一種氣相SO₃刮膜磺化工藝的製作方法

2023-12-05 18:51:16 1

專利名稱：一種氣相SO3刮膜磺化工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣相so3刮膜磺化工藝，屬氣相so3刮膜磺化液態有
機物料製備陰離子表面活性劑的生產工藝技術領域。
背景技術：
目前表面活性劑行業中，陰離子表面活性劑是發展最早、產量最大、
應用最廣的一類產品。以氣相so3為磺化劑對有機物料進行磺化/硫酸化
的工藝，是目前工業化生產陰離子表面活性劑最為廣泛應用的工藝技術。
以氣相S03為磺化劑的磺化/硫酸化工藝包括SCV空氣發生系統、磺化
反應系統、尾氣吸收系統。S03/空氣發生系統中包括空氣乾燥裝置和so3 發生裝置，so3發生較多採用燃硫法製備。根據磺化反應系統中磺化器
的不同，可分為降膜式磺化工藝、噴射式磺化工藝和連續攪拌罐組式磺
化工藝。義大利Ballestra和Mazzoni、美國Chemithom、日本Lion等公 司都有諸多相關的發明專利。
降膜式磺化工藝中的磺化器分為多管降膜式或雙膜降膜式，型式與 管殼式換熱器類似，液態有機物料經縫隙(或其他方式)在反應管內壁 自上而下形成薄膜，so3氣體亦自上而下從反應管內通過，二者接觸完 成反應，反應熱由夾套的冷卻水移去。膜式磺化反應工藝具有中和耗鹼 量少、無機鹽含量低、產品質量好的優點，但是磺化器結構複雜、設備 加工、製造及安裝精度要求較高；空氣乾燥裝置和燃硫法的S03發生裝 置投資高、能耗較大，工藝要求嚴格，不適合經常開停車，操作彈性小； 不適合高粘度、不易成膜或熱敏性等有機物料的磺化；並且由於S03氣體流速較快，有較多的有機物料被霧化帶入尾氣系統，需通過靜電除霧 器處理，產生較多靜電廢酸、增加了物料損耗。
與噴射式磺化工藝有關的噴射式反應器專利主要有美國專利
U.S4113438將有機物料和S03氣體同時送入文丘裡管進行強制混合，經 過物料冷卻循環帶走反應熱，提高反應的轉化率；CN 96107060是以高 速液相作為工作介質的液氣類噴射環流反應器。上述專利均為通過磺化 產物的循環實現降溫和提高產品轉化率，對於反應後粘度高的產品，循 環噴射難度高，易發生副反應，影響產品質量。CN 1973989是以高速氣 相為工作介質的氣體噴射式磺化工藝，不經過循環一次噴射即達到所需 轉化率，但系採用一次噴射磺化，產品轉化率得不到保證，霧化反應的 液體瞬時溫度很髙，易發生過磺化反應，產品的色澤深，不適宜熱敏性 物料的磺化。

發明內容
本發明的目的是提供一種工藝設計合理，能適合於各種粘度物料磺
化或硫酸化的氣相S03刮膜磺化工藝。
本發明為一種氣相S03刮膜磺化工藝，其特徵在於按以下步驟進行
A、 液態S03經流量計計量後進入蒸發器汽化成氣相S03後靠汽化
產生的蒸汽壓從磺化反應器底部進入，經由葉輪風機吸入攪拌軸內，與
磺化反應器中循環使用的惰性氣體混合成體積濃度為0.1 10%的反應 氣體，再經刮板軸上部的反應氣體分布孔進入反應筒體；
B、 有機物料迸入磺化反應器後沿反應筒體內壁下流，刮板隨攪拌 軸在傳動系統的作用下旋轉，使有機物料在反應筒體內壁不斷的被刮膜 一塗布一刮膜，交替更新，均勻塗布在反應筒體內壁，與反應氣體分布 孔出來的反應氣體充分接觸反應形成反應產物；C、反應產物經底部出料，無需氣液分離直接按現有工藝進行老化、 水解、中和得到成品。
所述氣相S03進入磺化反應器的入口溫度可為35 80°C。
所述有機物料與液態S03的摩爾比可為1: 0.5 1.5，所述有機物料
與反應氣體在反應筒體內的反應溫度為一10 10(TC。優先為10 90°C。
所述反應氣體在攪拌軸內的流速可為l 20m/s。
所述步驟B反應後產生的尾氣可通過尾氣吸收裝置19處理。
所述的惰性氣體可為氮氣或空氣或二氧化碳等。
