ZD-10催化劑配制工藝條件的研究

程麗華，梁 軍，吳炳謀，馬嘉儀，楊鑫莉，鄧益強，梁 亮

（1．廣東石油化工學院化學工程學院，廣東茂名 525000；2．廣東奧克化學有限公司，廣東茂名 525000）

ZD-10催化劑配制工藝條件的研究

程麗華1，梁 軍2，吳炳謀2，馬嘉儀2，楊鑫莉1，鄧益強1，梁 亮1

（1．廣東石油化工學院化學工程學院，廣東茂名 525000；2．廣東奧克化學有限公司，廣東茂名 525000）

在聚羧酸減水劑聚醚單體的合成過程中，催化劑的配制起到至關重要的作用。選擇不同工段（設備）考察配置溫度、配置壓力、攪拌時間等因素對催化劑配制效果的影響。實驗結果表明，在與AB-10醇配置過程中，選擇V110罐進行配置ZD-10催化劑，優(yōu)化的配置濃度為0．8‰，配制溫度30～40℃，循環(huán)溫度90～96℃，HV145開度為50%，循環(huán)時間40min；在與OXAB-10中間體配置過程，選擇R103B進行配置ZD-10催化劑，使用V101罐計量中間體量，則優(yōu)化的配置濃度為0．6‰，配制溫度60～70℃，攪拌時間40～50min。

ZD-10催化劑；配制；聚醚單體

1 前 言

聚羧酸減水劑是國內外公認的新型、綠色環(huán)保型高效減水劑，具有摻量低、保坍性能好、減水率高、水泥適應性強及環(huán)境友好等優(yōu)點［1-3］。而在聚羧酸減水劑干劑中聚醚大單體幾乎占總質量的80%［4-7］，可見，聚羧酸減水劑聚醚大單體是減水劑行業(yè)至關重要的基礎原料。在聚羧酸減水劑聚醚合成過程中，催化劑起到至關重要的作用。ZD-8催化劑屬于高危易燃易爆原料，在廣東高溫高濕環(huán)境下使用具有一定的危險性，為此采用自主研發(fā)的升級換代產品ZD-10催化劑，從根本上解決了應用ZD-8催化劑的危險性。本文重點考察ZD-10催化劑配制條件對生產過程的影響。

2 聚羧酸高效減水劑聚醚的生產工藝原理流程

聚羧酸高效減水劑聚醚的生產工藝原理流程見圖1。

圖1 聚羧酸高效減水劑聚醚的生產工藝原理圖

一定濃度的催化劑在配置設備中與AB-10醇充分混合，形成AB-10醇與催化劑的混合液，通入環(huán)氧乙烷進行反應生成OXAB-10中間體，該中間體再與催化劑進行配制后，通入環(huán)氧乙烷進行反應生成OX-AB501。

3 ZD-10催化劑配置AB-10醇工藝

3．1 催化劑與AB-10醇配置設備及工藝條件的選擇

生產裝置中有可能進行催化劑與AB-10醇配置的設備工藝條件見表1。

表1 裝置生產設施工藝條件

根據(jù)實驗室配置AB-10醇的實驗條件及裝置實際工藝條件，確認使用V110釜進行催化劑配置工作。同時根據(jù)V110內循環(huán)混合能力不足的情況對實際配置ZD-10催化劑時重新優(yōu)化配置條件以確保ZD-10完全混合均勻。

V110配置ZD-10催化劑工藝條件見表2。

根據(jù)現(xiàn)場實際生產對比分析，確定V110配置ZD-10催化劑工藝條件如下：

1）ZD-10催化劑由臨時上料口處加入，選擇控制閥控制加料速度。

2）ZD-10催化劑加入時，物料（AB-10醇）維持來料溫度即可，禁止升溫，若超40℃需先降溫后再加入催化劑，同時加入催化劑后需置換3次（100 kPa～20 kPa）以防止物料（AB-10醇）在高溫有氧環(huán)境下變色。

