芳烃抽提中环丁砜的劣化及影响

2021-01-09郑睿中海石油宁波大榭石化有限公司浙江宁波315812

化工管理 2021年20期

郑睿(中海石油宁波大榭石化有限公司，浙江宁波 315812)

0 引言

虽然，环丁砜是芳烃抽提工艺中的理想溶剂，但其劣化腐蚀问题却不容忽视。环丁砜的性能稳定性，将会深刻影响芳烃抽提装置的运行安全，更会对芳烃抽提有效性造成影响。为此，相关工作人员需要不断改进石油化工领域的芳烃抽提工艺，着力提高环丁砜的使用安全性，为有效缓解和控制环丁砜劣化做好充足准备。

1 芳烃抽提与环丁砜概述

芳烃抽提即芳烃萃取，是一种基于萃取剂实现芳烃分离的液-液萃取过程，烃类混合物是芳烃抽提的原料。这一反应主要被应用在催化重整和轻质芳烃回收当中。目前，芳烃抽提的工业方法主要分为抽提蒸馏法、吸附分离法和溶剂液-液抽提法三种类型，在芳烃抽提过程中萃取剂的选用合理性将会直接影响萃取成效。在实践中，最为常见也最具实用性的芳烃抽提溶剂就是环丁砜，从上世纪六十年代开始，这种物质就已经作为抽提溶剂应用于芳烃抽提中。环丁砜是一种可溶于水的无色澄清液体，其化学式为C4H8O2S，属于非质子极性溶剂，几乎能与所有有机溶剂混溶。这种物质具有良好的热稳定性和pH值稳定性，能与氯反应也能与钴和硼的化合物形成络合物。作为芳烃抽提溶剂，环丁砜表现出了选择性好、稳定性高、溶解能力强和沸点高、便于贮运的优势[1]。

2 芳烃抽提中的环丁砜劣化分析

对于芳烃抽提工艺而言，环丁砜无疑是理想溶剂，但在工业生产过程中环丁砜劣化腐蚀问题却极难规避，而引起环丁砜劣化的原因如下。

2.1 受热分解

虽然，环丁砜的沸点和稳定性都相对较高，但这并不代表它不会受热分解。在真空环境或正常操作之下，环丁砜的分解速率极慢且几乎不会对碳钢造成腐蚀，但当温度高于180 ℃时，会导致该物质分解速率加快，若温度超过230 ℃则环丁砜会出现非常明显的受热分解情况。从中不难看出，操作环境温度与环丁砜分解速率成正比。当环丁砜受热分解时，会产生二氧化硫，该物质与水、游离氧反应后可形成硫酸，进而腐蚀设备；硫酸还能造成芳烃抽提系统整体的pH值下降，将加速环丁砜劣化。

2.2 氧化分解

氧化分解也是环丁砜劣化的主要原因之一，氧气是造成环丁砜稳定性和实用性下降的“元凶”。通常来说，造成芳烃抽提中环丁砜劣化的氧气主要来自原料溶解氧、水中游离氧和真空系统泄漏氧，它们能够与环丁砜之间发生氧化反应推动该物质的氧化分解。基于氧化分解，同样可以形成二氧化硫，还可形成丁烯醛。在芳烃抽提过程中，环丁砜氧化分解后生成的二氧化硫可继续与游离氧、水分子发生反应，最终形成硫酸加速环丁砜劣化并腐蚀设备；而环丁砜氧化分解出的丁烯醛则会在遇氧反应后形成羟酸，造成设备腐蚀，更会形成聚合垢造成管线阻塞。在系统运行过程中，含氧量越高，越容易引发化学反应、增加酸性物质含量，所以含氧量与腐蚀程度呈正比关系。

2.3 水解反应

水解同样是造成环丁砜劣化的主要原因物质虽然可溶于水，但当水含量超标时，会造成环丁砜凝点下降，更会影响环丁砜的热稳定性和pH值。基于水解反应，可借由环丁砜生成硫磺，它将对溶剂的pH值造成影响，更能与单乙醇胺反应形成硫酸盐造成设备腐蚀和堵塞。在实际应用过程中，芳烃抽提装置中的溶剂含水量越高，越容易造成环丁砜水解，其劣化风险和腐蚀力就越强。

2.4 氯离子与环丁烯砜干扰

在芳烃抽提系统当中，氯离子也会对环丁砜造成干扰。在系统当中，若出现循环水冷却器泄漏，则循环水药剂当中可能会夹带氯离子，当它们与环丁砜发生反应后会产生酸性介质。这种物质在高温下易与锈渣、烯烃产生反应，将形成聚合物堵塞设备管线，更会导致腐蚀，将进一步加剧环丁砜劣化。在工业生产当中，环丁烯砜也是芳烃抽提中环丁砜劣化的主要干扰因素，环丁烯砜是生产环丁砜的原料，若原料质量不佳或工艺流程不正确，就会导致环丁砜性能和稳定性下降，那么出现劣化的几率也就会随之升高。在实践中，环丁烯砜极容易受高温影响，当反应温度大于180 ℃时，该物质容易出现氧化分解、水解等情况，将产生酸并催化环丁砜水解，使环丁砜劣化程度提升。在芳烃抽提过程中，环丁砜中反应不完全的环丁烯砜含量越高，越容易导致系统酸性加强，引发和加剧环丁砜劣化的概率也会因此而提高。

