超重力反应器内驱油用石油磺酸盐表面活性剂的合成研究
石油磺酸盐作为油田化学驱油用阴离子表面活性剂的一种,因其生产成本低、与油藏配伍性好、界面活性高等特点,在诸多驱油助剂中占有重要一席。石油磺酸盐一般经由(石油馏分与磺化剂)磺化反应而得到。已有的磺化反应器主要包括搅拌釜式、降膜式、喷射式三种,而能够应用于石油磺酸盐的合成并成功实现工业规模生产的只有釜式一种。<br>   由于釜式反应器固有的一些不足,如停留时间长、传质混合效率低导致的总体反应效率不高等,现有石油磺酸盐产品中的有效物质即活性物含量并不高,产品质量和生产效率还有待进一步提升。由于磺化反应是快速强放热反应,必须使...
石油磺酸盐作为油田化学驱油用阴离子表面活性剂的一种,因其生产成本低、与油藏配伍性好、界面活性高等特点,在诸多驱油助剂中占有重要一席。石油磺酸盐一般经由(石油馏分与磺化剂)磺化反应而得到。已有的磺化反应器主要包括搅拌釜式、降膜式、喷射式三种,而能够应用于石油磺酸盐的合成并成功实现工业规模生产的只有釜式一种。
   由于釜式反应器固有的一些不足,如停留时间长、传质混合效率低导致的总体反应效率不高等,现有石油磺酸盐产品中的有效物质即活性物含量并不高,产品质量和生产效率还有待进一步提升。由于磺化反应是快速强放热反应,必须使反应物在反应器内瞬间达到均匀混合,才能避免反应器内物料浓度和温度的非均匀性,避免磺化副产物的产生。
   本论文研究工作,将超重力反应器(旋转填充床)应用于制备石油磺酸盐的磺化反应过程,适应快速反应、均匀混合的要求,开发了高效的超重力磺化反应技术,克服了现有磺化技术中存在问题,最终提高了产品质量和生产效率。针对胜利油田石油馏分的性质,采用发烟硫酸、液态三氧化硫、气态三氧化硫三种磺化剂和液-液、气-液两种磺化方式,进行了石油磺酸盐的合成研究实验。基于以上研究成果,参与完成了(1000吨/年)超重力反应强化工程化技术-石油磺酸盐工业示范线的设计计算和建设,在胜利油田源润化工有限公司顺利完成了开车和工业实验,产品各项性能优异。根据对气-液磺化过程的理解和掌握,提出了将超重力反应器应用于日用洗涤剂(直连烷基苯磺酸)的合成生产中的设想,并进行了有益尝试和探索性实验,验证了其工艺的可行性。以实验数据和前人的研究为依据,本论文在最后对成功实现工业化的超重力液-液磺化反应过程进行了模型化研究,建立了反应与混合协同进行的数学模型,确立了各模型参数,模拟结果与实验结果能够较好吻合,该研究工作为超重力反应器内液-液磺化反应过程提供了理论支持,丰富了超重力反应强化理论。
   本论文主要创新工作如下:
   1、本论文关于超重力反应器内驱油用石油磺酸盐表面活性剂的合成研究中,磺化剂的使用涵盖了目前应用最为广泛的三种,即发烟硫酸、(稀释的)液态三氧化硫、(稀释的)气态三氧化硫,针对同一种原料油(胜利油田常减压二线馏分油)第一次较为系统地考察了不同磺化剂在相同反应条件下及相同磺化剂在不同反应条件下,对石油磺酸盐产品活性物含量、未磺化油含量等关键指标的影响,并给出了各最优反应条件和操作参数。
   通过实践积累,参考国内外文献资料,完善了现有的以两相滴定法为核心的石油磺酸盐产品测试标准,提高了产品分析的准确性和效率。
   2、基于所使用的三种磺化剂的不同相态(包括液态和气态两种)和磺化反应本身的特殊性,分别设计、搭建了超重力液-液和气-液两套磺化反应中试装置,并在实验研究中对装置不断改进和完善。通过实验考察了各工艺条件,如流量、气液比、转速、循环比等对石油磺酸盐产品活性物含量、未磺化油含量等关键指标的影响,并分别给出了两种磺化工艺的最优操作参数。超重力液-液和气-液磺化法所制备出的驱油用石油磺酸盐表面活性剂的质量均达到或超过胜利油田现有产品。
   根据超重力气-液磺化的实验现象和结果,提出了将超重力反应器应用于日用洗涤剂的合成生产中的设想,并进行了有益尝试和探索性实验,成功制备出直连烷基苯磺酸,验证了该设想和工艺的可行性。
   3、参与完成了(1000吨/年)超重力反应强化工程化技术-石油磺酸盐工业示范线的设计计算,包括流程设计、设备选型、工艺参数计算等,在胜利油田源润化工有限公司顺利完成了开车和工业实验。重点考察了温度、时间、流量、反应物配比、转速、循环比等对石油磺酸盐产品活性物含量、未磺化油含量、油水界面张力等关键指标的影响,确定了工业化生产的最优条件。将超重力液-液磺化工艺与现有搅拌釜式工艺技术相比较,产品活性物含量明显提高,未磺化油含量明显降低,其降低油水界面张力的能力明显提高,能耗(主要包括流体输送和制冷两部分)明显降低。
   4、基于前人对微观混合的研究成果,本论文以超重力液-液磺化反应过程为基础,根据超重力反应器内液体流动情况和反应与混合协同作用机理,将描述液-液微观混合状态的聚并-分散模型应用于驱油用石油磺酸盐表面活性剂的合成过程中,并根据文献和实验对模型中的参数进行了估算。模拟结果与实验结果能够较好吻合。
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作者: 张迪
学科专业: 化学工程
授予学位: 博士
学位授予单位: 北京化工大学
导师姓名: 陈建峰
学位年度: 2010
语 种: chi
分类号: TE357.46 TQ247.51
在线出版日期: 2010年8月30日