磺化技术在油田化工中的应用策略

2023-01-03唐岱

化工设计通讯 2022年3期

唐岱

（大庆油田化工有限公司东昊分公司表活剂厂，黑龙江大庆 163000）

对于进入三次采油阶段的油田而言，三元复合驱已经成了一种主要的技术形式，通过该技术的应用，可实现油田可采储能的进一步增加，以此来有效提升油田采收率，让三次采油量处在一个相对稳定的水平上。但是在以往，三元复合驱技术所应用到的表面活性剂都需要从国外进口，这样的情况使得该技术在我国的应用成本非常高。为有效解决这一问题，磺化技术开始被应用到了油田表面活性剂的工业生产中，并收获了良好的应用成效。

1 项目概况及主要建设内容

1.1 项目概况

某油田化工企业的重烷基苯硫项目总建设规模是6万t/a重烷基苯磺酸盐。该项目的总占地面积是48 330m2，总建设面积是13 245.6m2。在该项目中，主要的有机物原材料是重烷基苯，它是我国烷基苯生产中所形成的副产物，在通过三氧化硫对其进行磺化处理之后，其产品可在油田三元复合驱中用作表面活性剂，以此来确保油田开采产量的稳定性。具体生产中，主要借助于我国先进的膜式磺化技术，通过磺化、中和、复配以及均化等的一体化生产模式来进行三氧化硫与重烷基苯的处理，以此来实现油田表面活性剂的形成。本文主要对其中的磺化技术应用策略进行分析。

1.2 主要建设内容

在该工程项目的具体建设中，其主要的建设内容包括以下几个方面：第一是生产装置，主要有重烷基苯磺酸盐车间及其调配车间。在磺酸盐车间中，主要的装置有两类，一是磺化装置，其中主要包括熔硫装置、空气干燥装置、三氧化硫储存装置、三氧化硫磺化装置、三氧化硫吸收装置、热水制备装置以及尾气净化装置等；二是中和复配装置，其中主要包括原料计量装置、三氧化硫磺酸均化装置和中和复配装置等。三氧化硫调配车间中的主要装置包括成品均化装置以及成品装车装置等。

第二是辅助生产设施，其中主要包括地磅房、货车卸料泵房、液体原材料泵房以及液体原材料灌区。

第三是公用工程设施，其中主要包括传达室、货运大门、消防水系统、厂区综合管线系统、污水和雨水泵站、空压站、热交换站、冷却循环水站以及中心变配电所。

2 磺化技术在油田化工中的主要设计特征

2.1 前瞻性

在该油田化工项目设计中，磺化技术的应用具有良好的前瞻性特征。第一，该工程布局设计十分合理，具有顺畅的工艺流程和清晰的路网结构，不仅实现了人货分流，且各项功能分区都实现了良好布置，具有良好的安全性与实用性。第二，该项目应用了十分先进的工艺技术和设备，可对仪表与工程材料进行合理控制，不仅操作十分可靠，且具有良好的经济性。第三，在该项目的设计与建设中，始终对实事求是这一原则加以严格遵守，尽最大限度节约该项目的占地面积，对现有的工艺设备与共用设施潜力进行充分挖掘，在确保项目可行性及其可发展性的同时实现项目资金的进一步节约。第四，该项目在职业安全卫生、消防以及环境保护方面都具有明显优势，且能够保障设计、施工以及生产的同时进行，生产中形成的废水、废料、废气均与国家和地方的排放标准相符合。第五，在确保生产技术与装置安全可靠的基础上，该项目中的绝大部分设备均为国产设备，且生产材料也是国产材料，并根据三氧化硫磺酸盐的具体特征进行了相应装置的改良设计。第六，在满足目前生产、应用和安全需求的基础上，该项目在总体设计中也为后续的发展预留了充分余地。第七，该项目将亚洲最大的一个烷基苯生产基地作为原材料依托，其供应量和原材料质量都具有良好保障[1]。

2.2 经济性

在该油田化工项目设计中，磺化技术的应用也具有良好的经济性特征。①膜式磺化技术是当今世界最为广泛应用的一种形式，该技术不仅具有成熟的工艺，且应用成本也十分合理。②该项目中的油田驱油剂生产规模足够大，且在人员、能耗和投资等方面都十分节约，具有良好的规模效益。③该项目的厂区总布局十分紧凑合理，具有明确的分区，能做到人货分流，加之其运输道路短捷畅通，原材料和成品的运输都足够安全便利。④在该项目中，主要的生产线都布置在一个厂房里，不仅便于操作与管理，且在占地面积和操作人员方面也都实现了进一步节约。⑤该项目的技术与装备都十分可靠，所有关键的技术设备都是国产，不需要消耗外汇资金，这样便可使其建设资金实现大幅度节约。

