芳烴抽提中環丁砜的劣化及影響

鄭睿(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315812)

0 引言

雖然，環丁砜是芳烴抽提工藝中的理想溶劑，但其劣化腐蝕問題卻不容忽視。環丁砜的性能穩定性，將會深刻影響芳烴抽提裝置的運行安全，更會對芳烴抽提有效性造成影響。為此，相關工作人員需要不斷改進石油化工領域的芳烴抽提工藝，著力提高環丁砜的使用安全性，為有效緩解和控制環丁砜劣化做好充足準備。

1 芳烴抽提與環丁砜概述

芳烴抽提即芳烴萃取，是一種基于萃取劑實現芳烴分離的液-液萃取過程，烴類混合物是芳烴抽提的原料。這一反應主要被應用在催化重整和輕質芳烴回收當中。目前，芳烴抽提的工業方法主要分為抽提蒸餾法、吸附分離法和溶劑液-液抽提法三種類型，在芳烴抽提過程中萃取劑的選用合理性將會直接影響萃取成效。在實踐中，最為常見也最具實用性的芳烴抽提溶劑就是環丁砜，從上世紀六十年代開始，這種物質就已經作為抽提溶劑應用于芳烴抽提中。環丁砜是一種可溶于水的無色澄清液體，其化學式為C4H8O2S，屬于非質子極性溶劑，幾乎能與所有有機溶劑混溶。這種物質具有良好的熱穩定性和pH值穩定性，能與氯反應也能與鈷和硼的化合物形成絡合物。作為芳烴抽提溶劑，環丁砜表現出了選擇性好、穩定性高、溶解能力強和沸點高、便于貯運的優勢[1]。

2 芳烴抽提中的環丁砜劣化分析

對于芳烴抽提工藝而言，環丁砜無疑是理想溶劑，但在工業生產過程中環丁砜劣化腐蝕問題卻極難規避，而引起環丁砜劣化的原因如下。

2.1 受熱分解

雖然，環丁砜的沸點和穩定性都相對較高，但這并不代表它不會受熱分解。在真空環境或正常操作之下，環丁砜的分解速率極慢且幾乎不會對碳鋼造成腐蝕，但當溫度高于180 ℃時，會導致該物質分解速率加快，若溫度超過230 ℃則環丁砜會出現非常明顯的受熱分解情況。從中不難看出，操作環境溫度與環丁砜分解速率成正比。當環丁砜受熱分解時，會產生二氧化硫，該物質與水、游離氧反應后可形成硫酸，進而腐蝕設備；硫酸還能造成芳烴抽提系統整體的pH值下降，將加速環丁砜劣化。

2.2 氧化分解

氧化分解也是環丁砜劣化的主要原因之一，氧氣是造成環丁砜穩定性和實用性下降的“元兇”。通常來說，造成芳烴抽提中環丁砜劣化的氧氣主要來自原料溶解氧、水中游離氧和真空系統泄漏氧，它們能夠與環丁砜之間發生氧化反應推動該物質的氧化分解。基于氧化分解，同樣可以形成二氧化硫，還可形成丁烯醛。在芳烴抽提過程中，環丁砜氧化分解后生成的二氧化硫可繼續與游離氧、水分子發生反應，最終形成硫酸加速環丁砜劣化并腐蝕設備；而環丁砜氧化分解出的丁烯醛則會在遇氧反應后形成羥酸，造成設備腐蝕，更會形成聚合垢造成管線阻塞。在系統運行過程中，含氧量越高，越容易引發化學反應、增加酸性物質含量，所以含氧量與腐蝕程度呈正比關系。

2.3 水解反應

水解同樣是造成環丁砜劣化的主要原因物質雖然可溶于水，但當水含量超標時，會造成環丁砜凝點下降，更會影響環丁砜的熱穩定性和pH值。基于水解反應，可借由環丁砜生成硫磺，它將對溶劑的pH值造成影響，更能與單乙醇胺反應形成硫酸鹽造成設備腐蝕和堵塞。在實際應用過程中，芳烴抽提裝置中的溶劑含水量越高，越容易造成環丁砜水解，其劣化風險和腐蝕力就越強。

2.4 氯離子與環丁烯砜干擾

在芳烴抽提系統當中，氯離子也會對環丁砜造成干擾。在系統當中，若出現循環水冷卻器泄漏，則循環水藥劑當中可能會夾帶氯離子，當它們與環丁砜發生反應后會產生酸性介質。這種物質在高溫下易與銹渣、烯烴產生反應，將形成聚合物堵塞設備管線，更會導致腐蝕，將進一步加劇環丁砜劣化。在工業生產當中，環丁烯砜也是芳烴抽提中環丁砜劣化的主要干擾因素，環丁烯砜是生產環丁砜的原料，若原料質量不佳或工藝流程不正確，就會導致環丁砜性能和穩定性下降，那么出現劣化的幾率也就會隨之升高。在實踐中，環丁烯砜極容易受高溫影響，當反應溫度大于180 ℃時，該物質容易出現氧化分解、水解等情況，將產生酸并催化環丁砜水解，使環丁砜劣化程度提升。在芳烴抽提過程中，環丁砜中反應不完全的環丁烯砜含量越高，越容易導致系統酸性加強，引發和加劇環丁砜劣化的概率也會因此而提高。

3 環丁砜劣化帶來的影響

在化工生產領域，尤其是芳烴抽提過程中，環丁砜發揮著至關重要的作用。當環丁砜在芳烴抽提裝置當中出現劣化情況時，會影響芳烴抽提流程的正常推進，更會對抽提質量、效率與安全造成影響。為此，本文對芳烴抽提中環丁砜劣化的造成的影響進行了簡要分析。

