一种不含全氟辛酸的含氟表面活性剂及其制备方法和工艺系统的制作方法_2

文档序号:8952580阅读:来源:国知局
氣聚酸簇酸成品:碱性无机盐:去离子水=(20~30) : (5~10): (10 ~30)。
[0037] 所述的碱性无机盐为锭盐、钢盐、钟盐中的一种或多种组成的混合物。
[0038] 一种制备不含全氣辛酸的含氣表面活性剂的工艺系统,所述的工艺系统包括依次 连通的光氧化反应器、水解反应蓋、热处理反应蓋和中和反应蓋,光氧化反应器上分别连接 有全氣締控储罐和通气管,通气管为向光氧化反应器中通入混合气体的水封管,所述的混 合气体由氧气和第=单体组成,在所述的中和反应蓋上连接有存储含氣聚酸表面活性剂的 成品储罐,所述的含氣聚酸表面活性剂满足: 酸值化0H 计):< 150 mg/g; 过氧值:〇. 001 ~0. 1%,优选,0. 001 ~0. 1〇/〇; 沸点:130 ~300°C; 表面张力:1〇~30mN/m; 临界胶束浓度(CMC) :0. 05~5%; 全氣辛酸及其盐:〇, 所述的第=单体为至少含一个非氣原子的締控或烘控,如氯乙烘、偏氣乙締、氯乙締 等。
[0039] 本发明设及反应原料全氣締控、氧气和第=单体依次经光氧化反应器、水解反应 蓋、热处理反应蓋、中和反应蓋制备含氣聚酸表面活性剂的工业生产系统,制备得到的含氣 聚酸表面活性剂成品不含全氣辛酸及其盐,表面张力10~30mN/m,具有表明活性剂的两亲 特性,过氧值可W控制在0. 001~1%之间,最好控制在0. 001~0. 1%的范围内,消除了下 游厂商的生产安全隐患,具备良好的商业应用前景。
[0040] 所述的光氧化反应器为内设有石英銷和热电偶的不诱钢设备,所述的石英銷均匀 分布在W光氧化反应器中轴线为中屯、的圆周上,并沿光氧化反应器中轴线由内向外设有两 层,在所述的光氧化反应器上设有排气口。
[0041] 在所述的光氧化反应器上设有回流冷凝管,来自全氣締控储罐的全氣締控经回流 冷凝管送入光氧化反应器中,回流冷凝管的冷凝溫度为-30~-60°C,回流冷凝管的作用是 保证被氧气等混合气所夹带的全氣締控可W通过冷凝器降溫,冷凝后再返回至光氧化反应 器内。
[0042] 石英銷的作用是供紫外光灯内置;全氣締控首先通过冷凝器加入到光氧化反应器 中,然后,氧气和第=单体组成的混合气体通过水封管鼓入光氧化反应器中;回流冷凝管能 控制反应器内的溫度,使其保持在-30~-20°C之间,并通过热电截实时测量反应器内部的 溫度,排气口用于排出未反应的全氣締控,可回收、冷凝后继续用作光氧化原料使用。
[0043] 所述的水解反应蓋为碳钢衬氣或碳钢喷涂聚四氣涂料的反应设备,其优势在于防 止反应系统被,水解过程中所释放出得强酸性物质所腐蚀,延长设备的使用寿命,降低生产 成本及设备投资,在水解反应蓋上设有供光氧化反应产物和去离子水加入的液相加料口、 排空口和冷却夹套,在水解反应蓋内设有揽拌器,设置排空口能及时排出水解过程中所产 生的酸性气体,通常情况下,水解反应蓋内也设有热电偶,用于测量设备内部的实时溫度。
[0044] 在实际生产过程中,首先在水解反应蓋中加入去离子水,然后再加入光氧化反应 产物(含酷氣端基产物),开启揽拌器,并向冷却夹套中通入冷却水,然后通过液相加料口继 续向水解反应蓋内加入光氧化反应产物,通过控制阀口开度,调节加入速度,加入速度为 1~10化/H,进一步可控制在20~30L/H,同时通过控制冷却水进入冷却夹套的量来控制水 解反应蓋内液相流体的溫度在10~50°C之间,进一步的溫度可控制在30~40°C之间。
[0045] 待光氧化反应产物全部加入至水解反应蓋中后,继续揽拌0.5~化,进一步控制 揽拌时间在0. 8~比,随后停止揽拌,静置分层,去除上层水,得到水解产物(一端带簇酸酸 性基团的含氣低聚合物)并送至热处理反应蓋,所述的热处理反应蓋为碳钢衬氣或碳钢聚 四氣乙締喷涂的反应设备,在所述的热处理反应蓋上设有揽拌器、加热内盘管、加热夹套、 导热油装置。
