ZD-10催化剂配制工艺条件的研究

程丽华，梁 军，吴炳谋，马嘉仪，杨鑫莉，邓益强，梁 亮

（1．广东石油化工学院化学工程学院，广东茂名 525000；2．广东奥克化学有限公司，广东茂名 525000）

ZD-10催化剂配制工艺条件的研究

程丽华1，梁 军2，吴炳谋2，马嘉仪2，杨鑫莉1，邓益强1，梁 亮1

（1．广东石油化工学院化学工程学院，广东茂名 525000；2．广东奥克化学有限公司，广东茂名 525000）

在聚羧酸减水剂聚醚单体的合成过程中，催化剂的配制起到至关重要的作用。选择不同工段（设备）考察配置温度、配置压力、搅拌时间等因素对催化剂配制效果的影响。实验结果表明，在与AB-10醇配置过程中，选择V110罐进行配置ZD-10催化剂，优化的配置浓度为0．8‰，配制温度30～40℃，循环温度90～96℃，HV145开度为50%，循环时间40min；在与OXAB-10中间体配置过程，选择R103B进行配置ZD-10催化剂，使用V101罐计量中间体量，则优化的配置浓度为0．6‰，配制温度60～70℃，搅拌时间40～50min。

ZD-10催化剂；配制；聚醚单体

1 前 言

聚羧酸减水剂是国内外公认的新型、绿色环保型高效减水剂，具有掺量低、保坍性能好、减水率高、水泥适应性强及环境友好等优点［1-3］。而在聚羧酸减水剂干剂中聚醚大单体几乎占总质量的80%［4-7］，可见，聚羧酸减水剂聚醚大单体是减水剂行业至关重要的基础原料。在聚羧酸减水剂聚醚合成过程中，催化剂起到至关重要的作用。ZD-8催化剂属于高危易燃易爆原料，在广东高温高湿环境下使用具有一定的危险性，为此采用自主研发的升级换代产品ZD-10催化剂，从根本上解决了应用ZD-8催化剂的危险性。本文重点考察ZD-10催化剂配制条件对生产过程的影响。

2 聚羧酸高效减水剂聚醚的生产工艺原理流程

聚羧酸高效减水剂聚醚的生产工艺原理流程见图1。

图1 聚羧酸高效减水剂聚醚的生产工艺原理图

一定浓度的催化剂在配置设备中与AB-10醇充分混合，形成AB-10醇与催化剂的混合液，通入环氧乙烷进行反应生成OXAB-10中间体，该中间体再与催化剂进行配制后，通入环氧乙烷进行反应生成OX-AB501。

3 ZD-10催化剂配置AB-10醇工艺

3．1 催化剂与AB-10醇配置设备及工艺条件的选择

生产装置中有可能进行催化剂与AB-10醇配置的设备工艺条件见表1。

表1 装置生产设施工艺条件

根据实验室配置AB-10醇的实验条件及装置实际工艺条件，确认使用V110釜进行催化剂配置工作。同时根据V110内循环混合能力不足的情况对实际配置ZD-10催化剂时重新优化配置条件以确保ZD-10完全混合均匀。

V110配置ZD-10催化剂工艺条件见表2。

根据现场实际生产对比分析，确定V110配置ZD-10催化剂工艺条件如下：

1）ZD-10催化剂由临时上料口处加入，选择控制阀控制加料速度。

2）ZD-10催化剂加入时，物料（AB-10醇）维持来料温度即可，禁止升温，若超40℃需先降温后再加入催化剂，同时加入催化剂后需置换3次（100 kPa～20 kPa）以防止物料（AB-10醇）在高温有氧环境下变色。

3）AB-10醇加入ZD-10催化剂循环时泵出口阀开度设置为50%，以加强物料和催化剂混合效果，物料升温至预反应温度后需继续循环40 min。

3．2 催化剂浓度的考察

在维持原催化剂生产OXAB-10中温度条件不变情况下，考察ZD-10催化剂不同浓度下生产OXAB-10的工艺条件，试验生产情况见图2和图3。

图2 0．6‰浓度下ZD-10催化剂生产中间体OXAB-10生产情况

图3 0．8‰浓度下ZD-10催化剂生产中间体OXAB-10生产情况

从图2及图3中可以看出，虽然在不同的催化剂浓度下产品聚合效率和控制难度相差较大，但实际产品指标无明显偏差，因此选择配制ZD-10催化剂浓度为0．80‰。

4 ZD-10催化剂配置OXAB-10工艺条件的优化

4．1 利用V101配置ZD-10催化剂工艺

在V101中，ZD-10催化剂配置OXAB-10的工艺条件见表3。

表3 V101配置ZD-10催化剂情况

根据多批次考察确认在V101中，ZD-10催化剂配置OXAB-10中的工艺条件为：配置温度为45～55℃，搅拌时间为30～40 min，其他操作均按照“催化剂配置操作规程”严格执行。

