适用于清洁压裂液用表面活性剂制备系统

本发明涉及石油工程及化工加工设备，特别涉及适用于清洁压裂液用表面活性剂制备系统。

背景技术：

1、目前表面活性剂(甜菜碱)的合成通常采用氯乙酸钠+水介质法或氯乙酸乙酯+有机溶剂法；其中，氯乙酸钠+水介质法即用氯乙酸钠与叔胺在弱碱性环境的水介质中反应，通过控制一定的原料摩尔比、反应温度和反应时间，得到目标产物；由于工业品中氯乙酸比氯乙酸钠更易储存和运输，因此需要预先制备氯乙酸钠：clch2cooh+naoh→clch2coona+h2o+q(热量)；将氯乙酸钠的ph值控制为7～8，然后用氯乙酸钠与叔胺进行季铵化反应：碱性条件有利于季铵化反应，此时碳氯键易断裂，碳氮键易形成；但该反应中氯乙酸钠在反应条件下易分解，导致最终产品产率降低；而氯乙酸乙酯+有机溶剂法的目的是变非均相反应为均相反应，用正丁酮作溶剂，以氯乙酸乙酯取代氯乙酸，在回流温度(80℃)下反应一定时间，然后蒸出溶剂，用正己烷萃取未反应叔胺和氯乙酸乙酯，得到中间产物氯化季铵酯，再在氢氧化钠的乙醇溶液中水解、除盐、脱溶剂，得到淡黄色粘稠产物；但因使用有机溶剂，工艺后期涉及有机溶剂的回收问题，大大增加了整个工艺的成本。

2、因此，本发明提供一种适用于清洁压裂液用表面活性剂制备系统，用于抑制氯乙酸钠的水解，并克服工艺后期需要回收有机溶剂的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供适用于清洁压裂液用表面活性剂制备系统，主要解决了现有技术中所提到的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、适用于清洁压裂液用表面活性剂制备系统，所述制备系统包括；

4、反应釜，所述反应釜用于加入叔胺和氯乙酸溶液进行混合反应；

5、蒸馏塔，所述蒸馏塔的进料端与所述反应釜的出料端连接，并通过输送泵将所述反应釜内的叔胺和氯乙酸溶液的混合物加入到所述蒸馏塔内，使得所述蒸馏塔将叔胺和氯乙酸溶液的混合物加热至90℃-110℃进行蒸馏分层，得到中间体和澄清水；

6、反应器，所述反应器的进料端与所述蒸馏塔的出料端连接，所述反应器用于加入所述中间体和氢氧化钠溶液进行季铵化反应，得到表面活性剂的预制品；

7、锅炉，所述锅炉的出气端与所述蒸馏塔的进气端连接，并通过电动加压泵将所述锅炉内产生的蒸气加压后泵入到所述蒸馏塔内，将所述蒸馏塔的内部温度加热至90℃-110℃。

8、优选的，所述制备系统还包括；

9、粉碎机，所述粉碎机的进料端与所述反应器的出料端连接，所述粉碎机用于对所述表面活性剂的预制品进行粉碎；

10、干燥器，所述干燥器的进料端与所述粉碎机的出料端连接，所述干燥器用于对粉碎后的所述表面活性剂的预制品进行干燥，得到粉末状的表面活性剂；

11、产品罐，所述产品罐的进料端与所述干燥器的出料端连接，所述产品罐用于储存所述粉末状的表面活性剂。

12、优选的，所述蒸馏塔与所述反应器之间设置有混合容器，所述混合容器的进料端与所述蒸馏塔的出料端连接，所述混合容器的出料端与所述反应器的进料端连接，所述混合容器用于对所述中间体进行自然冷却，使得所述中间体的温度由90℃-110℃下降至70℃-90℃。