[0046] 水解产物进入热处理反应蓋后,开启导热油装置及导热油循环累,开启揽拌器,导 热油通过加热夹套,对热处理反应蓋内的物料进行加热,控制蓋内物料溫度30(TC,进一步 控制在200~260°C之间,反应系统压力保持在4Mpa,保持此溫度和压力,并维持1~化,进 一步控制在2~3小时内,使得水解产物的活性氧(过氧)受热分解,得到热处理产物(一端 带簇酸及其盐的含氣油性聚合物)的活性氧含量小于Ig/lOOg,进一步的,活性氧含量小于 1 ~0. 8g/100g。
[0047] 所述的中和反应蓋为不诱钢反应蓋,在中和反应蓋上设有供碱性溶液和去离子水 加入的加料口和冷却水夹套,在中和反应蓋内设有揽拌器。
[0048] 热处理产物和去离子水进入中和反应蓋后,开启揽拌器,充分混合后,慢慢加入碱 性溶液巧日:碱金属水溶液或氨水水溶液),中和热处理产物的酸性,控制碱金属水溶液或氨 水的加入量,保持含氣聚合物水溶液的抑值在8~11之间,进一步控制在9~10之间, 在中和过程中,冷却水通入至冷却水夹套中,通过控制冷却水流量,实现反应体系溫度的控 审IJ,控制在15~50°C之间,进一步的,溫度控制在20~40°C为佳。
[0049] 在上述过程中,碱金属水溶液可选自氨氧化钢、氨氧化钟中的一种。
[0050] 一种制备不含全氣辛酸的含氣表面活性剂的连续化工艺系统,所述的工艺系统包 括依次相连的光氧化反应回路、水解单元和成盐配置单元,光氧化反应回路包括全氣締控 储罐、第=单体储罐、光氧化反应器和气液分离器,在光氧化反应器的入口连接有气液混合 器,全氣締控、第=单体和氧气经气液混合器送入光氧化反应器,气液分离器连接在光氧化 反应器的出口上,气液分离器的气相出口与全氣締控储罐连接,气液分离器的液相出口与 水解单元连接;在成盐配置单元上连接有存储含氣聚酸表面活性剂的成品储罐,所述的含 氣聚酸表面活性剂满足: 酸值化0H 计):< 150 mg/g; 过氧值:〇. 001 ~0. 1%,优选,0. 001 ~0. 1〇/〇; 沸点:130 ~300°C ; 表面张力:1〇~30mN/m ; 临界胶束浓度(CMC) :0. 05~5%, 全氣辛酸及其盐:〇, 所述的第=单体为至少含一个非氣原子的締控或烘控,如氯乙烘、偏氣乙締、氯乙締 等。
[0051] 本发明设及的连续化工艺系统主要由光氧化反应回路、水解单元和成盐配置单元 =部分组成,原料全氣締控、第=单体光和氧气经氧化反应回路后制得含酷氣端基产物,未 反应的全氣締控被回用再利用,含酷氣端基产物经水解后制得一端带簇酸酸性基团的含氣 低聚合物,然后再经成盐配置制得含氣表面活性剂成品,本工艺系统可采用持续进料和出 料的方式,改变了 W往传统间歇法生产时产品分子量分布宽,有大量高沸点的副产物生成, 单蓋产量低,产品总收率低于15%,氧化产品含过氧值大于2%,后处理损失大,产品质量波 动大等缺陷,可实现连续的工业化生产。
[0052] 所述的光氧化反应回路还包括预冷反应原料和预冷气液分离器回收气体的冷凝 器,所述冷凝器的数量为=组,一组连接在第=单体储罐上;一组连接在全氣締控储罐上; 一组连接在全氣締控储罐与气液分离器的气相出口之间,使用冷凝器对原料预冷的目的 是:确保反应物料在进反应系统前达到工艺所要求的进料溫度并保持不变,确保工业生产 效率。
[0053] 为方便反应原料的持续进料,所述的光氧化反应器为由玻璃管串联组成的管式反 应器,沿玻璃管的串联方向均匀布置有一组W上的紫外光圈,每组紫外光圈由距离玻璃管 外径1~5mm圆周上均匀布置的LED紫外灯珠组成,LED紫外灯珠的发光面对应在玻璃管 上。
[0054] 为保证工艺系统的顺利生产,所述玻璃管的数量为50~100根,每根玻璃管的长 度为1~2m。
[0055] 进一步的,所述LED紫外灯珠的数量为50~100个,每个LED紫外灯珠的波长为 365 ~405nm。
