乙氧基化裝置及技術(shù)的應(yīng)用王斌游方春

摘 要：介紹了我院用于生產(chǎn)新型聚醚類產(chǎn)品的乙氧基化反應(yīng)器的技術(shù)進展情況，對傳統(tǒng)的釜式反應(yīng)器、外循環(huán)Buss回路乙氧基化反應(yīng)器的工藝流程和特點進行了比較。指出我院早期的乙氧基化反應(yīng)器存在反應(yīng)時間長、產(chǎn)品質(zhì)量差、系統(tǒng)安全性差、副產(chǎn)物多、易造成環(huán)境污染等問題，外循環(huán)Buss回路乙氧基化反應(yīng)器具有反應(yīng)速率高、產(chǎn)品質(zhì)量好、系統(tǒng)安全性高、生產(chǎn)能耗低等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：乙氧基化 外循環(huán) 應(yīng)用一、乙氧基化反應(yīng)器的發(fā)展醇或酚與環(huán)氧乙烷（EO）發(fā)生乙氧基化反應(yīng)生成聚醚，產(chǎn)物是一系列聚合度不同的混合物，加成產(chǎn)物分子量分布的寬窄是影響產(chǎn)品物理化學性能的主要因素。而影響乙氧基加成物分子量分布的因素有反應(yīng)溫度的控制、催化劑的性質(zhì)、及乙氧基化反應(yīng)器的構(gòu)造等，其中乙氧基化反應(yīng)器是影響乙氧基化加成物分子量分布的關(guān)鍵因素。目前，工業(yè)上采用的乙氧基化反應(yīng)器大多為傳統(tǒng)的釜式攪拌反應(yīng)器，而近來出現(xiàn)的新型反應(yīng)器有Press反應(yīng)器、管式反應(yīng)器等幾類。由于新型乙氧基化反應(yīng)器具有許多優(yōu)點，如產(chǎn)品質(zhì)量好、分子量分布窄雜質(zhì)含量低、產(chǎn)品色澤淺、工藝操作自動控制、儀表自動化程度高生產(chǎn)安全，且生產(chǎn)過程中對環(huán)境保護友好。二、乙氧基化反應(yīng)在一定的催化劑、溫度、壓力的作用條件下，環(huán)氧乙烷與含活潑氫的有機化合物發(fā)生開環(huán)加成反應(yīng)，這樣一類反應(yīng)稱為乙氧基化反應(yīng)。低碳醇甲醇、乙醇、丁醇、丙醇等低碳醇）、長鏈脂肪醇或烷基酚、乙二醇和氨等物質(zhì)與環(huán)氧乙烷在催化劑的作用下發(fā)生乙氧基化反應(yīng)而得到的產(chǎn)物。非離子型表面活性劑中最典型的代表品種是肪醇聚氧乙烯醚，該成品品種最多、產(chǎn)量最大，用途最為廣。脂肪醇聚氧乙烯醚系列產(chǎn)品廣泛用于洗滌劑、清潔劑、紡織、印染、涂料、化妝品、造紙、皮革、石油、農(nóng)藥、燃料等工業(yè)部門。三、釜式攪拌反應(yīng)器在傳統(tǒng)的乙氧基化反應(yīng)中，乙氧基化反應(yīng)是帶有攪拌的釜式反應(yīng)器中進行的，反應(yīng)器有外夾套和內(nèi)盤管，這種工藝裝置的主要特點是：（1）該生產(chǎn)工藝技術(shù)較為成熟，應(yīng)用時間比較長，很容易被人們接受和掌握；（2）工藝設(shè)備比較簡單，投資較少、見效很快，特別適用于中、小化工企業(yè)采用：（3）工藝操作靈活性大，特別適合于小批量、多品種的非離子表面活性劑生產(chǎn)；（4）結(jié)構(gòu)較為緊湊，節(jié)省動力消耗；（5）設(shè)備通用性強，既可用于乙氧基化反應(yīng)，又可用于其它類型的反應(yīng)，如酯化、磺化等。由于乙氧基化反應(yīng)是強烈放熱反應(yīng)，傳統(tǒng)的釜式反應(yīng)器冷卻系統(tǒng)，僅靠冷凝水是無法及時地移去乙氧基化反應(yīng)帶來的熱量。傳統(tǒng)的釜式乙氧基化工藝的主要缺點是：（1）反應(yīng)速率較低，生產(chǎn)周期較長，生產(chǎn)能力較小，人共花費大，一般每立方米反應(yīng)器的環(huán)氧乙烷消耗速度不超過200kg/h；（2）因為原料間不能充分接觸，使得反應(yīng)器內(nèi)液相物料中含有大量過飽和的環(huán)氧乙烷，這種環(huán)氧乙烷的存在，很容易造成爆炸和環(huán)氧乙烷中毒事故的發(fā)生；（3）反應(yīng)器上部富集大量未反應(yīng)的環(huán)氧乙烷，它們可能自聚形成大量的副產(chǎn)物和局部熱點；此外，攪拌軸與密封圈存在傳動鏈接，使得和氣相環(huán)氧乙烷的摩擦，也可能產(chǎn)生靜電和局部過熱，從而容易引起爆炸；（4）環(huán)氧乙烷由反應(yīng)釜內(nèi)底部的進料管或分布器進料，在釜內(nèi)壓力高于環(huán)氧乙烷計量罐或儲罐內(nèi)壓力時，就有極大可能使經(jīng)催化引發(fā)的物料倒回環(huán)氧乙烷計量罐或儲罐，這可能造成環(huán)氧乙烷計量罐或儲罐的污染和聚合爆炸，并且不能及時控制靠環(huán)氧乙烷的進入反應(yīng)釜的量；（5）蛇管的存在減少了反應(yīng)釜的有效容積，一旦蛇管出現(xiàn)泄漏問題，使得檢修和更換困難。