越多的研究，使其趋于成熟化；③膜式反应器：膜式反应器的应用较为广泛，其性能优于釜式反应器。这种反应器需要采用三氧化硫作为磺化剂，对磺化反应的时间要求较短，对原料的比例分配较为精确，并且能够很好的对热量进行移除，从而使产品的质量得到很好的提高。

5 磺化工艺存在的问题及解决办法

通过对目前国内磺化工艺的分析，可以发现磺化工艺依然存在着很多问题。其中最主要的问题是安全性问题。磺化反应作为一种放热反应，如果不能在反應过程中得到有效地冷却与搅拌，都有可能引起过高的反应温度，以至发生燃烧反应，造成爆炸或起火事故；而三氧化硫不仅是磺化剂，还是氧化剂，遇易燃物质极易引发着火等等。

针对在磺化反应中存在的各项问题，在开发磺化反应器时，需要其能够保证在进行磺化反应时可以很好的冷却、散热等，因此设计出除热效果大、气液接触性能良好的磺化反应器是目前油田开发行业进行研究的重中之重。

6 总结

目前我国油田行业正在稳步的发展，为了更好的提高国家的综合实力，需要

深度地分析石油硫酸盐的合成情况，并对其进行优化。作为磺化反应的核心--磺化反应器，其开发目前是我国现阶段需要着重研究的部分，良好的磺化反应器不仅可以优化效率，还可以提高产品的生产质量。

参考文献：

[1] 范维玉，张数义，李水平，南国枝，于芳.降膜式磺化工艺合成驱油用石油磺酸盐的研究[J].中国石油大学学报（自然科学版），2007（2）：126-134.

[2] 周洪涛，肖进新.石油磺酸盐生产工艺条件讨论--磺化反应的复杂性及原料的选择[J].中国油田化学品发展研讨会，2010（5）：428-432.

[3] 张迪.超重力反应器内驱油用石油磺酸盐表面活性剂的合成研究[D].北京：北京化工大学，2010.

鲁志才（1983- ），男，汉族，黑龙江省哈尔滨市呼兰区人，大学本科学历，工程师职称，主要从事技术管理工作。