所述的磺化反應器可由反應筒體，置於反應筒體內帶刮板和反應氣 體分布孔的攪拌軸，置於攪拌軸內帶風機葉片的風機軸，置於反應筒體 上部帶有機物料進口的有機物料分布盤，置於反應筒體下部的氣相S03 進口和反應產物出口，置於反應筒體上部與攪拌軸相連接的刮板傳動系 統，置於反應筒體下部與風機軸相連接的風機傳動系統等構成。
所述反應筒體的外圍還可設有1 3段帶冷卻水進出口的冷卻夾套， 可使反應熱通過夾套冷卻水快速移走。
所述的有機物料可為以下化合物的任一種C8 C2。的脂肪醇，C8
C20的脂肪醇聚氧乙烯醚，Cs C20的脂肪酸甲酯，烯烴，Cs d8直鏈烷
基苯，石油磺酸鹽，烷基二苯醚，天然油脂，大豆磷脂，萘。
本發明與現有技術相比，具有以下突出優點和積極效果
1、 通過外動力刮膜，能強制有機物料保持良好成膜，使氣-液界面 上的有機物料通過刮膜得到不斷更新，有效避免產品的過磺化、結焦等
副反應。
2、 工藝採用的磺化劑氣相S03由液態S03汽化得到(在有液態S03
供應的工廠均可實施)，稀釋氣體採用氮氣、空氣、二氧化碳等惰性氣體(惰性氣體即使採用燃硫法，乾燥空氣量也可以減少)。惰性氣體在磺化 器中循環使用，不需要複雜的乾燥空氣系統和尾氣處理系統，因此投資 小、能耗低、開停車方便，幾乎無頭尾料(可延長磺化時間和循環磺化)， 操作彈性大。
3、 工藝中的反應氣體速度控制在較低的流速，克服了現有技術30m/s
左右的流速下有機物料易霧化的缺陷，使物料損耗低，無需氣液分離系 統，置換出的少量反應氣體中夾帶的有機物料少，不產生傳統膜式磺化
中的靜電黑酸；同時反應溫和、有效，轉化完全，S03在反應器中循環
使用、利用率高，置換產生的尾氣中S03含量低，通過吸收處理，不產
生傳統膜式磺化中的鹼洗塔廢水；因此無需複雜的尾氣處理系統，屬於 清潔、節能、環保型的工藝。
4、 工藝條件調整範圍廣，反應溫和可控，避免傳統膜式磺化反應激 烈，反應溫度峰值高。磺化器的加工、使用和清洗均簡單方便。
本發明使氣相S03刮膜磺化工藝更趨合理，操作彈性大，工藝採用 刮膜式磺化反應器反應，通過外動力刮膜的方式，使有機物料均勻的塗 布於磺化反應器表面與氣態S03反應；工藝採用的氣態so3由液態S03 汽化得到，從而省卻了傳統工藝中複雜的燃硫轉化系統；未反應的SCV 稀釋氣體(氮氣或空氣)混合氣體在磺化反應器內循環使用，只需少量 補充乾淨的置換氣體即可，因此尾氣處理量極少，省去了傳統工藝中的 尾氣處理系統，清潔、節能、環保。適用於各類液態有機物料的磺化， 包括脂肪醇、脂肪醇聚氧乙烯醚、烯烴、脂肪酸甲酯、烷基苯等，特
別適用於高粘度物料的磺化，如石油磺酸鹽、垸基二苯醚二磺酸鹽、 萘磺酸等，還特別適用於易結焦、較難吸收S03的有機物料的磺化，如 天然油脂、大豆磷脂以及熱敏性物料等。


附圖是本發明所述磺化反應器的整體結構示意圖。
圖中，1為刮板傳動系統，2為溫度計，3為壓力表，4為法蘭，5 為反應氣體取樣口， 6為有機物料進口， 7為有機物料分布盤，8為反應 筒體，9為反應氣體分布孔，IO為刮板，ll為冷卻水進出口， 12為冷卻 夾套，13為攪拌軸，14為風機軸，15為風機葉片，16為反應產物出口， 17為氣相S03進口， 18為風機傳動系統，19為尾氣吸收裝置。
具體實施例方式
本發明所述的磺化反應器主要由反應筒體8，置於反應筒體8內帶 刮板10和反應氣體分布孔9的攪拌軸13，置於攪拌軸13內帶風機葉片 15的風機軸14，置於反應筒體8上部帶有機物料進口 6、溫度計2、壓 力表3、法蘭4、反應氣體取樣口5的有機物料分布盤7，置於反應筒體 8下部的氣相SCb進口 17和反應產物出口 16，置於反應筒體8上部與攪 拌軸13相連接的刮板傳動系統1，置於反應筒體8下部與風機軸14相 連接的風機傳動系統18，置於反應筒體8外圍帶冷卻水進出口 11的l 3段冷卻夾套12等構成。