3 环丁砜劣化带来的影响

在化工生产领域，尤其是芳烃抽提过程中，环丁砜发挥着至关重要的作用。当环丁砜在芳烃抽提装置当中出现劣化情况时，会影响芳烃抽提流程的正常推进，更会对抽提质量、效率与安全造成影响。为此，本文对芳烃抽提中环丁砜劣化的造成的影响进行了简要分析。

3.1 影响芳烃抽提效果

对于芳烃抽提而言，最为常见的抽提方法是溶剂液-液抽提法，所以在芳烃抽提过程中溶剂的实用性将会直接影响抽提质量。选取芳烃抽提溶剂时，最为基础的条件有三：其一是芳烃溶解力高；其二是芳烃选择性高；其三是溶剂与原料烃密度差异大。在此基础上，芳烃抽提溶剂还应该具备不易乳化、不易发泡，溶剂与抽出物沸点差异大，化学稳定性好且比热容小，凝点、黏度、易燃性、价格相对较低等特点。环丁砜具备以上所有条件，所以它是芳烃抽提的理想溶剂，但当其出现劣化后将不再是理想溶剂，使用效果也将大打折扣，最直接的影响就是芳烃抽提效果下降。在实践中，若出现了环丁砜劣化问题，则芳烃与非芳烃之间的分离有效性会受到影响，萃取分离结果难以满足产品合格标准，并且芳烃收率会大幅下降，最终影响化工生产的整体质量和效率[2]。

3.2 导致管线与设备堵塞

造成芳烃抽提中环丁砜劣化的原因十分多样，劣化后可出现腐蚀与堵塞问题。在环丁砜劣化后，可与多种物质反应形成大量高度粘稠的降解物，它们会夹带大量锈渣，并沉积在芳烃抽提装置中，久而久之会引发设备或管线堵塞，芳烃抽提环节的分离效果和加热效果都会受到干扰。

以基于溶剂液-液抽提工艺为例，在使用该工艺时芳烃抽提环节所用抽提塔属于筛板塔，塔盘具有较高的开孔率且筛孔直径相对较小，当系统中的环丁砜出现劣化后，聚合物与锈渣就容易附着在塔盘之上，导致筛孔被堵塞。在此情况下，环丁砜液通过筛孔的阻力会变大，液滴量变小；若上升抽余油流速大，则环丁砜难以全部淋降到下层塔盘，十分容易引发环丁砜浪费问题。而且，环丁砜难以通过筛孔，还会导致其与进料无法充分接触，容易引发物料组成分布不均问题，会造成汽提塔闪蒸、产品质量不均衡等问题。在实际作业环节，环丁砜劣化后的聚合物也会造成汽提塔塔底再沸器堵塞和溶剂换热器堵塞，将会导致系统功能下降，最终影响生产质量。

3.3 腐蚀设备与管线

芳烃抽提中环丁砜劣化后，会出现大量的酸性物质，它们在堆积或流动的过程中会对芳烃抽提装置造成腐蚀，容易导致管线损毁或设备故障。而且，出现环丁砜劣化以后，芳烃抽提装置的酸碱平衡会被破坏，pH值快速下降后，可进一步催化环丁砜劣化，更会让酸性物质对管线以及设备的腐蚀能力加剧，长此以往必然会影响芳烃抽提效果，让生产安全性、稳定性和高效性受阻[3]。在实际作业环节，因环丁砜劣化引发的装置腐蚀泄漏或管线腐蚀损坏问题比比皆是，装置穿孔、腐蚀减薄、泄漏裂缝等情况都是最为常见的腐蚀问题。

4 芳烃抽提中环丁砜劣化的缓解措施

环丁砜劣化为芳烃抽提带来的影响都是负面的，而且这些不良影响的后果极为严重，必须得到相关工作人员的高度重视。在这种情况之下，化工生产者应该积极寻找缓解、改善和控制芳烃抽提中环丁砜劣化的方法，从而为提高芳烃抽提质效奠定基础。在此环节，相关工作人员应该着眼于影响芳烃抽提中环丁砜劣化的多种因素，以降低各因素影响力目标提出针对性解决措施。

第一，控制温度。高温分解是造成环丁砜劣化的重要原因，所以缓解环丁砜劣化时要从温度调控的角度出发。在此环节，相关工作人员应该尽量避免局部过度高温引发的环丁砜劣化问题，更需要对温度控制体系进行系统优化，严格设置温控标准和系统运行参数。

第二，隔绝氧气。游离氧与溶解氧与环丁砜之间的反应，也会引发环丁砜劣化，所以有效隔绝氧气、避免氧化反应是缓解环丁砜劣化的可行性办法。在此环节，相关工作人员可以通过系统改造或强化控制等方式有效隔绝氧气。比如，改造芳烃抽提装置结构，提高整体气密性；提高真空环境检验严谨性，确保真空系统运行良好；建立定期化循环冷却水器查漏机制和原料储罐氮封检查机制，为隔绝氧气做好准备。

最后，改造溶剂再生塔。为避免或延缓芳烃抽提中环丁砜劣化，需提升环丁砜溶剂品质，更应该去除反应过程中的降解产物。在芳烃抽提过程中，这些工作都需要依靠溶剂再生塔来完成，所以提高溶剂再生塔实用性至关重要。为此，相关工作人员应该以提高性能为目标，对溶剂再生塔进行改造。比如，增加溶剂再生塔的排放频次，提高塔内部件与塔壁清洗检查标准，定期开展溶剂再生塔修复与内件更换等。