[0056] 所述的水解单元包括循环水系统、与气液分离器的液相出口相连的水解反应器、 连接水解反应器出口的=相分离器,水解反应器的入口和=相分离器的水相出口均与循环 水系统相连接,在=相分离器的气相出口设有尾气排空口,在=相分离器的油相出口上设 有与成盐配置单元相连接的含氣低聚合物储罐。
[0057] 在所述的水解反应器内设有混合挡板。
[0058] 所述的水解反应器为由钢衬树脂管道串联组成的管式反应器,钢衬树脂管道的内 径为20~40mm。
[0059] 在上述结构中,循环水系统提供水解过程使用的水;水解反应器内的混合挡板,保 证了水和光氧化反应产物(含酷氣端基产物)的充分反应,水解反应器采用管式反应器,能 实现持续进料和出料的生产方式,水解后的物料送至=相分离器,尾气排空口能及时排出 水解过程中所产生的酸性气体,油相出口将一端带簇酸酸性基团的含氣低聚合物送至含氣 低聚合物储罐。
[0060] 本发明设及的成盐配置单元由=部分组成,分别是去除含氣低聚合物中无机酸的 水洗流程、脱出含氣聚酸簇酸半成品中所溶解的水和低分子并获得含氣聚酸簇酸成品的精 制流程,将含氣聚酸簇酸成品中和后制得含氣聚酸表面活性剂的中和流程,其工艺系统如 下: 所述的成盐配置单元包括依次相连的的水洗流程、精制流程和中和流程,水洗流程包 括依次与含氣低聚合物储罐相连的水洗蓋、第一油水分离器和第二油水分离器,水洗蓋入 口、第一油水分离器水相出口、第二油水分离器水相出口均与循环水系统连接,在第二油水 分离器油相出口上设有与精制流程相连接的含氣聚酸簇酸半成品储罐;成品储罐连接在中 和流程上。
[0061] 所述的精制流程包括依次与含氣聚酸簇酸半成品储罐相连的预热器和脱低器,在 所述的脱低器上设有与中和流程相连接的含氣聚酸簇酸成品储罐和排空口。
[0062] 所述的中和流程包括中和配置罐,在中和配置罐入口连接有碱液配置罐和纯水配 置罐,中和配置罐出口连接成品配置罐。
[0063] 在所述的预热器和脱低器上均连接有提供热源的导热油系统。
[0064] 为保证光氧化反应和水解反应时反应溫度的可控性,在所述的光氧化反应器、冷 凝器、第=单体储罐、全氣締控储罐、水解反应器上均连接有控制溫度的冷冻液循环系统。
[0065] 在连接气液分离器气相出口与全氣締控储罐的冷凝器上设有尾气出口,所述的尾 气出口、尾气排空口和排空口上连接有处理尾气的尾气净化塔,降低环保压力。
[0066] 本发明与现有技术相比,具有W下优点及有益效果: (1)本发明主要解决了现有含氣表面活性剂对环境污染的问题及8碳直链结构的全氣 辛酸及其盐和全氣辛横酸及其盐对人体的有害影响,提出了结构主体为C-0-C酸键结构的 含氣表面活性剂,该结构在大自然中很容易被分解,已被证实对人体无害,且具有表面活性 剂的两亲结构。
[0067] (2)本发明设及的含氣表面活性剂为不含全氣辛酸及其盐的含氣低聚物,分子量 可W控制在200~600之间,过氧值可W控制在0. 001~1%的范围内,不仅具有良好的表 面活性特征,应用在下游厂商时,不易发生过氧键断裂而引起爆炸,也避免了下游厂商为消 除过氧键而造成的生产安全隐患,极具商业应用价值。
[0068] (3)在本发明满足的结构式中,决定含氣聚酸簇酸盐的n值在1~10之间,最好在 1~2,很好的平衡含氣表面活性剂的亲油和亲水基团的性能,除使其具有很好的表面活性 夕F,还能有效的降低溶液的表面张力。 W例 (4)本发明所设及的制备方法是采用全氣締控、氧气和第S单体为原料, 在-20~-25°C的溫度下经光氧化反应后,合成带酷氣端基且分子量在100~1000的全氣 聚酸酷氣(含酷氣端基产物),并通过水解、除过氧处理和中和步骤,得到具有两亲结构,在 溶液表面可W定向排列,有效降低溶液表面张力且过氧值满0. 001~1%的含氣表面活性剂 成品,不用进行任何处理,便可应用下游生产。该制备方法与现有技术的区别在于,反应溫 度高,不需要冷媒溫度控制在-45°C,因此,无需复叠式制冷机组,能耗大大降低,适宜工业 化规模生产。
