一种脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的生产工艺及其生产系统
阅读说明：本技术 一种脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的生产工艺及其生产系统 (Production process and production system of fatty alcohol-polyoxyethylene ether sodium sulfate ) 是由 史立文 刘炜康 葛赞 邹欢金 胡剑品 钟凯 雷小英 李伏益 李帮国 洪郑 于 2020-12-22 设计创作，主要内容包括：本发明属于精细化工技术领域,目的是提供一种脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的生产工艺,该工艺使用的磺化剂SO-3气体是以液硫和压缩冷却后的工艺空气燃烧得到SO-2/空气混合气体,在转化塔中经催化剂作用氧化生成SO-3/空气混合气体,转化塔出口的混合气体经冷却、雾化罐雾化脱酸、除雾器过滤后可直接用于磺化脂肪醇聚氧乙烯醚,得到符合要求的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠。本发明的工艺技术与目前报道的工艺相比对工艺空气的露点要求低,生产设备简化,工艺流程缩短,工艺能耗少,因此在实际生产上具有广阔的应用前景。(The invention belongs to the technical field of fine chemical engineering, and aims to provide a production process of fatty alcohol-polyoxyethylene ether sodium sulfate, wherein a sulfonating agent SO used in the production process 3 The gas is SO obtained by burning liquid sulfur and compressed and cooled process air 2 The mixed gas/air is oxidized into SO in a conversion tower under the action of a catalyst 3 The mixed gas at the outlet of the conversion tower can be directly used for sulfonating fatty alcohol-polyoxyethylene ether after cooling, atomizing and deacidifying in an atomizing tank and filtering by a demister to obtain the fatty alcohol-polyoxyethylene ether sodium sulfate meeting the requirements. Compared with the currently reported process, the process technology of the invention has the advantages of low dew point requirement on process air, simplified production equipment, shortened process flow and low process energy consumption, thereby having wide application prospect in actual production.)
技术领域
本发明属于精细化工技术领域，涉及脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的生产工艺，具体地说是一种以优化燃硫法得到合适气体浓度的SO3/空气混合气体，用于磺化脂肪醇聚氧乙烯醚的生产工艺及其生产系统。
背景技术