2.3 创新性

在该油田化工项目设计中，磺化技术应用的创新性也良好。①通过磺化装置的应用，可将三废治理和生产流程有机结合，磺化反应器内的磺化为其在通过碱洗塔以及静电除雾器之后便可达到良好的二级处理效果。②在该项目的最终产品均化罐中，首次将侧入形式的搅拌器加以应用，这样便可实现均化罐容积的进一步扩大，并实现其均化效率的显著提升。③对于三氧化硫气体收集罐，本次将其设计成一种新型的不锈钢鼓泡式收集反应器，其顶部配备了可以让三氧化硫气体在液体中均匀分布的喷嘴，并进行了循环-混合-冷却回路配备。④在重要装置中进行了火灾警报系统、二氧化硫检测报警系统以及安全监控系统等的各项防护设施设置，这些安全防御系统均通过PLC进行自动化控制，可有效确保整体项目生产的安全性[2]。

3 磺化技术在油田化工中的具体应用分析

3.1 三氧化硫和空气混合气体的制备

在通过本次项目进行三氧化硫液体的磺化过程中，首先将来自硫酸生产厂的三氧化硫液体经管道泵输送到该项目中的三氧化硫储存装置A中，然后再通过压力或者输送泵将其输送到三氧化硫液体储存装置B中，并通过氮气使储存装置B保持在一定的压力条件下。每个磺化生产线都分别通过质量流量计以及调节阀控制回路来进行三氧化硫液体的输送，使其定量、准确地被输送到三氧化硫气化混合器的上部。来自硫酸厂的硫酸生产尾气会通过尾气输送管路被输送到该装置的罗茨风机入口位置，在被风机加压之后，这些尾气会进入装置中的管式换热器里，再通过蒸汽对其进行加热处理，待其温度达到120~150℃时再将其输入三氧化硫蒸发混合器的下部，和三氧化硫液体逆流相遇，进而使三氧化硫液体被加热，最终蒸发为气体，同时也将使其浓度得到一定程度的稀释。具体加热过程中，装置内的空气浓度主要通过变频调节风机的转速以及孔板流量计的计量来进行合理控制[3]。此时的三氧化硫气体将会从另一套管式换热器中经过，在此过程中，可通过冷水或者是空气使其冷却到50~60℃；然后再让冷却之后的三氧化硫气体从一个超细的玻璃棉过滤器中通过，这样便可将其中夹杂的发烟硫酸或者是硫酸雾滴去除，达到良好的磺化应用效果。

3.2 三氧化硫的磺化或硫酸化反应

在有机原料进入三氧化硫磺化装置之后，借助于进料泵所自带的变频调节系统，可将其输送到系统中的稳压罐内，再借助于质量流量计控制回路以及调节阀来进行三氧化硫气体的准确计量和分配，进而使其准确分配到每个硫化器上部设置的进料分配部分。在多管降膜形式的硫化器上部管中，浓度一定的三氧化硫与空气混合气体将会在和有机物料相遇之后继续顺流而下，然后生磺化反应或者是硫酸化反应。在反应过程中，将会伴随着大量的热量释放，而借助于该装置反应器中所配置的夹套循环冷水，便可有效地将这些热量去除。参与反应的气体和液体混合物会在装置的底部进行分离，已经完成反应的部分会进入气液分离器内。对于磺化反应或者是硫酸化反应所获得的产物，将会借助于磺酸输送泵将其输送到老化器中，或者是直接输送到中和系统中。对于反应过程中所产生的尾气，将会借助于分离器将其中的硫酸雾滴去除，并通过静电除雾器进行进一步的处理。

3.3 中和系统的应用

在本次项目中，共设置了两套中和系统，这两套系统所应用的都是连续泵式中和技术路线，其循环回路为主浴形式，主要的组成部分包括中和冷却器、循环泵、中和混采泵等。具体应用中，借助于各自的剂量与控制系统，将硫酸或者是硫酸酯、工艺水以及碱液输送到混合泵入口位置，再借助于高速混合循环泵在大量回流条件下实现中和反应。在中和反应中，也会伴随着大量的热量产生，而这些热量则可以借助于冷却器内的循环冷却水来去除。同时，在该项目中，中和系统循环回路上也进行了pH控制系统的设置，具体反应中，该系统可实时进行pH测量，并根据实际情况来进行碱的自动添加，同时也可以通过手动的方式来增加碱量。通过这样的方式，便可让中和产品具有稳定的酸碱度。另外，在该系统中，也进行了稳定剂溶液配制罐的设置，溶液可借助于计量泵被注入中和系统中，或者是注入产品调节系统中。在加入漂白剂溶液的过程中，需将不同产品的不同要求作为依据，借助于计量泵将漂白剂溶液输入其中。

