硫酸法烷基化

1、概述

硫酸法烷基化有阶梯式和管壳式两种，为了使反应保持在较低的温度下进行，前者采用反应物本身部分蒸发吸热降温，后者采用反应后的流出物节流膨胀制冷的方法。

图1-1 阶梯式反应器硫酸法烷基化原理流程图 1－阶梯式反应器；2－压缩机；3－碱洗器；4－脱异丁烷塔

多段阶梯式反应器中每一段都设有搅拌器以使烃类原料和硫酸乳化。硫酸和异丁烷从反应器的第Yi段流入，并顺利通过各段。烯烃则分成若干份分别进入各段。

反应器各段均有一部分烃类蒸发，吸收反应所放出的热量，维持较低的反应温度。

所蒸发的烃类经压缩冷凝液化后再脱除丙烷后回反应系统 。

1-2 管壳式硫酸法烷基化反应器示意图 1－管壳式反应器；2－搅拌器；3－硫酸沉降器

反应器内设有叶轮搅拌器，使硫酸和烃类在内部高速循环，形成乳状液。

反应后的酸－烃乳状液进入沉降器，分离出来的硫酸循环回反应器重复使用，而从沉积器分离出来的反应流出物则经过压力控制阀流经反应器的取热管，部分气化吸收反应热，以保持反处于较低的温度。

2、主要影响因素

（1）反应温度

烷基化反应是在较低的温度下进行的，硫酸法烷基化反应的适宜温度为8--12。

图1-3 硫酸法烷基化反应温度对烷基化油辛烷值的影响

（2）硫酸的浓度

硫酸作为烷基化反应的催化剂，其浓度对反应的影响很大。当硫酸的浓度高于99m%时，SO3将会与异丁烷直接反应，增加酸耗;

当浓度低于85m%时，催化剂的活性大大降低，同时对设备的腐蚀也趋于严重。

因此适宜的硫酸浓度为95--96m%。

工业上通常加入反应器的新鲜硫酸浓度为98--99m%，由于原料中含水以及副反应生产的水的稀释，以及硫酸酯和酸溶性聚合物的生成，都会使硫酸浓度在运转过程中逐渐降低，为了保证硫酸烷基化油的质量，同时避免硫酸对设备的腐蚀，当酸浓度降低至88--90m%时，即需要作为废酸排出。

硫酸的消耗在硫酸烷基化生产成本中占有相当的比重，因此应尽量减少酸耗。

原料中的杂质含量增加时会导致酸耗增加，原料中的烯烃中如含有丙烯和戊烯也会导致酸耗显著增加，反应条件不当如温度过高或过低、混合分散不均匀也同样会导致酸耗的增加 。

为此应避免导致酸耗增加的上述情况发生。

为了保护环境和降低成本，装置所排出的废酸JD不能随意排放，应将废酸送往焚烧炉焚烧，在高温下生成SO2，再将SO2进一步氧化成SO3，以回收硫酸。 

（3）酸烃比

在反应体系中如硫酸与烃类的比例太小，则在分散乳化时酸量不足以形成连续相，而烃类成为连续相，这样会使烷基化油的质量下降、酸耗增加。

工业上一般采用的酸烃比为1--1.5:1，以保证硫酸处于连续相。 

由于硫酸的导热系数比烃类要高得多，以硫酸为连续相能更有效地散去反应热，避免因局部过热反应温度过高而加剧副反应的发生。 

酸烃比也不能过大，否则会减少烃类的进料量，降低装置的处理能力，同时硫酸增多后会使反应体系的粘度以及密度增加，导致搅拌所需的能耗增加。 

（4）异丁烷与烯烃的比例

为了提高酸相中异丁烷的浓度以及YZ烯烃的叠合等副反应的发生，在反应体系中需要保持较高的烷烯比。工业上反应器进料中的烷烯比一般为5--15:1。

鉴于提高烷烯比的目的是提高反应体系中的异丁烷的纯度，在生产中常控制反应流出物中异丁烷的浓度不低于60--70v%。 

（5）烃类在硫酸中的分散状况

硫酸是连续相，烃类是分散相，烷基化反应的控制步骤是异丁烷向酸相的传质，所以搅拌速度对反应影响较大。由于酸烃的密度差大，硫酸的粘度也大，因此必须借助激烈的搅拌以改善反应体系的分散状况，提高其传质与传热效率，加速烷基化反应，有利于提高烷基化油的辛烷值。

（6）反应时间

反应时间与搅拌强度和两相的分散状况有关，一般情况下硫酸烷基化的反应时间为20--30min。

如时间过短，反应不完全，影响烷基化油的收率。

如时间过长，不仅降低装置的处理能力，会发生二次反应使产物的质量降低。

3、硫酸浓度在线分析仪介绍

 MPR E-Scan在线浓度仪采用分体式结构设计，分为传感器和变送器两部分。

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   变送器由：Intel 586sx 133MHz的CPU，6.7寸（640×480象素）彩色LCD显示器，键盘， EPROM存储卡及自动清洗系统组成。仪器采用全屏蔽干扰设计、耐高温和振动、宽量程（88.00%-99.99%)，出厂线性校准和自动温度补偿。  仪器内置PT1000温度传感器 ，在线检测硫酸的过程温度，经自动温度补偿并远处0-10V的信号。

仪器可采用 RS-232 与上位计算机相通讯，并可通过 4～20 mA 信号 与 DCS 相通讯。由 DCS 控制调节过氧化氢浓度。 MPR E-Scan在线分析仪的自动清洗清洗系统自动清洗被污染的棱镜并及时排除故障，保证仪器的准确性，减轻维护人员的工作量。全浇注玻璃钢外壳和全屏蔽钢板内壁设计，保证了仪器可以在任何恶劣的工况条件下运行平稳。

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