本發明的工藝流程為液體S03通過流量計計量進入蒸發器，經汽 化後，通過冷卻器冷卻，進入磺化反應器，與有機物料進行磺化反應， 置換的少量尾氣通過尾氣吸收裝置19處理，磺化後的物料從磺化反應器 底部排出，按現有技術進入老化器老化，然後通過水解器水解，在中和 系統中中和，得到表面活性劑產品。
由附圖可見本發明所述磺化反應器的工作過程為有機物料從有機 物料進口6進入，通過有機料分布盤7，沿反應筒體8內壁均勻成膜向 下流動，刮板10隨攪拌軸13在傳動系統作用下旋轉，使有機物料在反應筒體內壁被刮膜一重新塗布一刮膜，液膜不斷的交替更新，與S03混 合氣體充分接觸，得以均勻、有效的反應；氣相S03從下面氣相S03進
口 17進入攪拌軸13內，在葉輪風機的帶動下，與反應筒體8內的稀釋 氣體在攪拌軸13內混合，混合後的反應氣體自下而上經刮板軸13上部 的S03氣體分布孔9由內向外進入反應器，反應氣體在反應筒體8中由 上而下，與有機物料的順流接觸反應，完成反應的磺化產物經反應產物 出口 16進入下一工段。通過監控反應器內S03氣體濃度，在反應過程或 反應結束後，置換出的少量氣體通過尾氣吸收裝置19處理。刮板使有機 物料在反應筒體內壁成膜良好，S03氣體與有機液膜充分接觸，有利於 磺化或硫酸化反應的進行，有效防止的過磺化等副反應的發生，反應產 生的反應熱由冷卻夾套12內的冷卻水及時除去。
實施例1、十二垸基苯的磺化液體S03通過計量進入蒸發器，汽 化後，經過冷卻器冷卻，溫度52 55'C，從磺化反應器底部進入，在攪 拌軸內與磺化反應器中的稀釋氣體混合成反應氣體(控制氣體體積濃度 6%),反應氣體以15m/s的速度自下而上經攪拌軸上部的反應氣體分布 孔進入反應筒體，與順流向下的十二烷基苯(平均摩爾質量246)進行 充分接觸反應，控制磺化溫度52 55°C，液體SCV十二烷基苯摩爾比
1.03: 1;磺化產物經反應產物出口排出後，經老化、水解，用氫氧化鈉
水溶液中和得到烷基苯磺酸鈉。
實施例2、脂肪醇醚的磺化液體S03通過計量進入蒸發器，汽化
後，經過冷卻器冷卻，溫度42 45'C，從磺化反應器底部進入，在攪拌
軸內與磺化反應器中的稀釋氣體混合成反應氣體(控制氣體體積濃度
3%)，反應氣體以20m/s的速度自下而上經攪拌軸上部的反應氣體分布 孔進入反應筒體，與順流向下的脂肪醇聚氧乙烯醚(3)(平均摩爾質量340)進行充分接觸反應，控制磺化溫度33 35°C，液體S(V脂肪醇聚
氧乙烯醚(3)摩爾比1.01: 1;磺化產物由反應產物出口排出後，用 三乙醇胺中和，得到脂肪醇醚硫酸三乙醇胺鹽。
實施例3、甲苯磺化液體S03通過計量進入蒸發器，經汽化後，
經過冷卻器冷卻，溫度35 38。C，從磺化反應器底部進入，在攪拌軸內
與磺化反應器中的稀釋氣體混合反應氣體(控制氣體體積濃度5.0%)，
反應氣體以10m/s的速度自下而上經攪拌軸上部的反應氣體分布孔進入
反應筒體，與順流向下的甲苯進行接觸反應，控制磺化溫度13 15°C， 液體S03/甲苯摩爾比1: 1;磺化產物經反應產物出口排出後，經老化， 得到甲苯磺酸產品。
實施例4、石油柴蠟磺化製備石油磺酸鹽液體S03通過計量進入
蒸發器，汽化後，經過冷卻器冷卻，溫度60 62"C，從磺化反應器底部 進入，在攪拌軸內與磺化反應器中的稀釋氣體混合成反應氣體(控制氣 體體積濃度3.5%)，反應氣體以6m/s的速度自下而上經攪拌軸軸上部 的反應氣體分布孔進入反應筒體，與順流向下的石油柴蠟進行充分接觸 反應，磺化溫度65 68°C，控制磺化產物中和值80 100KOHmg/kg; 磺化產物經反應產物出口排出後，用25%濃度氨水中和得到石油磺酸銨。 實施例5、天然油脂磺化液體S03通過計量進入蒸發器，汽化後， 經過冷卻器冷卻，溫度63 65。C，從磺化反應器底部進入，在攪拌軸內 與磺化反應器中的稀釋氣體混合成反應氣體(控制氣體體積濃度4.5%)， 反應氣體以3m/s的速度自下而上經攪拌軸上部的反應氣體分布孔進入 反應筒體，與順流向下的天然油脂進行充分接觸反應，磺化溫度68
