石油是极其重要的战略资源,采用化学复合驱提高采收率技术是目前公认提高采收率最科学、最有效的方法,因此驱油用关键组分表面活性剂的研发生产显得尤为重要。新疆克拉玛依2万吨/年处理能力的磺酸盐装置采用传统的釜式间歇磺化工艺,产能低下,废酸渣量大,员工劳动强度大、作业环境恶劣,环境污染严重,无法满足石油磺酸盐规模化生产需要。本文通过对石油馏分与三氧化硫气体气液磺化反应机理、液体雾化机理以及气液接触反应理论的分析,设计开发出能够应用于石油馏分油磺化的喷雾磺化工艺。通过对影响喷雾磺化反应的工艺条件、磺化反应方式、气液接触方式、不同原料磺化实验,对比考察不同磺化反应类型对石油馏分磺化结果的影响,不同磺化工艺研制出的石油磺酸盐产品生产特点,并提供不同磺化工艺的对比数据。当喷嘴气相压力在0.05-0.1MPa,气相三氧化硫浓度在4-6%之间,磺化温度在40-60℃具有较好的磺化效果。通过对克拉玛依石化公司的5种原料进行喷雾磺化对比实验表明,磺酸盐收率提高3%-39%,酸性油的收率增加了10%-35%,酸渣的产率降低35-71%。达到同样酸值需要的反应接触时间由釜式磺化的3-8h,缩短到30秒以内,两种磺化方式得到的磺酸盐界面性质相当。由于原料的雾化效果理想,SO3与油的反应充分,废弃物中三氧化硫的利用率较高,从63.7%提高到99.6%,可实现连续化生产,并为工业化应用提供参考。喷雾磺化工艺得到的石油磺酸盐产品复配体系具有较低的界面张力。对石油磺酸盐配方体系从界面张力、乳化性能、耐稀释性、耐地层吸附能力、耐盐及二价离子能力、与聚合物的配方稳定性,物模驱油效果等方面进行了应用性能评价。从试验结果可看出,磺酸盐配方体系界面张力在碱浓度0.6%-1.4%、表活剂浓度0.05%-0.3%的较宽范围内,都能达到超低;碱浓度在0.6%-1.4%时,乳化综合指数都能大于30;磺酸盐体系具有良好的抗地层水稀释能力,磺酸盐配方体系被注入水稀释至20%后仍然达到超低,被地层水稀释至50%后依旧保持超低;7次吸附后界面张力仍然保持超低;矿化度32000mg/L、以及钙含量250ug/g条件下,界面张力性能基本不影响;磺酸盐配方体系对试验区不同井原油适应性较好,90%以上的油井原油与该体系形成超低界面张力;石油磺酸盐应当与聚合物有良好的兼容性,加入后不会降低体系的粘度,70天粘度保留率大于98%,室内人造岩心驱油试验平均提高采收率为24%。体系具有长期稳定性,展示良好的物模驱油效果。完成2万吨/年釜式磺化装置的喷雾磺化新工艺的设计改造任务,累积磺化石油原料50000吨,所得产品全部应用于新疆油田化学复合驱重大试验项目。项目实施后,产量逐年递增。2018年,该重大开发试验年产油量达77.9万吨,新增产油量51.9万吨,取得明显的效果。试验结果表明,依据强化气液分散的设想,采用喷雾分散原理增加原料气液接触面积的思路能解决当前石油磺化过程遇到的磺化效率低下的问题,磺化反应时间由5-6小时缩短到几十秒;解决了反应过程传质、传热不均的问题,磺化效率明显提高;磺酸盐收率、原油处理量、抽余油收率有大幅度的提高,酸渣收率大幅度降低。操作成本明显下降。三氧化硫利用率提高,酸渣量降低后,员工工作环境与劳动强度得到进一步改善;设备结构简单,工艺控制方便,装置运行平稳,改造扩建提升空间大,改造费用低,适合石油类原料磺化,设备操作弹性大,解决了磺酸盐生产的瓶颈问题,在全国率先实现石油磺酸盐喷雾法连续清洁化工业生产,对于重大开发试验的推广提供了重要的技术支持。