高碱值磺酸钙润滑油清净剂的制备方法

专利名称：高碱值磺酸钙润滑油清净剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高碱值磺酸钙润滑油清净剂的制备方法，亦属于超重力场旋转床技术在化学反应工程中的应用。
背景技术：
高碱值磺酸钙清净剂是内燃机油用的主要添加剂，它具有碱值高、防锈性好、酸中和能力强的特性，主要用于调制中高档内燃机油。目前、国内外生产高碱值磺酸钙清净剂基本上采用机械搅拌釜式法，即用石油磺酸盐(或合成磺酸盐)与氢氧化钙在反应釜机械搅拌下进行中和反应、用鼓泡法进行碳酸化反应及转相等工艺过程制备。由于传统的釜式法生产受机械搅拌均匀性及鼓泡接触反应时间差异的影响，该方法存在如下缺点提供碱度的碳酸盐粒径分布宽，粒径较大(通常为20-120nm)，批与批之间品位重复性差，产品质量不易控制，工艺放大困难，反应时间长，效率较低，原料消耗量大，能耗高等。
超重力场旋转床技术可以极大地强化传质过程，近年来在化学工程领域的应用研究取得重要进展，特别是本申请人(北京化工大学)提出的中国专利“超微颗粒的制备方法”(申请号95105344.2)及“超细碳酸钙的制备方法”(专利号95105343.4)等系列专利提出用超重力场旋转床装置进行纳米颗粒的化学合成，把超重力场旋转床技术的应用从分离、解析过程开拓到化学反应过程领域。在上述专利方法中，超重力旋转床装置均是用于沉淀反应体系，一步反应制备出纳米颗粒。而对于制备高碱值磺酸钙清净剂，需要进行中和反应、碳酸化、转相等较复杂的反应过程，在超重力旋转床极大的强化反应物料的微观混合和传质的条件下，物料的中和反应速度和碳酸化、转相过程的控制与匹配等都是需要解决的技术难点。

发明内容
为了克服传统的釜式法生产碳酸盐粒径分布宽，粒径较大，反应时间长，产品质量不易控制，效率较低等问题，本发明提出一种超重力法制备高碱值磺酸钙润滑油清净剂的新方法，该方法解决了在超重力条件下物料的中和反应速度、碳酸化和转相过程的控制与匹配等技术问题，在超重力旋转床装置中完成了中和反应、碳酸化、转相等多个反应过程，制备出碳酸钙颗粒粒径小且分布均匀、产品质量可控的高碱值磺酸钙润滑油清净剂。
本发明主要内容本发明的要点是用磺酸盐、有机溶剂、氢氧化钙、甲醇为原料，在超重力旋转床强化作用下发生中和、碳酸化反应及转相过程。主要工艺步骤是将磺酸盐、有机溶剂、氢氧化钙、甲醇混合悬浮液在旋转床填料层中进行循环，同时开始升温，旋转床的转速控制在100-1000转/分，当温度达到预定温度后，旋转床通入二氧化碳气体，在旋转床填料层中进行碳酸化反应，控制进入旋转床的二氧化碳气体流速与循环液体流速之比在0.05-18范围内，以使中和反应速度、碳酸化和转相过程相匹配。根据体系温度变化决定反应及转相终点，当体系的温度随时间的变化曲线达预定转相终点时，停止通二氧化碳，将反应液放出，通过减压蒸馏脱醇水、稀释、离心除渣、脱溶剂等后处理步骤，得到高碱值磺酸钙润滑油清净剂。
在上述碳酸化反应时，控制进入旋转床的二氧化碳气体流速为0.1～9m/s，循环液体流速为0.5～2m/s。
上述的中和反应、碳酸化及转相温度范围为20-70℃。
上述的碳酸化反应和转相时间为20-60分钟。
上述的磺酸盐是石油磺酸铵或合成磺酸铵。
本发明的效果本发明使反应体系在超重力旋转床的强化作用下快速发生中和反应，生成的中性磺酸钙在有机溶剂中形成反相油包水型微乳液；氢氧化钙与二氧化碳又在超重力旋转床强化条件下，反应生成纳米碳酸钙，在甲醇和氨作用下进入微乳液中心，完成转相过程。反应时间比传统釜式法缩短50％以上，磺酸钙胶束中心的碱式碳酸钙颗粒粒径小且分布均匀，粒径为20～40nm。所得的电镜照片如图3所示。
本方法制备高碱值磺酸钙润滑油清净剂的碱值和粘度等性能可通过改变旋转床的转子转速、气液比、反应温度、反应时间等工艺条件来调节，制备的高碱值石油磺酸钙润滑油清净剂，碱值一般在290-310mgKOH/g，运动粘度(100℃)小于100mm2/s，产品为棕红色透亮液体，产品质量可以控制，性能稳定。
本发明开发的工艺步骤简单，所需设备占地少、原料消耗少，产率及生产效率高，易放大。


图1是本发明制备工艺流程示意图。