磺化/硫酸化反应(统称磺化反应)作为工业上生产颜料、染料、农药和有机中间体等产品所采用的主要化学方法，在国内外均获得广泛研究。通过使用不同的磺化剂将(-SO3)基团引入有机物分子中，使有机物分子具有(-CS(O2)OX)结构，得到多种产物，包括磺酸(X＝H)、硫酸盐(X＝M，M为金属阳离子)、磺酰卤(X为卤素)等，并且使有机物分子具有乳化、发泡、润湿等多种表面活性；同时利用(-CS(O2)OX)基团的可水解性，赋予有机物分子较好的水溶性；选择性磺化在医药生产领域用于分离异构体，得到一系列的中间产物。但磺化反应在工业上最主要的应用还是在阴离子表面活性剂领域，用于生产磺化产物，其中主要的有烷基苯磺酸、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯等，前者广泛用于制备洗涤剂，后者在香波、沐浴乳、餐具洗涤剂上应用广泛，数据显示仅2015年就有超过200万吨磺化产物用于家庭洗护产品销往全球，这在整个表面活性剂产品中占据极高的比例。工业生产上磺化工艺所采用的磺化剂种类繁多，常见的有SO3、不同浓度的硫酸、发烟硫酸、亚硫酸盐和氯磺酸等，不同的磺化剂性能不同，所使用的场合也不同，SO3磺化由于工艺先进、磺化产品质量高而被广泛推广使用。
SO3是理论上用于有机原料磺化最直接的磺化剂，并且反应物原料使用配比更接近理论值。SO3分为液体SO3和气体SO3，液体SO3磺化时反应剧烈，只适用于部分不活泼芳香化合物，且对产物在反应温度下的黏度有严格要求，且液体SO3储存过程中对温度要求较高，必须避免低温导致液体凝固；由于反应过程激烈，导致实际控制过程中SO3用量难于准确控制，造成整体工艺复杂，国内只有少数企业使用。气体SO3使用过程中不产生废酸，对设备无腐蚀，对环境无污染，为了控制反应速率通常使用气体或溶液对其进行稀释后再使用，避免反应过程激烈难于控制。由于SO3存在自聚合趋势，自身受温度影响会逐步向高熔点晶型转变，所以在考虑使用成本的前提下，以硫磺燃烧、转化、干燥空气稀释获得一定气浓的SO3/空气混合气体的燃硫法磺化发生工艺成为企业首选。
在磺化工艺生产装置上，包括Ballestra，Chemithen，Messaniche，Moderne及Lion等公司在SO3/空气发生工艺上的差别甚微，大致流程为：压缩空气经冷却干燥后得到露点在-60℃以下的干燥空气，进入燃硫炉中与液体硫磺接触，点火燃烧，得到携带大量热量的SO2混合气体；随后混合气体经冷却至450℃后进入转化塔，在催化剂作用下继续氧化为SO3，SO3/空气经过多级冷却器冷却至45-55℃，通过除雾器滤去少量酸雾后即可进入磺化器参与反应。干燥的SO3/空气对获得优质高产的磺化产品是极其重要的，空气中水分会导致生成硫酸和发烟硫酸，它们会对设备造成腐蚀，而且进入磺化器后会使产品色泽变深及发生副反应，产生非预期的副产物，影响产品质量，因此必须保证将工艺空气干燥至露点达到-60～-70℃。工艺空气的干燥需要使用再生填料(硅胶、活性氧化铝)填充的干燥塔内进行，干燥塔分为上下两层，交替使用，填料吸收水分后需干燥脱水、冷却后重使用，因此两层干燥层一层使用，一层再生做准备，这就导致整体工艺复杂化，干燥空气的露点波动又会对后续产品质量产生较大影响，不利于持续化生产。
由于燃硫法SO3/空气混合气体发生工艺对干燥空气露点要求严格，工艺流程长，操作复杂，对产品质量的影响因素较多，主要是工艺空气中的水分对磺化产品的质量有较大影响，而目前直接利用冷却空气进行SO3/空气发生的磺化工艺还未见报道。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的生产工艺；该工艺无需露点很低的干燥工艺空气，通过冷却空气与液硫燃烧、转化塔转化、冷却和雾化喷射、二级冷却、除雾器过滤后即可用于脂肪醇聚氧乙烯醚的磺化，且得到的产品品质与现有工艺条件生产的产品品质相同；该工艺控制条件简单，在现有生产装置上改造就可方便实现。
本发明还提供了该生产工艺所使用的生产系统。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的生产工艺，包括以下步骤：
1)外界空气经空气过滤器除杂后进入罗茨风机进行升温增压，随后输送至空气低温冷凝器中，通过两种冷却介质的降温处理，脱除空气中大部分的水蒸气，得到的冷却空气由燃硫炉气相入口进入燃硫炉；同时液体硫磺通过液硫输送泵由燃硫炉液相入口进入燃硫炉，与冷却空气逆流接触，点火燃烧，产生SO2气体；
2)稀释后的SO2气体进入转化塔中，经过催化后得到SO3气体并与冷却空气混合稀释，稀释后的SO3/空气混合气体经过一级空气冷却器冷却后进入雾化罐，通过雾化喷入发烟硫酸或液体SO3，脱除SO3/空气混合气体中析出的硫酸液滴；