3）AB-10醇加入ZD-10催化劑循環(huán)時泵出口閥開度設置為50%，以加強物料和催化劑混合效果，物料升溫至預反應溫度后需繼續(xù)循環(huán)40 min。

3．2 催化劑濃度的考察

在維持原催化劑生產OXAB-10中溫度條件不變情況下，考察ZD-10催化劑不同濃度下生產OXAB-10的工藝條件，試驗生產情況見圖2和圖3。

圖2 0．6‰濃度下ZD-10催化劑生產中間體OXAB-10生產情況

圖3 0．8‰濃度下ZD-10催化劑生產中間體OXAB-10生產情況

從圖2及圖3中可以看出，雖然在不同的催化劑濃度下產品聚合效率和控制難度相差較大，但實際產品指標無明顯偏差，因此選擇配制ZD-10催化劑濃度為0．80‰。

4 ZD-10催化劑配置OXAB-10工藝條件的優(yōu)化

4．1 利用V101配置ZD-10催化劑工藝

在V101中，ZD-10催化劑配置OXAB-10的工藝條件見表3。

表3 V101配置ZD-10催化劑情況

根據(jù)多批次考察確認在V101中，ZD-10催化劑配置OXAB-10中的工藝條件為：配置溫度為45～55℃，攪拌時間為30～40 min，其他操作均按照“催化劑配置操作規(guī)程”嚴格執(zhí)行。

根據(jù)多批次生產，總結出在V101配置ZD-10中催化劑仍存在如下隱患：

1）配置頻率高，配置溫度較高，在由OXAB-10中轉為配置AB-10醇時會因釜體溫度高加快AB-10醇揮發(fā)，造成新的安全隱患及環(huán)境污染點。

2）配置過程按“催化劑配置操作規(guī)程”執(zhí)行，氮氣消耗量較大。

3）ZD-10催化劑需分裝，分裝過程粉塵較大，控制難度大，對人體有一定的傷害，同時拆封的ZD-10催化劑在廣東高濕環(huán)境下存儲難度大，吸潮后造成新的質量隱患。

4．2 利用V110配置ZD-10催化劑工藝

在V110中，ZD-10催化劑配置OXAB-10的工藝條件見表4。

根據(jù)多批次考察確認在V110中，ZD-10催化劑配置OXAB-10的工藝條件為：

表4 V110配置ZD-10催化劑情況

1）ZD-10催化劑在二樓由臨時上料口處加入，減少與空氣接觸時間。

2）ZD-10加入壓力控制在－30 kPa，降低ZD-10加入速度，防止大量ZD-10與OXAB-10中形成團狀物而無法溶解，增加進料控制閥控制開度。

3）ZD-10催化劑配置溫度為90～100℃，物料加入ZD-10催化劑循環(huán)時P110泵出口閥開度設置為50%，以加強物料和催化劑混合效果，物料升溫至預反應溫度后需繼續(xù)循環(huán)40～50 min。

根據(jù)多批次生產，總結出在V110中配置ZD-10催化劑仍存在如下隱患：

1）大量催化劑與少量OXAB-10中接觸時會形成團狀物，V110內循環(huán)分散難度大，甚至在攪拌情況下也難以分散，影響后期生產控制及產品指標需控制ZD-10加入速度。

2）ZD-10催化劑需分裝，分裝過程粉塵較大，控制難度大，對人體有一定的傷害，同時拆封的ZD-10催化劑在廣東高濕環(huán)境下存儲難度大，吸潮后造成新的質量隱患。

