摘要：随着我国石油炼制水平不断提高，为应对日益严格的汽油标准要求，生产更清洁的汽油燃料，烷基化工艺成为当前研究的热点。而固体酸烷基化技术与传统的液体酸烷基化技术相比，具有环境友好、综合运行成本低、商业竞争能力强等特点，成为各国研究开发的关注点。现阶段，我国环保要求进一步提高，现代石油产业中所应用的固体酸烷基化得到了前所未有的发展，本文主要就固体酸烷基化的发展状况进行分析，望对我国未来固体酸烷基化的应用与发展提供相应借鉴。
关键词：固体酸烷基化 发展现状 分析研究
烷基化油是在强酸催化剂的作用下，由异丁烷润轻烯烃（丙烯、丁烯和戊烯）反应生成的。烷基化油有低的雷德蒸汽压和高的辛烷值，不含苯和芳烃，且硫含量极低，因此烷基化油是理想的清洁汽油调和组分。目前世界上的烷基化工艺主要是采用氢氟酸和硫酸作催化剂的液体烷基化工艺。尽管这两种工艺都生产环境友好的汽油调和组分，但是，因为这些强酸本身具有腐蚀性和毒性，这两种工艺都会对环境造成严重的危害。因此，在固体酸烷基化工艺开发过程中，需要考虑催化剂寿命、活性和再生问题、烯烃转化和产品性质等主要问题。为了应对日益严格的汽油标准要求，生产更清洁的汽油燃料，应当对固体酸烷基化技术进行深入研究，努力找到更环境友好的、有商业竞争能力的烷基化催化剂和工艺。
1 固体酸烷基化的发展现状分析
异构烷烃与低分子烯烃的烷基化反应是在强酸性催化剂存在下，使异构烷烃与一种或多种烯烃反应生成烷基化汽油。烷基化工艺按照催化剂的物理状态分为液体酸烷基化工艺和固体酸烷基化工艺主要由两种，其中，液体酸烷基化工艺分氢氟酸法和硫酸法，由于安全性及对环境的危害性等原因，液体酸烷基化工艺的推广使用受到极大限制。氢氟酸烷基化工艺对操作人员和环境的危害严重，世界各国曾打算关停该工艺装置，硫酸烷基化工艺严重腐蚀设备，耗酸量大，且产生大量难处理的酸渣污染环境。固定床固体酸烷基化工艺可连续操作，不会因为催化剂的再生而使生产间断。该工艺采用段塞循环反应器系统，将液体酸催化剂吸附在固态载体上，取消了搅拌，采用低温操作或是高温操作，则需在产品质量和致冷费用之间进行平衡；该工艺可生产高质量的汽油调合组分，不会产生挥发性的副产品。该工艺的缺点是催化剂 价格远比硫酸价格高，而且催化剂失活快，需要不断进行再生，反应器系统大而复杂，因而与现有液体酸烷基化工艺相 比缺乏竞争性。与传统的烷 基化工艺相比，该工艺彻底根除了液体酸的各种操作、运输及泄漏所带来的危害，投资节省且装置操作费用低。该工艺的主要技术特点是采用多相固体催化剂系统；反应器设计简洁确保装置平稳操作；催化剂连续再生装置在线操作效率高；碳钢就可以满足反应器材质的需要；良好的产品收率及辛烷值高。尽管还有其他几种半工业化的固体酸烷基化工艺各有自己的特点，但要实现工业化都存在一定的难度。目前，科研人员正积极研制开发清洁、安全的固体酸烷基化工艺。近年来，固体酸催化剂的研究取得了重大进展，各种类型的固体酸催化剂不断涌现，但这些催化剂普遍存在初活性好和容易失活的缺点。所以，维持固体酸催化剂的活性寿命，保持其较高的烷基化活性和选择性成为固体酸烷基化工艺需要解决的首要问题。为此，科研人员一方面不断改进催化剂性能，另一方面设计了多种烷基化反应器及工艺使固体酸催化剂进行反应后立即进行再生，从而维持其连续活性，保证烷基化反应的连续进行。
2 FBA工艺技术分析