[0070] (5)本发明可采用连续化的生产工艺,W全氣締控、氧气和第=单体为原料,在 0~20°C的溫度和0. 1~0. 5Mpa的压力下经光氧化反应后,再通过水解、成盐配置制得过 氧值满足0. 001~1 %的含氣表面活性剂成品,光氧化反应和水解采用持续进料和出料方 式,特别是光氧化反应中溫度和压力的控制W及持续进料和出料方法的配合下,严格的控 制了氧气和全氣締控的配比和在反应器中的反应时间,基本消除了氧化产物在反应器内的 反混效应,对含氣表面活性剂的过氧值具有良好的控制效果。
[0071] (6)通过本发明制备工艺的各步骤中参数的配合和适当调整,含氣聚酸簇酸盐的n 值能得到精确的控制,且分子量得控制在200~600之间,得到含氣聚酸的低聚物,增加其 表面活性,所生产的含氣表面活性剂的端基簇酸含量能控制在>99%,选择性高。
[0072] (7)本发明设计合理,光氧化过程中过量的全氣締控,不用通过精馈,水洗,碱性和 干燥等复杂的回收工艺,通过简单的蒸发冷凝回收后,可直接用于下一次的合成反应,无需 复杂的回收处理过程,大大降低的能耗及原料消耗。
[0073] (8)本发明可实现连续化的工业生产,光氧化反应和水解过程可采用能持续进料 和出料的管道式反应器,改变了传统间歇法生产时产品分子量分布宽,有大量高沸点的副 产物生成,单蓋产量低,产品总收率低于15%,氧化产品含过氧值大于2%,后处理损失大,产 品质量波动大等缺陷。
[0074] (9)本发明的制备方法分别对应间歇式生产工艺系统和连续化生产工艺系统而设 计,为得到过氧值满足0. 001~1%的含氣表面活性剂成品,在间歇式生产工艺系统中,采用 全氣締控、氧气和第=单体的合理配比,W及反应溫度和压力的控制,来实现产物中过氧值 含量的控制;在连续化生产工艺系统中,在上述控制方式的基础上,采用连续进料和出料的 方式,进一步控制氧气和全氣締控在反应器中的停留时间,来实现产物中过氧值含量的控 审IJ,经实际操作证明,上述方法均能制得过氧值满足0. 001~0. 1%的不含全氣辛酸及其盐 的含氣表面活性剂成品,具有良好的市场价值。
[00巧](10)本发明采用的管道连续化反应,可W消除蓋式反应器所带来的物料反混问 题,对反应产物,原料之间的配比实现了严格控制,原料在管道式反应器内的停留时间相 同,所W得到的产物的分子量均匀一致,n值的变化范围进一步控制在1~2之间,蓋式反 应器间歇操作的n值范围很大在1~20之间,因此采用连续化工艺系统生产不含全氣辛酸 的全氣聚酸含氣表面活性剂的有效产率比间歇蓋式反应器提高6倍,全氣含氣表面活性剂 的得率可W高达95% W上,而间歇蓋式反应器的成品产率只有15%,原料消耗很大,且副产 物多无法处理,带来很大的环境问题。
[0076](11)本发明采用的连续化工艺生产能提高含氣表面活性剂成品的单位时间产量, 反应属于气液两相反应,间歇式蓋式反应器由于设备本身结构问题,不能很好的控制气相 反应物在反应蓋内的停留时间,所W间歇式蓋式反应器的单位时间产量很低,只有0.5~ 化g/h,采用连续流工艺生产不含全氣辛酸的含氣表面活性剂,由于增加了气相物料在反应 系统中的停留时间,强制混合气相和液相物料,使得用连续流工艺生产的产品的单位时间 产量提高,可W达到60kg/小时,是蓋式反应器的60倍。
【具体实施方式】
[0077] 下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。 W7引实施例1 : 本实施例提出了一种不含全氣辛酸的含氣表面活性剂,该含氣表面活性剂是由至少一
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