两种重烷基苯磺酸盐的制备及界面性能研究

曹凤英，李素红，张广煜，李永吉（.抚顺石化公司；. 安阳市兴亚洗涤用品有限责任公司）



两种重烷基苯磺酸盐的制备及界面性能研究

曹凤英1，李素红2，张广煜1，李永吉1
（1.抚顺石化公司；2. 安阳市兴亚洗涤用品有限责任公司）

摘 要：以苯、C16～C19重烷/烯烃为原料，以氢氟酸为催化剂，在烷基化中试装置上合成了C16～C19重烷基苯；分别以C16～C19重烷基苯、工业重烷基苯（烷基苯装置副产物）为原料，在磺化中试装置上合成了两种重烷基苯磺酸盐（C1619HABS、工业HABS）。经测定，发现二者界面性能相近。

关键词：重烷基苯；烷基化；磺化；三次采油；界面张力

随着油田三次采油技术的大规模推广应用和润滑油添加剂等其他领域的拓展需求，烷基苯装置副产物重烷基苯（HAB）的产量已严重供不应求。为此，研发了与现有重烷基苯磺酸盐结构相近的磺酸盐表面活性剂。

笔者在小试研究的基础上[1]，以苯、C16～C19重烷/烯烃为原料，以氢氟酸为催化剂，进行烷基化中试，合成出C16～C19重烷基苯（以下简称C1619HAB）；然后以烷基苯装置副产物重烷基苯（即重烷基苯，以下简称工业HAB）、C1619HAB为原料，在磺化中试装置上进行三氧化硫磺化试验，制备出两种不同的重烷基苯磺酸盐（以下简称工业HABS、C1619HABS），并考察了上述两种样品的界面活性。

1 实验

1.1 原料

C16～C19重烷/烯烃、苯、氢氟酸、氢氧化钠均为工业级。

1.2 烷基化反应

本研究采用以氢氟酸为催化剂的烷基化工艺，其主要反应和副反应为：

① 内烯烃与苯的烷基化反应——主反应

② 生成异构（支链）烷基苯的反应——副反应

③ 生成二烷基苯的反应——副反应

④ 生成二苯烷的反应——副反应

1.3 磺化反应

图1 烷基化中试工艺流程简图

1.4 中和反应

1.5 工艺流程

1.5.1 中试装置

烷基化中试装置：47L/h，氢氟酸烷基化装置；

精馏中试装置：40L/釜，间歇精馏装置；

磺化中试装置：60kg/h，三氧化硫气体降膜式磺化装置。

1.5.2 烷基化工艺流程

烷基化工艺流程见图1。苯、重烷/烯烃和氢氟酸3种物料按操作条件经两级混合后进入烷基化反应器，烷基化产物（重烷基苯）和未反应的苯、重烷/烯烃和氢氟酸进入沉降器沉降后，油相从沉降器顶部进入碱洗塔，酸相沉降后从底部循环至工业烷基化装置经汽提后重复使用，油相经碱洗后进入中试精馏装置进行分馏。

从烷基化反应单元得到的产品为苯、烃和重烷基苯混合物，利用40L/釜间歇精馏装置进行分馏，苯返回烷基化系统循环使用，重烷基苯作为磺化中试的原料。

1.5.3 磺化工艺流程

磺化工艺流程简图如图2所示。重烷基苯经原料调整罐、计量泵定量后送至磺化器头部，磺化器头部的分配机构自行将有机物料均匀分配至各反应管，沿管内壁均匀成膜状降落，与从顶部通入的三氧化硫气体并流而下，完成磺化反应，反应热通过夹套冷却除去。从磺化器下来的气液混合物经气-液分离器进行气液分离，尾气送至尾气处理系统。磺酸从气液分离器底部输出，可直接装罐或输入中和段直接合成磺酸盐。

由两种重烷苯得到的磺酸的质量见表1。

1.6 仪器

安捷伦7890A型气相色谱仪、Excalibur HE3100型傅里叶变换红外光谱仪、Agilent 5975i GC / MSD四极杆型气相色谱/质谱联用仪和Model TX500C旋滴界面张力仪等。