FBA技术属于“固液”两相酸催化的范围，它将液态超强酸负载在固体载体之上，通过酸的循环达到连续操作的目的。FBA技术的工艺流程主要包括烯烃预处理、反应、脱酸、酸回收和产物分馏等几部分。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆烷基化反应物料经预处理后进入固定床反应器，反应产物流出反应器后进入酸烃分离器，分出的酸进入酸贮罐 后再返回反应器使用，分出的反应物进入分馏塔，塔顶分出异丁烷返回反应器循环使用，丙烷从塔顶侧线抽出，塔顶侧线抽出正丁烷，塔底得到烷基化产品。该工艺可生产高质量的汽油调合组分，不会产生挥发性的副产品。由于该工艺可连续操作，因此不会因为催化剂的再生而使生产间断。该工艺的缺点是催化剂价格远比硫酸价格高，而且催化剂失活快，需要不断进行再生，反应器系统大而复杂，因而与现有液体酸烷基化工艺相比缺乏竞争性。
3 Alky Cean工艺技术分析
Alky Cean固体酸烷基化工艺技术，以异丁烷、烯烃为主要原料，采用Akzo Nobel Catalyst开发的不含卤素的专利沸石催化剂，流程包括原料预处理系统、反应、再生和产品分馏四个部分。该工艺采用固定床循环反应器设计流程，在 2.1MPa、50-90℃的反应条件下操作，同液体酸工艺一样，不需要增设产物后冷系统。此外，反应器设置 了串联反应段烯烃注入分配孔，强化了反应器内部的混合，有效地防止催化剂的快速失活，并确保了产品质量。为了提高装置处理能力和保证催化剂的高反应活性，该工艺通常设有 3台串联反应器，其中总有2台处于运转状态，并且每台反应器在反应和缓和再生（MR）之间需要用H2进行循环。每个反应周期（约21d）结束后，反应器需要用H2在250℃条件下进行高温再生（HTR），以脱除其中存在的反应沉积物或其它导致催化剂失活的杂质。该工艺的优点是催化剂原料适应性强，活性稳定性高，连续再生能力强，无酸溶油和其他液体废物产生，安全环保。缺点是反应温度压力较高，再生需要高温临氢操作，反应器定时需要切换进行催化剂再生，连续性稍差。
5 K-SAAT固体酸烷基化技术
K-SAAT工艺采用的ExSact催化剂是由Exelus开发、专门设计的固体酸催化剂，这种催化剂可以消除液体酸存在的安全性和运输问题，同时降低烷基化装置的总建设费，与其他类型的固体酸相比，该催化剂反应周期更长，降低催化剂消耗，减少反应器的总容积，具有更高的产品收率和辛烷值。同时该催化剂无腐蚀性、非可燃性、性质稳定。
K-SAAT工艺使用的是一种真正的固体酸催化剂，催化剂的酸性是催化剂固体本质属性而不是可分离的其他酸性物质，例如液体酸沉积在一个固体载体上。因此，ExSact催化剂不会向工艺系统或者产品中迁移和浸出任何潜在的腐蚀性的酸。
结束语：
综上所述，现代工业发展建设过程中，石油是其不可或缺的重要资源，要想进一步确保现代工业发展建设的有效性，实际石油产业开发生产加工过程中，务必要确保石油开采以及生产的整体效率，这就要求现代石油企业务必要重视加强固体酸烷基化工艺的创新研发与应用，只有这样才能够进一步提高石油资源的整体使用效率，从而在促进我国石油资源可持续发展的同时，有效促进我国现代工业化发展建设的良好稳定。
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论文作者:刘庆五,张俊杰,李玉芬
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/10/16
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