3)脱除硫酸液滴后的SO3/空气被二级空气冷却器进一步冷却，通过除雾器除去少量酸雾后进入磺化器，与脂肪醇聚氧乙烯醚进行磺化反应；
4)反应后的硫酸酯经旋风分离器脱除气体后经中和混合泵将工艺水和液碱一起输送至中和混合器，中和后完成后得到产品脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤1)中空气低温冷凝器出口冷却气体温度为4-8℃。
作为本发明的一种优选方案，所述液体硫磺的流量和进入磺化器中脂肪醇聚氧乙烯醚流量的摩尔配比在1.02-1.12:1。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤1)中燃硫炉出口的SO2气体温度为450-700℃。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤2)中转化塔出口SO3/空气混合气体温度在440-470℃。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤2)中SO3/空气混合气体经一级空气冷却器后冷却温度为270℃，雾化喷入发烟硫酸或液体SO3的流量为入口气体流量的0.1-0.5‰，喷射液滴的粒径控制在20-80μm。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤3)中SO3/空气混合气体经二级空气冷却器后冷却温度为45-60℃，此时SO3气体体积浓度为3-6％。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤4)中工艺水流量为酸酯流量的15-20％，32％液碱流量为酸酯流量的35-40％。
本发明还提供了该脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的生产系统，所有装置依次以管道连接，包括空气过滤器、罗茨风机、空气低温冷凝器、燃硫炉、转化塔、一级空气冷却器、雾化罐、二级空气冷却器、除雾器和磺化器、气液分离器，中和混合泵、中和混合器。
所述燃硫炉设置有液体硫磺入口；所述一级空气冷却器设置有烟酸排出口；所述雾化罐设置有烟酸排出口；所述二级空气冷却器设置有烟酸排出口；所述除雾器设置有烟酸排出口；所述磺化器设置有脂肪醇聚氧乙烯醚入口；所述气液分离器有酸气排出口；所述中和混合器有气体排出口。
作为本发明的一种优选方案，所述的所述空气低温冷凝器内存在两种冷却介质流动管道，循环冷却水和冷冻乙二醇水溶液管道，压缩空气在冷凝器中依次经过两种冷却介质换热；所述的雾化罐设置有雾化烟酸喷入口，且雾化罐有较大的体积保证足够的气体停留时间，雾化罐接收来自一级空气冷却器的SO3/空气混合气体，顶部与二级空气冷却器相连通。
与已有工艺技术相比，本发明涉及的的工艺技术具有如下优点：
1)本发明涉及的工艺经空气低温冷凝器得到温度为4-8℃的冷却空气后无需硅胶干燥塔进一步干燥除水，对使用的工艺空气露点要求低。这是因为在本发明提供的燃硫法气体SO3/空气发生工艺中，直接使用冷却空气和液体硫磺进行燃烧、转化得到SO3/空气混合气体后，通过一级空气冷却器对混合气体进行降温，温度控制在硫酸沸点以上，此时由于降温导致气体相对湿度变化较大，残留的水分会逐渐析出，和SO3作用形成硫酸液滴，即发烟硫酸；而在雾化罐内通过雾化喷入发烟硫酸或液体SO3，通过控制喷入流量改变液滴粒径大小，使已经析出的硫酸液滴分子间互相聚合，粒径迅速扩大，受重力沉降作用逐渐与气体发生脱离，在雾化罐中沉降下落，而轻组分气体则继续从罐顶排出，避免了工艺空气中残留水分对磺化产品的影响；
2)本发明涉及的气体发生工艺流程中无需硅胶塔干燥环节，使用设备成本和能耗大幅降低，且能够缩短开、停车时间；
3)本发明涉及的工艺流程较短，控制简单，得到的SO3/空气混合气体用于磺化脂肪醇聚氧乙烯醚得到的产品脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸品质与原工艺相同，达到产品合格标准。
附图说明
图1是本发明提供的生产系统的结构示意图。