2 结果与讨论

2.1 工业重烷基苯磺酸盐的界面活性

采用工业重烷基苯磺酸盐（HABS）对大庆四厂油水进行了强碱界面活性测试，对大港港西油水进行了弱碱界面活性测试，界面活性如图3、图4所示。

（-1-0指10-1～100，-2--1指10-2～10-1，-3--2指10-3～10-2，下同）图3 重烷基苯磺酸盐强碱体系界面活性图

图4 重烷基苯磺酸盐弱碱体系界面活性图

图2 磺化中试工艺流程简图

表1 磺酸产品典型样品数据

从图3、图4可以看出，工业重烷基苯磺酸盐对大庆四厂油水在表面活性剂浓度0.025%～0.2%、NaOH浓度0.2%～0.8%范围内能够达到10-3mN/m数量级的超低界面张力。对大港港西油水，在表面活性剂浓度0.025%～0.2%、Na2CO3浓度0.4%～1.2%范围内能够达到10-3mN/m数量级的超低界面张力。

2.2 C1619重烷基苯磺酸盐的界面活性

利用C1619重烷基苯磺酸盐对大庆四厂油水分别进行了强碱体系和弱碱体系界面活性测试，测试结果如图5、图6所示。

从图5、图6可以看出，本研究中试合成的C1619重烷基苯磺酸盐对大庆四厂油水在表面活性剂浓度0.05%～0.3%、NaOH浓度0.4%～1.2%范围内、Na2CO3浓度0.4%～1.2%范围内都能够达到10-3mN/m的超低界面张力，但弱碱体系效果较强碱体系稍差。

对比以上界面活性图，中试合成的C1619重烷基苯磺酸盐与工业重烷基苯磺酸盐在强碱体系中的界面活性相近。

3 结论

本研究通过烷基化中试和磺化中试合成了C1619重烷基苯磺酸盐与工业重烷基苯磺酸盐，在强碱和弱碱条件下，均可使界面张力达到10-3mN/m，说明二者界面性能相近。

图5 C1619重烷基苯磺酸盐强碱体系界面活性图

图6 C1619重烷基苯磺酸盐弱碱体系界面活性图

参考文献

[1] 曹凤英，白子武，等.驱油用烷基苯合成技术研究 [J].日用化学品科学, 2015,38(2):28-30.

[2] 郭永成，曲圣谦.烷基化装置操作规程[S].2010.

[3] 曹凤英，杨效益，张广煜.磺化中试装置操作规程[S].2012.

[4] 朱友益，沈平平，王哲，等 .ASP驱油用烷基苯磺酸盐表面活性剂的合成 [J].石油勘探与开发,2004,31( 11): 17-20.

[5] 李佩军.重烷基苯在润滑油添加剂中的应用[J].中国洗涤用品工业,2011（5）:84-88.

[6] 吕梅.重烷基苯一步法制备高碱值合成磺酸钙[J].润滑油, 2006, 21(3):25-28.

Preparation and interfacial performance of two heavy alkylbenzene sulfonates

Cao Fengying1, Li Suhong2, Zhang Guangyu1, Li Yongji1,
（1. Fushu Petrochemical Company；2. Anyang Xingya Washing Products Co.Ltd）

Abstract:Heavy alkylbenzene (C16～C19) was synthesized using benzene and the mixture of alkenes and olefins (C16～C19). Hydrofluoric acid was used to catalyze the alkylation reaction in the pilot plant. Two kinds of heavy alkylbenzene sulfonates were obtained by the sulfonation of C16～C19heavy alkylbenzene (C1619HAB) and industrial heavy alkylbenzene (HAB), respectively. Interfacial tension measurements show that these heavy alkylbenzene sulfonates possess the similar interfacial properties.

Keywords:heavy alkylbenzene；alkylation；sulfonation；tertiary oil recovery；interfacial activity

作者简介：曹凤英女士，高工，主要从事驱油用表面活性剂及原料的研究工作。联系方式：13081320246。

中图分类号：TQ649.4

文献标识码：A

文章编号：1672-2701（2016）04-44-04