超重力气相磺化法制备石油磺酸盐工艺研究

摘要

石油磺酸盐属于一种阴离子表面活性剂，因其生产成本低，表面活性高，驱油能力强，因此广泛应用于三次采油过程。现阶段石油磺酸盐制备技术主要有液相磺化和气相磺化，其中气相磺化由于不使用有机溶剂，无废酸产生，已经逐渐成为主流的磺化技术。但传统气相磺化反应器为降膜式反应器，存在相间传质、混合效果差、体系粘度变化大，导致相间传质、混合效果与磺化反应速率不匹配。鉴于超重力反应器在强化传质和混合方面的优势，本课题提出采用超重力反应器强化气相磺化过程，调控传质、混合与反应速率相匹配，以解决传统气相磺化过程过磺化、结焦、连续生产困难等问题。主要研究内容和结论如下:
　　1)超重力气-液磺化制备石油磺酸盐工艺研究。搭建SO3气体发生装置以及超重力气相磺化装置;考察了各操作参数:如超重力反应器转速(N)、液相进料速度(Q)、反应温度（T）、SO3浓度(ζ)、老化时间(t)等对气相磺化效果的影响规律。获得较优工艺条件为:N=1800rpm，Q=60mL·min-1，T=60℃，ζ=4.0v％，t=60min。在此条件下，石油磺酸盐产品活性物含量为43.5％，未磺化油含量为47.3％，产品指标优于工业产品。
　　2)中和工艺初步优化研究。考察中和工艺参数:中和剂种类、中和温度(T')、搅拌转速(N')、碱液浓度(c)对活性物含量的影响规律，获得了较优中和工艺条件:T'=60℃，N'=1000rpm，c=40w％。此外，对比了氨水和NaOH溶液的中和效果，结果表明中和剂种类(氨水和NaOH)对产品活性物含量影响较小，两者都适用于该中和过程。
　　3)原料油与产品组分分析。对原料油、磺化粗产品进行组成分析，得到了相对原子质量分布图，所含杂原子化合物种类，碳数分布和等价双键数(DBE)关系图。结果表明石油磺酸盐活性物主要以含杂原子化合物O3S1为主，其DBE≥4组份丰度较高，对应结构通常是烷基苯、烷基萘磺酸盐，在未磺化油中DBE=4，DBE=5的化合物含量较高。结果表明绝大部分高不饱和芳烃已经被磺化，说明不饱和度越高的烃类越容易被磺化，因此未磺化油组成中大部分为饱和度不高的环烷烃。
　　通过研究磺化工艺、中和工艺以及原料油与产品组分分析，获得了磺化和中和工艺的较优工艺条件，以及原料油与磺化产品组分信息，为工艺放大和原料调配提供基础参数和指导。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 文献综述

1．1 石油磺酸盐概述

1．1．1 石油磺酸盐发展概况

1．1．2 石油磺酸盐的性能及应用

1．1．3 石油磺酸盐组分分析方法

1．2 石油磺酸盐合成概述

1．2．1 磺化反应简介

1．2．2 石油磺酸盐合成工艺

1．2．3 磺化反应器简介

1．3 超重力技术在磺化领域的应用

1．3．1 超重力技术简介

1．3．2 超重力反应器简介

1．3．3 超重力反应器内单组分磺化

1．3．4 超重力反应器内多组分磺化

1．4 本论文研究目的和意义

1．5 本论文研究内容及创新点

1．5．1 主要研究内容

1．5．2 本文主要创新点

第二章 实验部分

2．1 引言

2．2 实验仪器与原料

2．3 实验装置与流程

2．3．1 超重力气-液磺化工艺流程

2．3．2 工艺干空气制备

2．3．3 气体SO3制备

2．3．4 超重力磺化设备

2．3．5 尾气吸收装置

2．4 实验操作步骤

2．5 分析检测方法

2．5．1 SO3浓度分析

2．5．2 原料油分析

2．5．3 石油磺酸盐组分含量分析

2．5．4 石油磺酸盐组分结构分析

3．1 引言

3．2 实验结果与讨论

3．2．2 SO3浓度的影响

3．2．3 转速的影响

3．2．4 反应温度的影响

3．2．5 老化时间的影响

3．2．6 进料速度的影响

3．3 本章小结

4．1 引言

4．2 中和过程机理

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 中和温度的影响

4．4．2 搅拌转速的影响

4．4．3 碱液浓度的影响

4．4．4 氨水与NaOH溶液对比结果

4．4 本章小结

第五章 石油磺酸盐组成分析

5．1 引言

5．2 实验结果与讨论

5．2．1 原料油馏程分析

5．2．2 原料油相对分子量分布范围

5．2．3 活性物分析

5．2．4 未磺化油分析

5．3 本章小结

第六章 结论与建议

6．1 结论

6．2 建议

参考文献

致谢

攻读学位期间的学术成果

作者与导师简介