4．3 R103B配置ZD-10催化劑工藝

在R103B中，ZD-10催化劑配置OXAB-10的工藝條件見表5。

表5 R103B配置ZD-10催化劑情況

根據(jù)多批次考察確認在R103B中，ZD-10催化劑配置OXAB-10的工藝條件為：

1）增加ZD-10進料控制閥，降低ZD-10加入速度，防止大量ZD-10與OXAB-10中形成團狀物而無法溶解。

2）ZD-10催化劑配置溫度為60～70℃，攪拌40～50 min。

值得注意的是在R103B配置ZD-10催化劑時仍存在大量催化劑與少量OXAB-10中接觸時會形成團狀物，影響后期生產控制及產品指標，需控制ZD-10加入速度。

5 結 論

1）ZD-10催化劑在與AB-10醇配置過程中，選擇V110罐進行配置，配置濃度為0．80‰，配制溫度30～40℃，循環(huán)溫度90～96℃，HV145開度為50%，循環(huán)時間40 min；

2）ZD-10催化劑在與OXAB-10中間體配置過程，選擇R103B進行配置，使用V101罐計量中間體量，配置濃度為0．60‰，配制溫度60～70℃，攪拌時間40～50 min；采取此工藝后減少了氮氣消耗和催化劑分裝安全隱患，同時高溫物料進入V101后將配置原料醇時殘留的原料醇烘干且不造成V101釜體溫度大幅升高。

［1］趙彥生，吳鳳龍，馬德鵬，等．聚羧酸系減水劑中間大分子單體的合成［J］．化學與生物工程，2010，27（1）：33－36．

［2］J Plank，BSachsenhauser．Experimental determination of the effective anionic charge density of polycarboxylate superpla sticizers in cement pore solution［J］．Cement and Concrete Research，2009，39（1）：1－5．

［3］JPlank，Z M Dai，H Keller，et al．Fundamental mechanisms for polycarboxylate intercalation into C3A hydrate phases and the role of sulfate present in cement［J］．Cement and Concrete Research，2010，40（1）：45－57．

［4］朱化雨，李因文，趙洪義．聚羧酸系高性能超塑化劑的研究進展［J］．高分子通報，2010，5：17－21．

［5］張新民，馮恩娟，徐正華，等．聚羧酸類減水劑中間大分子單體的合成工藝［J］．化工進展，2008，27（5）：736－739．

［6］李雪峰，張楠，周立明，劉兆濱，朱建民．國內聚羧酸聚醚大單體生產與市場現(xiàn)狀［J］．日用化學品科學，2014，07：5－8．

［7］李雪峰，馬鐵巖，周立明，劉兆濱，朱建民．聚羧酸減水劑聚醚大單體的研究進展及展望［J］．日用化學品科學，2013，11：21－23．

Study on Preparation of ZD-10 catalyst

Cheng Li-hua1,Liang Jun2,Wu Bing-mou2,Ma-Jia-yi2, Yang Xin-li1,Deng Yi-qiang1,Liang Liang1
（1．College of chemical engineering，Petrochemical College，Maoming Guangdong 525000，China；2．Guangdong oxiranchem Co．Ltd，Guangdong Maoming 525000，China）

in the process of synthesis of polyether monomer，catalyst preparation plays a vital role．Different sections（equipment）to study the impact of temperature profiles，equipped with a pressure，stirring time and other factors of catalyst preparation effect．Theexperimental results show that the in and AB-10 alcohol in the configuration process，select v110 tank configuration ZD-10 catalyst，optimize configuration concentration is 0．8 per thousand，compounding temperature 30～40℃，temperature cycling 90～96℃，HV145 opening is 50%，the cycle time of 40 min；and OXAB-10 intermediate configuration process，choose R103B of configuration ZD-10 catalyst，using V101 metering tank intermediate volume，optimizing configuration concentration was 0．6 per thousand，compounding temperature 60 to 70℃，stirring time 40－50 min．

ZD-10 catalyst；preparation；polyether monomer

Q647．32

A

1003-6490（2015）05-0059-04

2015－10－15

茂名市重大科技和產學研專項計劃（2012A02）

程麗華（1965～），教授，主要從事石油化工下游產品的研究及開發(fā)，E-mail：chenglihua65＠139．com