四、外循環(huán)Buss回路乙氧基化反應(yīng)器外循環(huán)Buss回路乙氧基化反應(yīng)器其整個工藝流程分為預(yù)反應(yīng)、反應(yīng)和后處理三個階段。在預(yù)反應(yīng)階段將計量的起始劑原料和催化劑在充分攪拌混合后，真空脫水，脫水溫度視生產(chǎn)產(chǎn)品原料而定，然后送至反應(yīng)器。反應(yīng)器內(nèi)充有前一批次存有的氮氣（如氮氣不夠，打開氮氣閥門即時補充氮氣），起始劑進入反應(yīng)器后經(jīng)底部循環(huán)泵通過外部換熱器被加熱到160℃左右，再回到反應(yīng)器頂部，由文氏噴嘴噴入反應(yīng)器。與此同時，環(huán)氧乙烷計量槽里儲存的環(huán)氧乙烷從反應(yīng)器頂部開始通入環(huán)氧乙烷，由于噴嘴的作用，起始劑高速流動形成一局部負壓，環(huán)氧乙烷一進入反應(yīng)器立即氣化，經(jīng)旁路被吸入噴嘴，經(jīng)短暫的預(yù)混合后，發(fā)生乙氧基化反應(yīng)。此時外循環(huán)改為散熱條件，用冷、熱油和來自公用工程的蒸汽、循環(huán)水來控制反應(yīng)溫度在120～170℃，反應(yīng)壓力在0～0.4MPa，并設(shè)置自動連鎖。由于物料與導(dǎo)熱油之間的溫差較小，消除了局部過熱，故反應(yīng)溫度控制很穩(wěn)定。整個反應(yīng)過程在氣相和液相兩個不斷循環(huán)運動的回路中進行，直到反應(yīng)器上部氣體中不含環(huán)氧乙烷。冷卻至110℃后，打開氮氣閥門，產(chǎn)物在反應(yīng)器內(nèi)部氮氣壓力作用下進入后處理階段，由傳感器及時關(guān)閉排出閥，把氮氣封存于反應(yīng)器內(nèi)，以便下一批反應(yīng)使用，在后處理加入調(diào)配產(chǎn)品用的試劑，待溫度降至產(chǎn)品合格溫度時，最后放料。相比傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器外循環(huán)Buss回路乙氧基化反應(yīng)器具有以下優(yōu)點：（1）在反應(yīng)器及整過系統(tǒng)中充入大量氮氣，氮氣作為保護氣消除了環(huán)氧乙烷濃度達到爆炸極限的危險，加入的物料始終處于一種動態(tài)的氣液相互接觸過程，成功的避免了氣相環(huán)氧乙烷發(fā)生自聚的可能，加之反應(yīng)器設(shè)計壓力遠大于操作壓力，反應(yīng)器本身無任何傳動部件，不存在產(chǎn)生靜電的危險，循環(huán)泵密封可靠，整個系統(tǒng)擁有一系列連鎖和報警裝置，因此回路反應(yīng)器是十分安全的，并且在整過系統(tǒng)外部環(huán)境設(shè)置有專用的環(huán)氧乙烷泄漏報警器；因此整過外部環(huán)境也是十分安全的；（2）反應(yīng)接觸方式通過氣液相混合后的高速噴射，強化了傳質(zhì)。增大了氣液接觸的比表面，傳質(zhì)系數(shù)比循環(huán)噴霧式反應(yīng)器高30%左右，使得乙氧基化反應(yīng)可在更高的速率下進行，使得我院聚醚產(chǎn)品生產(chǎn)能力進一步提高；（3）裝置設(shè)計合理，布局緊湊，沒有反應(yīng)器的排空，因此減少了能耗，可進行半連續(xù)生產(chǎn)，能生產(chǎn)多樣化產(chǎn)品，各階段相互交叉可以大大縮短人工時間，占地面積較小；（4）整個工藝沒有有廢氣體排放，廢水不含有有毒物質(zhì)且排放量極低，因此受到環(huán)保機構(gòu)的好評。（5）由于整個反應(yīng)進行的程度得到了良好的控制，故而產(chǎn)物質(zhì)量較好，副產(chǎn)物含量低，分子量分布穩(wěn)定。五、結(jié)語1.聚醚市場需求量不斷增加，在國內(nèi)有很大的發(fā)展空間。2.聚醚的產(chǎn)品質(zhì)量很大程度取決乙氧基化反應(yīng)器的選擇與應(yīng)用，未來乙氧基化反應(yīng)器的更新與換代將是聚醚工業(yè)化反應(yīng)器發(fā)展的焦點。3.四川精細化工研究設(shè)計院吸收國內(nèi)外技術(shù)，成功應(yīng)用外循環(huán)Buss回路乙氧基化反應(yīng)器，并成功開發(fā)了多種聚醚產(chǎn)品。參考文獻：[1]孫京津.一種新的乙氧基化反應(yīng)器——介紹Buss公司生產(chǎn)的回路反應(yīng)器[J].表面活性劑工業(yè)，1995（1）1997（2）：12-15.[2]陳永福，秦怡生.聚醚類的市場需求和生產(chǎn)技術(shù)進展[J].精細石油化工進展，2002，3（4）：28-34.[3]吳三華，國內(nèi)外乙氧基化反應(yīng)裝置工藝技術(shù)與展望[C].全國第十次工業(yè)表面活性劑技術(shù)與應(yīng)用開發(fā)會議論文集.大連：遼寧教育出版社，2001；16-19.[4]楊萌堂.淺談我國非離子表面活性劑的發(fā)展及乙氧基化新工藝[J].寧波化工，1996（3）；1-7.