根据多批次生产，总结出在V101配置ZD-10中催化剂仍存在如下隐患：

1）配置频率高，配置温度较高，在由OXAB-10中转为配置AB-10醇时会因釜体温度高加快AB-10醇挥发，造成新的安全隐患及环境污染点。

2）配置过程按“催化剂配置操作规程”执行，氮气消耗量较大。

3）ZD-10催化剂需分装，分装过程粉尘较大，控制难度大，对人体有一定的伤害，同时拆封的ZD-10催化剂在广东高湿环境下存储难度大，吸潮后造成新的质量隐患。

4．2 利用V110配置ZD-10催化剂工艺

在V110中，ZD-10催化剂配置OXAB-10的工艺条件见表4。

根据多批次考察确认在V110中，ZD-10催化剂配置OXAB-10的工艺条件为：

表4 V110配置ZD-10催化剂情况

1）ZD-10催化剂在二楼由临时上料口处加入，减少与空气接触时间。

2）ZD-10加入压力控制在－30 kPa，降低ZD-10加入速度，防止大量ZD-10与OXAB-10中形成团状物而无法溶解，增加进料控制阀控制开度。

3）ZD-10催化剂配置温度为90～100℃，物料加入ZD-10催化剂循环时P110泵出口阀开度设置为50%，以加强物料和催化剂混合效果，物料升温至预反应温度后需继续循环40～50 min。

根据多批次生产，总结出在V110中配置ZD-10催化剂仍存在如下隐患：

1）大量催化剂与少量OXAB-10中接触时会形成团状物，V110内循环分散难度大，甚至在搅拌情况下也难以分散，影响后期生产控制及产品指标需控制ZD-10加入速度。

2）ZD-10催化剂需分装，分装过程粉尘较大，控制难度大，对人体有一定的伤害，同时拆封的ZD-10催化剂在广东高湿环境下存储难度大，吸潮后造成新的质量隐患。

4．3 R103B配置ZD-10催化剂工艺

在R103B中，ZD-10催化剂配置OXAB-10的工艺条件见表5。

表5 R103B配置ZD-10催化剂情况

根据多批次考察确认在R103B中，ZD-10催化剂配置OXAB-10的工艺条件为：

1）增加ZD-10进料控制阀，降低ZD-10加入速度，防止大量ZD-10与OXAB-10中形成团状物而无法溶解。

2）ZD-10催化剂配置温度为60～70℃，搅拌40～50 min。

值得注意的是在R103B配置ZD-10催化剂时仍存在大量催化剂与少量OXAB-10中接触时会形成团状物，影响后期生产控制及产品指标，需控制ZD-10加入速度。

5 结 论

1）ZD-10催化剂在与AB-10醇配置过程中，选择V110罐进行配置，配置浓度为0．80‰，配制温度30～40℃，循环温度90～96℃，HV145开度为50%，循环时间40 min；

2）ZD-10催化剂在与OXAB-10中间体配置过程，选择R103B进行配置，使用V101罐计量中间体量，配置浓度为0．60‰，配制温度60～70℃，搅拌时间40～50 min；采取此工艺后减少了氮气消耗和催化剂分装安全隐患，同时高温物料进入V101后将配置原料醇时残留的原料醇烘干且不造成V101釜体温度大幅升高。

［1］赵彦生，吴凤龙，马德鹏，等．聚羧酸系减水剂中间大分子单体的合成［J］．化学与生物工程，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，赵洪义．聚羧酸系高性能超塑化剂的研究进展［J］．高分子通报，2010，5：17－21．

［5］张新民，冯恩娟，徐正华，等．聚羧酸类减水剂中间大分子单体的合成工艺［J］．化工进展，2008，27（5）：736－739．

［6］李雪峰，张楠，周立明，刘兆滨，朱建民．国内聚羧酸聚醚大单体生产与市场现状［J］．日用化学品科学，2014，07：5－8．

［7］李雪峰，马铁岩，周立明，刘兆滨，朱建民．聚羧酸减水剂聚醚大单体的研究进展及展望［J］．日用化学品科学，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

茂名市重大科技和产学研专项计划（2012A02）

程丽华（1965～），教授，主要从事石油化工下游产品的研究及开发，E-mail：chenglihua65＠139．com