3.4 α-烯基硫酸盐（AOS）水解单元的应用

在大型的磺化装置中，α-烯基硫酸盐水解单元是α-烯基硫酸盐生产中的一项专用设备。本次项目中，α-烯基硫酸盐水解单元的主要组成部分包括两个水解老化罐、一个冷却器、一个加热器和一个α-烯基硫酸盐换热器。因为α-烯基硫酸盐中的磺内酯在中和时仅能够实现部分分解，它需要借助于一定的压力和温度作用，且需经过一定的时间才可以被破坏，所以，为达到这一目标，本次项目中，特在α-烯基硫酸盐水解单元内进行了压力控制系统以及蒸汽加热控制系统的设置。这两套系统都是通过PLC来进行自动化控制，具体应用中，可借助于各种的传感器来实现压力与温度等参数的获取，再由PLC控制系统根据实际的压力与温度情况对其压力、温度及其施加的时间进行自动调整与控制。通过这样的方式，便可让α-烯基硫酸盐中的磺内酯得以有效分解，以此来提升其磺化效果。

3.5 磺化尾气处理系统与硫酸循环吸收系统的应用

在本次项目中，两套磺化系统中所产生的磺化分离尾气都会进入一个大型静电除雾器里，将其中的有机雾滴去除。因为该项目中所应用的磺化剂是液体三氧化硫，所以该系统中所含有的二氧化硫非常少，并不需要应用到碱液循环吸收系统来进行二氧化硫处理。为确保开车升温、停车以及紧急处理效果，本次项目中，特在该系统内进行了硫酸循环吸收系统的配置。该系统中的装置和普通三氧化硫磺化处理装置基本相同，但是需要增加一个产品均化与循环系统，以此来实现磺化尾气的良好处理。

4 磺化技术在油田化项目应用中的注意事项

4.1 做好三氧化硫液体的储存和运输管理

三氧化硫液体为油状，无色透明，具有强烈的刺激性臭味。在常温条件下（25℃），其密度是1.9g/cm3，在常压条件下（101.3kPa），其沸点是44.8℃。同时，三氧化硫液体也具有非常强的氧化性以及腐蚀性特征，所以在具体的储存、运输以及使用过程中，油田化工企业与相关工作人员都应该做好相应的保护工作，防止三氧化硫液体泄漏。因本次项目主要通过运输管路来进行三氧化硫液体的运输，所以在具体运输中，油田化工企业一定要做好管路的防泄漏处理，以此来确保其运输效果；加之该项目所在地与硫酸厂距离比较近，所以不需要过多进行三氧化硫液体的储存。

4.2 做好三氧化硫液体定量输送控制

在通过磺化装置与磺化技术进行三氧化硫磺化处理的过程中，一项关键内容就是对三氧化硫以及被磺化有机物(重烷基苯）之间的摩尔比加以严格控制。基于此，在本次项目中，特将具有足够高精密度的质量流量计应用到磺化装置中。在对三氧化硫液体进行定量运输的过程中，借助于气动薄膜调节阀，可进行输送压力的合理调节，以此来达到定量输送效果。经本次项目的实践应用发现，这种定量输送方法具有很好的应用效果。

4.3 做好三氧化硫气体浓度及其温度控制

在通过三氧化硫进行重烷基苯有机物的磺化处理过程中，三氧化硫气体的浓度会在不同环节中有所差异，通常情况下，其浓度需要控制在2.5%~7%；同时，不同的产品对于三氧化硫气体的浓度要求及其温度要求也会有所不同。基于此，在本次项目中，考虑到以上的这些要求，特将三氧化硫冷却器以及空气稀释管路配置在了磺化装置中。通过这样的方式，便可让三氧化硫气体的浓度及其温度实现任意调控。另外，由于该装置需要将硫酸生产过程中所产生的尾气用作三氧化硫稀释气体，但是其尾气中具有较高的水分含量，在对三氧化硫气体进行稀释时可能会有很多硫酸雾滴形成，进而对磺化效果造成不良影响。为有效解决这一问题，本次项目中，特将一种超细纤维形式的高效玻璃棉过滤器应用其中，以此来实现除雾效率的良好保障，尽最大限度确保磺化效果。