图中，1为空气过滤器，2为罗茨风机，3为空气低温冷凝器，4为燃硫炉液体硫磺入口，5为燃硫炉，6为转化塔，7为一级空气冷却器，8为雾化罐，9为二级空气冷却器，10为除雾器，11为磺化器，12为空气低温冷凝器中冷却水管道，13为空气低温冷凝器中冷冻乙二醇水溶液管道，14为一级空气冷却器烟酸排出口，15为雾化罐烟酸排出口，16为二级空气冷却器烟酸排出口，17为除雾器烟酸排出口，18为雾化罐雾化发烟硫酸喷入口，19为磺化器脂肪醇聚氧乙烯醚入口，20为气液分离器，21为中和混合泵，22为中和混合器，23为气液分离器酸气排出口；24为中和混合器气体排出口；25为产品出口。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作详细说明，下述实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
参见图1，本发明提供一种脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的生产系统，所有装置依次以管道连接，包括空气过滤器1、罗茨风机2、空气低温冷凝器3、燃硫炉5、转化塔6、一级空气冷却器7、雾化罐8、二级空气冷却器9、除雾器10和磺化器11、气液分离器20，中和混合泵21与中和混合器22。
所述燃硫炉5设置有液体硫磺入口4；所述一级空气冷却器7设置有烟酸排出口14；所述雾化罐8设置有烟酸排出口15；所述二级空气冷却器9设置有烟酸排出口16；所述除雾器10设置有烟酸排出口17；所述磺化器11设置有脂肪醇聚氧乙烯醚入口19；所述气液分离器20有酸气排出口23；所述中和混合器22有气体排出口24。
所述空气低温冷凝器3内存在两种冷却介质流动管道，循环冷却水管道12和冷冻乙二醇水溶液管道13，压缩空气在空气低温冷凝器3中依次经过两种冷却介质换热；
所述的雾化罐8设置有雾化烟酸喷入口18，且雾化罐8有较大的体积保证足够的气体停留时间，雾化罐8接收来自一级空气冷却器7的SO3/空气混合气体，顶部与二级空气冷却器9相连通。
实施例1
本实施例提供了一种脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的生产工艺，流量为4580m3/h的外界空气经过滤器除杂后进罗茨风机进行压缩，在风机出口处压力增加到56KPa左右，随后气体进入低温空气冷凝器；低温空气冷凝器中热空气依次经两种冷却介质冷却，分别为冷却水和0±4℃的乙二醇溶液，热空气经过两种冷却介质后得到温度为8℃的冷却空气；冷却空气直接进入燃硫炉，与液硫输送泵输送的流量为240kg/h的液体硫磺在燃硫炉内燃烧，形成SO2/空气混合气体，燃硫炉出口温度在600℃；SO2/空气混合气体经过转化塔上部的空气冷却器冷却至450℃左右，随后在转化塔中经过负载有V2O5的催化床，将SO2催化、转化为SO3，最终在转化塔出口得到温度在480℃的SO3/空气混合气体；SO3/空气混合气体进入一级空气冷却器冷却到270℃后进入雾化罐，雾化罐上部用喷头雾化喷入60％发烟硫酸(另一生产线用液体SO3进行对照)，通过调整喷入发烟硫酸的流量在200L/h，控制雾化发烟硫酸的粒径在60μm左右，此时SO3/空气混合气体中开始析出发烟硫酸，与雾化喷入的发烟硫酸结合，粒径变大受重力作用沉降至罐底，SO3/空气则从雾化罐顶部流出；经过雾化罐的SO3/空气混合气体进入二级空气冷却器冷却至55℃，此时SO3气体体积浓度为5.5％，同时调节脂肪醇聚氧乙烯醚流量为1745kg/h，与SO3/空气混合气体一起进入磺化器进行反应。以燃硫法气体SO3/空气发生工艺得到的混合气体从磺化器顶部进入分布器，与有机料泵输送的脂肪醇聚氧乙烯醚在磺化器中进行反应，反应放热量大应用循环水及时移走反应热，控制磺化器循环冷却水温度在32℃左右，此时在磺化器底部得到硫酸酯；硫酸酯通过气液分离器和旋风分离器，将酸性气体和酸酯进行分离，气体去尾气吸收工段，液体酸酯则通过中和混合泵将32％液碱(920kg/h)和工艺水(450kg/h)一起输送至中和混合器，中和后得到产品脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠。
对比例：与实施例1相同，唯一不同的是不经过雾化罐，无雾化样本。
所获得的产品检测数据见表1：
表1.检测数据
实施例2