图2是传统釜式搅拌法生产的高碱值磺酸钙润滑油清净剂电镜照片。
图3是本发明生产的高碱值磺酸钙润滑油清净剂电镜照片。
具体实施例方式如图1所示将石油磺酸盐或合成的磺酸盐、有机溶剂、氢氧化钙、甲醇混合反应物料倒入搅拌槽1中，混合液的配置与传统方法类似，一般磺酸盐浓度为20％-40％，短时间搅拌后，打开搅拌槽液体出口阀2，在液体循环用泵3的作用下，通过液体流量计5从旋转床7的进液口6进入旋转床中循环，液体流速的大小由流量调节阀4调节，控制流速在0.5～2m/s范围，旋转床的转速控制在100-1000转/分，从旋转床料口8出来的物料，经搅拌槽液体进口阀9(液体导向阀10关闭)，，再进入搅拌槽进行循环，同时开始升温，温度控制在20-70℃，当温度达到预定温度后，完成中和反应过程，反应物料在旋转床填料层中强化中和反应，生成的中性磺酸钙在有机溶剂中形成反相油包水型微乳液；在该预定温度下，旋转床通入二氧化碳气体，在填料层中开始碳酸化反应，二氧化碳气体由气体流量计11控制从入口12进入旋转床中，其流速为0.1～9m/s，氢氧化钙与二氧化碳在超重力旋转床强化条件下，反应生成纳米碳酸钙，在甲醇和氨作用下进入微乳液中心，快速完成转相过程。当体系的温度随时间的变化曲线达一定值时，反应及转相达到终点，该时间段约需要20-60分钟，达到终点后停止通二氧化碳，将反应液放出，反应后的剩余气体由气体出口13排出。整个体系的温度由数字控温器17控制恒温水槽18的水温来调节。反应液通过减压蒸馏脱醇水、稀释、离心除渣、脱溶剂等后处理步骤，得到纳米碳酸钙与中性磺酸钙的胶体复合物，即高碱值石油磺酸钙润滑油清净剂。
在上述中和反应和碳酸化反应及转相过程中，超重力在颗粒制备、转相以及石油磺酸铵的中和都起到重要作用。气液比和超重力机的转速控制着石油磺酸铵的中和速度、碳酸钙的生成速度和转相速度。这三个条件相互制约、相互影响，决定着制备所用时间以及产品的质量，重要的是通过控制进入超重力旋转床的气体与液体进料速比(气/液比)及旋转床转速，使之与反应温度、反应时间相匹配，可以调节磺酸钙润滑油清净剂的碱值和粘度等性能，从而控制产品质量。旋转床的转速通过调频变速仪15调节电机14的转速实现。
上述流程也可以采取关闭搅拌槽液体进口阀9，打开阀10，物料将不经过搅拌槽直接在旋转床中循环进行反应及转相。
实施例1将3000克含量为30-35％的石油磺酸铵、995克氢氧化钙、4000克有机溶剂、600克甲醇，混合后倒入循环罐1中在液体循环用泵3的作用下，通过液体流量计5从旋转床进液口6进入旋转床中，关闭阀10，打开阀9，使反应物料通过循环罐在旋转床中循环，液体循环流速为2m/s，并开始升温，当温度达到55℃时，按气/液比0.05通入二氧化碳气体，旋转床的转速为450rpm，反应50分钟后放出反应物，经过减压蒸馏脱醇水、溶剂稀释、离心除渣、减压蒸馏脱溶剂等一系列处理后，得到碱值为300mgKOH/g，运动粘度(100℃)为70mm2/s，有效组分含量为52％，浊度为20JTU的高性能高碱值石油磺酸钙润滑油清净剂，反应时间比传统釜式法至少缩短60％，二氧化碳用量减少30％，钙利用率提高25％，渣量减少30％。
实施例2将4000克含量为30-35％的石油磺酸铵、1330克氢氧化钙、4984克有机溶剂、1200克甲醇，混合后倒入循环罐中，液体循环方式同实施例1，液体循环流速为0.5m/s，并开始升温，当温度达到50℃时，按气/液比18通入二氧化碳气体，旋转床的转速为800rpm，反应30分钟后放出反应物，经过减压蒸馏脱醇水、离心除渣、减压蒸馏脱溶剂等一系列处理后，得到碱值为310mgKOH/g，运动粘度(100℃)为50mm2/s，有效组分含量为54％，浊度为15JTU的高性能高碱值石油磺酸钙润滑油清净剂，反应时间比传统釜式法至少缩短75％，二氧化碳用量减少40％，钙利用率提高30％，渣量减少31％。