13、优选的，所述混合容器内部设置有搅拌结构，用于对所述中间体进行搅拌，使得所述中间体在自然冷却过程中不会立刻分层。

14、优选的，所述蒸馏塔的顶端设置有排气口，所述排气口处连接有冷却塔，所述冷却塔用于对所述蒸馏塔内排出的高温气体降温后，进行排放；

15、所述冷却塔的底部水箱与所述蒸馏塔的排气口连通，用于所述蒸馏塔使用结束后，将所述冷却塔的底部水箱内的水通过水泵泵入到所述蒸馏塔内，进行反冲洗。

16、优选的，所述蒸馏塔的底端设置有排水口，所述排水口通过电磁四通阀分别连接有排水管、回流管和补水管；

17、所述排水管的另一端连接有废水收集桶，用于对所述蒸馏塔内反冲洗后产生的废水进行回收；

18、所述回流管的另一端连接有水槽，用于对所述蒸馏塔内分层后形成的澄清水进行回收；

19、所述补水管的另一端与所述锅炉的进水口连通，用于通过水泵将所述水槽内的澄清水泵入到所述锅炉内，进行补水。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

21、本发明中，该制备系统通过改变表面活性剂制备原料的加料方式，先将叔胺与氯乙酸溶液的物质的量比按1：1-1.10混合，剧烈搅拌，并蒸馏加热到回流温度(90℃-110℃)，形成乳状液；使得该乳状液具有一定的稳定性，即使停止搅拌，也不会立刻分层；然后往乳状液中缓慢加入氢氧化钠溶液，使其与乳状液反应就地生成氯乙酸钠，与叔胺进行季铵化反应，能够抑制氯乙酸钠的水解，提高表面活性剂的最终产率；同时随着反应的进行，生成的甜菜碱又起到了乳化剂的作用，使得该制备系统在制备过程中，不需要加入有机溶剂，因此在工艺后期不需要回收有机溶剂，能够降低整个工艺的成本。

技术特征：

1.适用于清洁压裂液用表面活性剂制备系统，其特征在于：所述制备系统包括；

2.根据权利要求1所述的适用于清洁压裂液用表面活性剂制备系统，其特征在于：所述制备系统还包括；

3.根据权利要求1所述的适用于清洁压裂液用表面活性剂制备系统，其特征在于：所述蒸馏塔(2)与所述反应器(3)之间设置有混合容器(8)，所述混合容器(8)的进料端与所述蒸馏塔(2)的出料端连接，所述混合容器(8)的出料端与所述反应器(3)的进料端连接，所述混合容器(8)用于对所述中间体进行自然冷却，使得所述中间体的温度由90℃-110℃下降至70℃-90℃。

4.根据权利要求3所述的适用于清洁压裂液用表面活性剂制备系统，其特征在于：所述混合容器(8)内部设置有搅拌结构，用于对所述中间体进行搅拌，使得所述中间体在自然冷却过程中不会立刻分层。

5.根据权利要求3所述的适用于清洁压裂液用表面活性剂制备系统，其特征在于：所述蒸馏塔(2)的顶端设置有排气口，所述排气口处连接有冷却塔(9)，所述冷却塔(9)用于对所述蒸馏塔(2)内排出的高温气体降温后，进行排放；

6.根据权利要求5所述的适用于清洁压裂液用表面活性剂制备系统，其特征在于：所述蒸馏塔(2)的底端设置有排水口，所述排水口通过电磁四通阀分别连接有排水管(10)、回流管(11)和补水管(12)；

技术总结
本发明涉及石油工程及化工加工设备技术领域，特别涉及适用于清洁压裂液用表面活性剂制备系统；包括反应釜，反应釜用于加入叔胺和氯乙酸溶液进行混合反应；并通过输送泵将反应釜内的叔胺和氯乙酸溶液的混合物加入到蒸馏塔内,进行蒸馏分层；本发明中，先将叔胺与氯乙酸溶液混合，剧烈搅拌，并蒸馏加热到回流温度，形成乳状液；使得该乳状液具有一定的稳定性，即使停止搅拌，也不会立刻分层；然后往乳状液中缓慢加入氢氧化钠溶液，使其与乳状液反应就地生成氯乙酸钠，与叔胺进行季铵化反应，能够抑制氯乙酸钠的水解，提高了活性剂的最终产率；并随着反应的进行，生成的甜菜碱又起到了乳化剂的作用，在制备过程中不需要加入有机溶剂。

技术研发人员：王瑞飞,张群正,柯从玉,任大忠,秦文龙,吴珉
受保护的技术使用者：西安石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14