本实施例提供了一种脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的生产工艺，流量为4200m3/h的外界空气经过滤器除杂后进罗茨风机进行压缩，在风机出口处压力增加到55KPa左右，随后气体进入低温空气冷凝器；低温空气冷凝器中热空气依次经两种冷却介质冷却，分别为冷却水和0±4℃的乙二醇溶液，热空气经过两种冷却介质后得到温度为8℃的冷却空气；冷却空气直接进入燃硫炉，与液硫输送泵输送的流量为240kg/h的液体硫磺在燃硫炉内燃烧，形成SO2/空气混合气体，燃硫炉出口温度在610℃；SO2/空气混合气体经过转化塔上部的空气冷却器冷却至450℃左右，随后在转化塔中经过负载有V2O5的催化床，将SO2转化为SO3，最终在转化塔出口得到温度在480℃的SO3/空气混合气体；SO3/空气混合气体进入一级空气冷却器冷却到270℃后进入雾化罐，雾化罐上部用喷头雾化喷入60％发烟硫酸(另一生产线用液体SO3进行对照)，通过调整喷入发烟硫酸的流量在210L/h，控制雾化发烟硫酸的粒径在65μm左右，此时SO3/空气混合气体中开始析出发烟硫酸，与雾化喷入的发烟硫酸结合，粒径变大受重力作用沉降至罐底，SO3/空气则从雾化罐顶部流出；经过雾化罐的SO3/空气混合气体进入二级空气冷却器冷却至55℃，此时SO3气体体积浓度为6％，同时调节脂肪醇聚氧乙烯醚流量为2050kg/h，与SO3/空气混合气体一起进入磺化器进行反应。以燃硫法气体SO3/空气发生工艺得到的混合气体从磺化器顶部进入分布器，与有机料泵输送的脂肪醇聚氧乙烯醚在磺化器中进行反应，反应放热量大应用循环水及时移走反应热，控制磺化器循环冷却水温度在32℃左右，此时在磺化器底部得到硫酸酯；硫酸酯通过气液分离器和旋风分离器，将酸性气体和酸酯进行分离，气体去尾气吸收工段，液体酸酯则通过中和混合泵将32％液碱(990kg/h)和工艺水(460kg/h)一起输送至中和混合器，中和后得到产品脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠。
所获得的产品检测数据见表2：
表2.检测数据
实施例3
本实施例提供了一种脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的生产工艺，流量为5775m3/h的外界空气经过滤器除杂后进罗茨风机进行压缩，在风机出口处压力增加到56KPa左右，随后气体进入低温空气冷凝器；低温空气冷凝器中热空气依次经两种冷却介质冷却，分别为冷却水和0±4℃的乙二醇溶液，热空气经过两种冷却介质后得到温度为8℃的冷却空气；冷却空气直接进入燃硫炉，与液硫输送泵输送的流量为330kg/h的液体硫磺在燃硫炉内燃烧，形成SO2/空气混合气体，燃硫炉出口温度在600℃；SO2/空气混合气体经过转化塔上部的空气冷却器冷却至450℃左右，随后在转化塔中经过负载有V2O5的催化床，将SO2转化为SO3，最终在转化塔出口得到温度在480℃的SO3/空气混合气体；SO3/空气混合气体进入一级空气冷却器冷却到270℃后进入雾化罐，雾化罐上部用喷头雾化喷入60％发烟硫酸(另一生产线用液体SO3)，通过调整喷入发烟硫酸的流量在320L/h，控制雾化发烟硫酸的粒径在750μm左右，此时SO3/空气混合气体中开始析出发烟硫酸，与雾化喷入的发烟硫酸结合，粒径变大受重力作用沉降至罐底，SO3/空气则从雾化罐顶部流出；经过雾化罐的SO3/空气混合气体进入二级空气冷却器冷却至55℃，此时SO3气体体积浓度为6％，同时调节脂肪醇聚氧乙烯醚流量为2510kg/h，与SO3/空气混合气体一起进入磺化器进行反应。以燃硫法气体SO3/空气发生工艺得到的混合气体从磺化器顶部进入分布器，与有机料泵输送的脂肪醇聚氧乙烯醚在磺化器中进行反应，反应放热量大应用循环水及时移走反应热，控制磺化器循环冷却水温度在32℃左右，此时在磺化器底部得到硫酸酯；硫酸酯通过气液分离器和旋风分离器，将酸性气体和酸酯进行分离，气体去尾气吸收工段，液体酸酯则通过中和混合泵将32％液碱(1275kg/h)和工艺水(650kg/h)一起输送至中和混合器，中和后得到产品脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠。
所获得的产品检测数据见表3：
表3.检测数据
由表1，表2与表3可见，使用本发明提供的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的生产工艺，得到的SO3/空气混合气体用于磺化脂肪醇聚氧乙烯醚得到的产品脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸品质与原工艺相同，但是本发明涉及的气体发生工艺流程中无需硅胶塔干燥环节，使用设备成本和能耗大幅降低，且能够缩短开、停车时间，节省了成本与能耗，适于工业化生产。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种多环线性聚合物及其制备方法