脂肪醇磺化工藝條件分析

王關華

[摘 要]脂肪醇的磺化是制造脂肪醇硫酸鈉的關鍵工序之一。本文重點是對脂肪醇的磺化工藝進行了詳細分析，目的是提高磺化工藝的實用性和安全可靠性，使其得以廣泛應用。

[關鍵詞]脂肪醇 磺化工藝 分析

中圖分類號：TE331 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）15-0051-01

脂肪醇硫酸鈉是一種性能優(yōu)良的陰離子表面活性劑，具有乳化、起泡、滲透和去污性能好等特點，生物降解快，在洗滌用品和牙膏配方中廣泛應用。它是通過脂肪醇與三氧化硫進行磺化反應、而后經(jīng)中和、去除雜質(zhì)、漂白、最后噴霧干燥制得，脂肪醇的磺化是制造脂肪醇硫酸鈉的關鍵工序之一。

一、磺化工藝路線的選擇

脂肪醇的磺化主要有發(fā)煙硫酸磺化和三氧化硫磺化兩種方法。采用發(fā)煙硫酸磺化產(chǎn)生大量的硫酸，分離后產(chǎn)生大量的廢酸，處理難度較大，且磺化產(chǎn)物中含有一定量的硫酸，影響后產(chǎn)品的質(zhì)量。而采用三氧化硫磺化，不僅不產(chǎn)生廢酸、三氧化硫的利用率高，且免去分酸，簡化了工藝過程，故優(yōu)先選用后者，即脂肪醇與三氧化硫磺化工藝。

二、工藝條件的設計

1、磺化工藝的機理

脂肪醇與三氧化硫磺化工藝的主要反應：

ROH + 2SO3 ROSO2SO3H（烷基焦硫酸脂） + Q1

ROSO2SO3H + ROH 2ROSO3H（烷基硫酸脂） + Q2

由于上述反應迅速，脂肪醇與三氧化硫在1分鐘左右即可完成磺化反應，反應過程高度放熱，放熱量ΔH在150KJ/mol左右，且烷基焦硫酸脂不穩(wěn)定，受熱或久置易分解，因此必須對磺化工藝的反應條件進行針對性的設計。

2、工藝條件分析

根據(jù)脂肪醇與三氧化硫磺化工藝的機理，結合國內(nèi)外磺化反應的成功案例，選用以空氣做為反應物載體的磺化工藝，其主要分為空氣干燥、三氧化硫汽化、磺化反應和尾氣處理四個主要工序。

（1）空氣干燥

空氣干燥是磺化工藝的主要工序之一，是為磺化反應提供具有一定壓力、一定清潔度工藝稀釋氣體的操作單元；

空氣干燥的程度，決定了帶入系統(tǒng)中水分的多少，空氣中含水量高會造成反應放熱加劇、同時也會影響三氧化硫的質(zhì)量不利于磺化反應的進行，通過小試發(fā)現(xiàn)磺化反應使用露點在-50℃～-60℃的空氣最為適宜。

環(huán)境空氣經(jīng)高壓羅茨風機壓縮后溫度一般升至100℃左右，首先經(jīng)冷卻水冷卻至35℃，再經(jīng)乙二醇冷凍液冷卻器冷卻至2℃～5℃，然后進入氣液分離器脫除大部分水分后再進入硅膠干燥器進行干燥，使空氣露點達-60℃，最后送至磺化工序。

為保證干燥空氣的質(zhì)量，在空氣工藝管線設置空氣露點儀，對干燥空氣露點進行實時監(jiān)測，并與干燥空氣進口的自動調(diào)節(jié)閥及三氧化硫加入調(diào)節(jié)閥形成聯(lián)鎖。

為保證干燥空氣的連續(xù)供給，吸附干燥系統(tǒng)需并聯(lián)設置兩套干燥器組、一套使用、另一套再生，配之14只電磁截止閥自動控制干燥器組的工作和再生切換。再生采用8h工作切換的方式，5h加熱、3h冷卻，其間有泄壓、充壓的程序，在正常運轉時使用高壓羅茨風機出口的部分熱空氣進行硅膠再生；在未正常運轉前的第一次再生用0.6MPa蒸汽加熱的空氣進行再生。冷卻空氣則是利用獨立的再生冷卻器，其內(nèi)設置了乙二醇冷凍液冷卻翅片，將干燥器出口的部分干燥空氣進行冷卻用以增強其再生效果。