70°C，液體S03/天然油脂的摩爾比0.8: 1;磺化產物經反應產物出口
排出後，用32%濃度液鹼中和後，得到成品。
權利要求
1、一種氣相SO3刮膜磺化工藝，其特徵在於按以下步驟進行A、液態SO3經流量計計量後進入蒸發器汽化成氣相SO3後靠汽化產生的蒸汽壓從磺化反應器底部進入，經由葉輪風機吸入攪拌軸內，與磺化反應器中循環使用的惰性氣體混合成體積濃度為0.1～10％的反應氣體，再經刮板軸上部的反應氣體分布孔進入反應筒體；B、有機物料進入磺化反應器後沿反應筒體內壁下流，刮板隨攪拌軸在傳動系統的作用下旋轉，使有機物料在反應筒體內壁不斷的被刮膜—塗布—刮膜，交替更新，均勻塗布在反應筒體內壁，與反應氣體分布孔出來的反應氣體充分接觸反應形成反應產物；C、反應產物經底部出料，無需氣液分離直接按現有工藝進行老化、水解、中和得到成品。
2、 按權利要求1所述的一種氣相S03刮膜磺化工藝，其特徵在 於所述氣相S03進入磺化反應器的入口溫度為35 80°C。
3、 按權利要求1所述的一種氣相S03刮膜磺化工藝，其特徵在 於所述有機物料與液態SOs的摩爾比為1: 0.5 1.5，所述有機物料 與反應氣體在反應筒體內的反應溫度為—10 IO(TC 。
4、 按權利要求1所述的一種氣相S03刮膜磺化工藝，其特徵在 於所述有機物料與反應氣體在反應筒體內的反應溫度為10 9(TC。
5、 按權利要求1所述的一種氣相S03刮膜磺化工藝，其特徵在 於所述反應氣體在攪拌軸內的流速為1 20m/s。
6、 按權利要求1所述的一種氣相S03刮膜磺化工藝，其特徵在 於所述步驟B反應後產生的尾氣通過尾氣吸收裝置(19)處理。
7、 按權利要求1所述的一種氣相S03刮膜磺化工藝，其特徵在 於所述的惰性氣體為氮氣或空氣或二氧化碳等。
8、 按權利要求1所述的一種氣相S03刮膜磺化工藝，其特徵在 於所述的磺化反應器由反應筒體(8)，置於反應筒體(8)內帶刮板(10)和反應氣體分布孔(9)的攪拌軸(13)，置於攪拌軸(13)內 帶風機葉片(15)的風機軸(14)，置於反應筒體(8)上部帶有機物 料進口 (6)的有機物料分布盤(7)，置於反應筒體(8)下部的氣相 S03進口 (17)和反應產物出口 (16)，置於反應筒體(8)上部與攪 拌軸(13)相連接的刮板傳動系統(1)，置於反應筒體(8)下部與 風機軸(14)相連接的風機傳動系統(18)構成。
9、 按權利要求8所述的一種氣相S03刮膜磺化工藝，其特徵在 於所述反應筒體(8)的外圍還設有1 3段帶冷卻水進出口 (11)的 冷卻夾套(12)。
10、 按權利要求1或3所述的一種氣相S03刮膜磺化工藝，其特 徵在於所述的有機物料為以下化合物的任一種C8 C2Q的脂肪醇，C8 C20的脂肪醇聚氧乙烯醚，C8 C20的脂肪酸甲酯，烯烴，C8 C18直鏈焼基苯，石油磺酸鹽，垸基二苯醚，天然油脂，大豆磷脂，萘。
全文摘要
一種氣相SO3刮膜磺化工藝，屬氣相SO3刮膜磺化液態有機物料製備陰離子表面活性劑的生產工藝技術領域，按以下步驟進行A.液態SO3汽化成氣相SO3後經由葉輪風機吸入攪拌軸內，與磺化反應器中循環使用的惰性氣體混合成體積濃度為0.1～10％的反應氣體，再經刮板軸上部的反應氣體分布孔進入反應筒體；B.有機物料進入磺化反應器後沿反應筒體內壁下流，刮板隨攪拌軸在傳動系統的作用下旋轉，使有機物料在反應筒體內壁不斷的被刮膜—塗布—刮膜，交替更新，均勻塗布在反應筒體內壁，與反應氣體分布孔出來的反應氣體充分接觸反應形成反應產物。工藝設計合理，能適合於各種粘度物料磺化或硫酸化。
文檔編號C07B45/00GK101445418SQ20081016424
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月28日 優先權日2008年12月28日
發明者夏雄燕, 方銀軍, 鄒歡金 申請人:浙江贊宇科技股份有限公司