实施例3将4000克含量为35％-40％的石油磺酸铵、1330克氢氧化钙、4984克有机溶剂、1200克甲醇，混合后倒入循环罐中，在液体循环用泵3的作用下，通过液体流量计5从旋转床进液口6进入旋转床中，然后关闭阀9，打开阀10使反应物料在旋转床中直接循环，液体循环流速为1m/s，并开始升温，当温度达到40℃时，按气/液比9通入二氧化碳气体，旋转床的转速为900rpm，反应45分钟后放出反应物，经过减压蒸馏脱醇水、离心除渣、减压蒸馏脱溶剂等一系列处理后，得到碱值为290mgKOH/g，运动粘度(100℃)为85mm2/s，有效组分含量为50％，浊度为25JTU的高性能高碱值石油磺酸钙润滑油清净剂，反应时间比传统釜式法至少缩短65％，二氧化碳用量减少35％，钙利用率提高40％，渣量减少40％。
实施例4将3000克含量为35-40％的石油磺酸铵、995克氢氧化钙、4000克有机溶剂、750克甲醇，混合后倒入循环罐中，液体循环流速及方式同实施例3，并开始升温，当温度达到45℃时，按气/液比5通入二氧化碳气体，旋转床的转速为100rpm，反应60分钟后放出反应物，经过减压蒸馏脱醇水、离心除渣、减压蒸馏脱溶剂等一系列处理后，得到碱值为295mgKOH/g，运动粘度(100℃)为95mm2/s，有效组分含量为53％，浊度为40JTU的高性能高碱值石油磺酸钙润滑油清净剂，反应时间比传统釜式法至少缩短50％，二氧化碳用量减少25％，钙利用率提高25％，渣量减少25％。
实施例5将3000克含量为35-40％的合成磺酸铵、995克氢氧化钙、4000克有机溶剂、750克甲醇，混合后倒入循环罐1中，液体循环流速及方式同实施例4，并开始升温，当温度达到45℃时，按气/液比9通入二氧化碳气体，旋转床的转速为1000rpm，反应35分钟后放出反应物，经过减压蒸馏脱醇水、离心除渣、减压蒸馏脱溶剂等一系列处理后，得到碱值为325mgKOH/g，运动粘度(100℃)为95mm2/s，有效组分含量为58％，浊度为40JTU的高性能高碱值石油磺酸钙润滑油清净剂，反应时间比传统釜式法至少缩短70％，二氧化碳用量减少40％，钙利用率提高25％，渣量减少25％。
权利要求
1.一种高碱值磺酸钙润滑油清净剂的制备方法，以磺酸盐、有机溶剂、甲醇、氢氧化钙为原料，包括中和反应、碳酸化反应及转相等工艺制备过程，其特征在于，在超重力旋转床强化作用下完成中和、碳酸化反应及转相过程将磺酸盐、有机溶剂、氢氧化钙、甲醇混合悬浮液在超重力旋转床填料层中进行循环，同时开始升温，旋转床的转速控制在100-1000转/分，当温度达到预定温度后，旋转床通入二氧化碳气体，进行碳酸化反应，控制进入旋转床的二氧化碳气体流速与循环液体流速之比在0.05～18范围内，根据体系温度变化决定反应及转相终点，当体系的温度随时间的变化曲线达预定转相终点时，停止通二氧化碳，将反应液放出，通过减压蒸馏脱醇水、稀释、离心除渣、脱溶剂等后处理步骤，得到高碱值磺酸钙润滑油清净剂。
2.根据权利要求1所述的高碱值磺酸钙润滑油清净剂的制备方法，其特征在于，进入旋转床的二氧化碳气体流速为0.1～9m/s，液体流速为0.5～2m/s。
3.根据权利要求1所述的高碱值磺酸钙润滑油清净剂的制备方法，其特征是碳酸化反应和转相时间为20-60分钟。
4.根据权利要求1所述的高碱值磺酸钙润滑油清净剂的制备方法，其特征是磺酸盐是石油磺酸铵或合成磺酸铵。
5.根据权利要求1所述的高碱值磺酸钙润滑油清净剂的制备工艺，其特征是反应温度为20-70℃。
全文摘要
本发明涉及一种高碱值磺酸钙润滑油清净剂的制备方法，以磺酸盐、有机溶剂、甲醇、氢氧化钙为原料，在超重力旋转床填料层中进行循环，在超重力强化作用下快速完成中和、碳酸化反应及转相过程，旋转床的转速控制在200－1000转/分，二氧化碳气体与液体流速之比为0.05－18，反应液通过减压蒸馏脱醇水、稀释、离心除渣、脱溶剂等后处理步骤，得到高碱值磺酸钙润滑油清净剂。本方法反应时间短，效率高，得到的磺酸钙胶束中心的碱式碳酸钙颗粒粒径小且分布均匀，粒径为20～40nm，产品质量容易控制，性能稳定。
文档编号C10M135/10GK1696259SQ20041003788
公开日2005年11月16日 申请日期2004年5月13日 优先权日2004年5月13日
发明者罗来龙, 陈建峰, 钱铮, 毋伟, 白生军, 初广文, 牛春革, 宋云华, 孟祥胜, 宋继瑞, 欧阳波, 韩韫 申请人:克拉玛依市金山石油化工有限公司, 北京化工大学