（2）三氧化硫汽化

三氧化硫的儲存是本工序工作的難點，由于液體三氧化硫在天氣較冷的條件下易結晶，在微量水分的存在下易發(fā)生多種結晶轉變，一旦形成結晶將很難處理。為解決本難題，一是在三氧化硫卸車過程中同時補入少量的穩(wěn)定劑，二是提高三氧化硫儲存場所的溫度。

外購的液態(tài)三氧化硫儲存在暖房（溫度控制在50℃左右）中專用的壓力儲罐內(nèi)，工作時向三氧化硫儲罐加入適量氮氣，利用壓差將液體三氧化硫壓入蒸發(fā)器依靠空氣干燥工序來的稀釋空氣汽提供磺化工藝使用。

為保證暖房內(nèi)溫度的穩(wěn)定，設置暖房溫度與暖管蒸汽加入閥的自動控制聯(lián)鎖設施；為穩(wěn)定三氧化硫儲罐的壓力，設置儲罐壓力與氮氣加入閥的自動控制聯(lián)鎖設施。

（3）磺化

三氧化硫磺化屬氣-液相反應，磺化反應主要發(fā)生在液體表面或者有一些三氧化硫氣體溶解在液體中，反應亦可在液相中進行?？偟姆磻俣扔扇趸虻臄U散速度和反應速度來決定，擴散速度是主要控制因素。三氧化硫磺化反應是強烈的放熱反應，反應瞬時完成，反應活化能低，速度快，大部分反應熱在初始階段放出，因此如何移走反應熱和控制反應速度是三氧化硫磺化反應的關鍵，反應系統(tǒng)中因沒有稀釋劑存在，反應體系粘度急劇增加，帶來了傳熱和傳質(zhì)的困難，易使反應局部過熱，副反應增加。針對三氧化硫磺化反應的上述特點，在實際生產(chǎn)中要求嚴格控制投料比、三氧化硫氣體濃度以及反應溫度的穩(wěn)定性，物料在體系中停留時間短，氣-液兩相接觸狀態(tài)良好，及時排走反應熱，為此選用多管膜式磺化反應器。

泵送脂肪醇從反應器頂部進入后分配到每根管子的內(nèi)表面均勻成膜，與從管子頂部中心進入的的三氧化硫氣體順流而下，在兩相接觸表面上進行磺化反應，反應熱由殼層冷卻水導出，從反應器底部出來的氣液混合物進入氣液分離器，分離后的尾氣去尾氣處理工序，產(chǎn)物硫酸脂由輸送泵送入老化罐，經(jīng)老化可使磺化反應更趨完善，老化后的硫酸脂進入下一道工序。

為保證液體三氧化硫的定量輸送，采用精密質(zhì)量流量計與氣動調(diào)節(jié)閥聯(lián)鎖控制的方式，并與汽提稀釋氣體、工藝空氣加入的流量調(diào)節(jié)閥形成聯(lián)鎖控制。

磺化反應配有一套應急系統(tǒng)，在磺化開車前，先將應急罐內(nèi)裝滿脂肪醇，如遇突然停電而停車，應急系統(tǒng)開始工作，應急罐底閥迅速打開，罐內(nèi)物料借重力以恒定流速流入磺化反應器內(nèi)，SO3混合氣的進氣閥同時關閉，通尾氣吸收的旁路閥打開，使余氣進入尾氣處理系統(tǒng)。

（4）尾氣處理

磺化排出的尾氣中含有少量的三氧化硫，其濃度大大超標，必須對其進行治理。磺化尾氣先經(jīng)靜電除霧器除去懸浮在尾氣中的酸霧后送至尾氣洗滌塔，用NaOH溶液噴淋洗滌，凈化后的尾氣從塔頂排入大氣。

三、工藝特點

1、空氣干燥系統(tǒng)采用水冷、乙二醇冷卻后再進入硅膠干燥器，減輕了硅膠干燥器的負荷，提高了干燥效率；使用乙二醇水溶液作制冷液，傳熱效果好，對設備腐蝕小。

2、磺化反應配有一套應急系統(tǒng)，保證了磺化反應器進料分配部分不會因過量的三氧化硫發(fā)生過磺化而結焦，從而可順利進行下一步的開車和正常運轉。

通過對磺化工藝分析，本工藝具有流程合理簡單、大大節(jié)省了項目的投資費用、開停車方便等優(yōu)點，不僅適用于脂肪醇的磺化，還可用于烷基苯磺酸等多種原料的磺化。

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