3.1 影響芳烴抽提效果

對于芳烴抽提而言，最為常見的抽提方法是溶劑液-液抽提法，所以在芳烴抽提過程中溶劑的實用性將會直接影響抽提質量。選取芳烴抽提溶劑時，最為基礎的條件有三：其一是芳烴溶解力高；其二是芳烴選擇性高；其三是溶劑與原料烴密度差異大。在此基礎上，芳烴抽提溶劑還應該具備不易乳化、不易發泡，溶劑與抽出物沸點差異大，化學穩定性好且比熱容小，凝點、黏度、易燃性、價格相對較低等特點。環丁砜具備以上所有條件，所以它是芳烴抽提的理想溶劑，但當其出現劣化后將不再是理想溶劑，使用效果也將大打折扣，最直接的影響就是芳烴抽提效果下降。在實踐中，若出現了環丁砜劣化問題，則芳烴與非芳烴之間的分離有效性會受到影響，萃取分離結果難以滿足產品合格標準，并且芳烴收率會大幅下降，最終影響化工生產的整體質量和效率[2]。

3.2 導致管線與設備堵塞

造成芳烴抽提中環丁砜劣化的原因十分多樣，劣化后可出現腐蝕與堵塞問題。在環丁砜劣化后，可與多種物質反應形成大量高度粘稠的降解物，它們會夾帶大量銹渣，并沉積在芳烴抽提裝置中，久而久之會引發設備或管線堵塞，芳烴抽提環節的分離效果和加熱效果都會受到干擾。

以基于溶劑液-液抽提工藝為例，在使用該工藝時芳烴抽提環節所用抽提塔屬于篩板塔，塔盤具有較高的開孔率且篩孔直徑相對較小，當系統中的環丁砜出現劣化后，聚合物與銹渣就容易附著在塔盤之上，導致篩孔被堵塞。在此情況下，環丁砜液通過篩孔的阻力會變大，液滴量變小；若上升抽余油流速大，則環丁砜難以全部淋降到下層塔盤，十分容易引發環丁砜浪費問題。而且，環丁砜難以通過篩孔，還會導致其與進料無法充分接觸，容易引發物料組成分布不均問題，會造成汽提塔閃蒸、產品質量不均衡等問題。在實際作業環節，環丁砜劣化后的聚合物也會造成汽提塔塔底再沸器堵塞和溶劑換熱器堵塞，將會導致系統功能下降，最終影響生產質量。

3.3 腐蝕設備與管線

芳烴抽提中環丁砜劣化后，會出現大量的酸性物質，它們在堆積或流動的過程中會對芳烴抽提裝置造成腐蝕，容易導致管線損毀或設備故障。而且，出現環丁砜劣化以后，芳烴抽提裝置的酸堿平衡會被破壞，pH值快速下降后，可進一步催化環丁砜劣化，更會讓酸性物質對管線以及設備的腐蝕能力加劇，長此以往必然會影響芳烴抽提效果，讓生產安全性、穩定性和高效性受阻[3]。在實際作業環節，因環丁砜劣化引發的裝置腐蝕泄漏或管線腐蝕損壞問題比比皆是，裝置穿孔、腐蝕減薄、泄漏裂縫等情況都是最為常見的腐蝕問題。

4 芳烴抽提中環丁砜劣化的緩解措施

環丁砜劣化為芳烴抽提帶來的影響都是負面的，而且這些不良影響的后果極為嚴重，必須得到相關工作人員的高度重視。在這種情況之下，化工生產者應該積極尋找緩解、改善和控制芳烴抽提中環丁砜劣化的方法，從而為提高芳烴抽提質效奠定基礎。在此環節，相關工作人員應該著眼于影響芳烴抽提中環丁砜劣化的多種因素，以降低各因素影響力目標提出針對性解決措施。

第一，控制溫度。高溫分解是造成環丁砜劣化的重要原因，所以緩解環丁砜劣化時要從溫度調控的角度出發。在此環節，相關工作人員應該盡量避免局部過度高溫引發的環丁砜劣化問題，更需要對溫度控制體系進行系統優化，嚴格設置溫控標準和系統運行參數。

第二，隔絕氧氣。游離氧與溶解氧與環丁砜之間的反應，也會引發環丁砜劣化，所以有效隔絕氧氣、避免氧化反應是緩解環丁砜劣化的可行性辦法。在此環節，相關工作人員可以通過系統改造或強化控制等方式有效隔絕氧氣。比如，改造芳烴抽提裝置結構，提高整體氣密性；提高真空環境檢驗嚴謹性，確保真空系統運行良好；建立定期化循環冷卻水器查漏機制和原料儲罐氮封檢查機制，為隔絕氧氣做好準備。

最后，改造溶劑再生塔。為避免或延緩芳烴抽提中環丁砜劣化，需提升環丁砜溶劑品質，更應該去除反應過程中的降解產物。在芳烴抽提過程中，這些工作都需要依靠溶劑再生塔來完成，所以提高溶劑再生塔實用性至關重要。為此，相關工作人員應該以提高性能為目標，對溶劑再生塔進行改造。比如，增加溶劑再生塔的排放頻次，提高塔內部件與塔壁清洗檢查標準，定期開展溶劑再生塔修復與內件更換等。

5 結語

綜上所述，以環丁砜為溶劑開展芳烴抽提，可以為提高芳烴收率提供輔助。為延長芳烴抽提裝置使用壽命、推動工藝優化，相關工作人員應該重點關注環丁砜劣化問題，明確這一變化帶來的不良影響并確定引發環丁砜劣化的原因，然后基于溫度控制、氧氣隔絕、溶劑再生塔改造等手段延緩和改善環丁砜劣化。