[发明专利]利用精萘残油馏分生产萘系减水剂的方法

说明书

技术领域

本发明属化工产品生产领域，涉及以工业萘生产FDN减水剂工艺，特别涉及利用精萘残油馏分生产萘系减水剂的方法。

背景技术

工程建设日益发展和人民需求的提高，对混凝土性能提出了越来越多的要求，混凝土中使用添加剂是被公认为提高混凝土强度、改善性能、节约水泥用量等方面的有效措施。添加剂特别是减水剂已成为混凝土中除水泥、水、砂、石之外的第五种重要组成材料，减水剂尤其是高效减水剂应用技术的发展，已成为推动水泥应用科学和混凝土生产技术发展的重要力量之一。因此，对高效减水剂的合成研究和应用研究，在近三十年，特别是九十年代后，取得了重大进展，并形成广泛应用的局面。发达国家掺外加剂的混凝土总量为75～90％以上，我国仅为15％左右。高效减水剂减水率可达20％以上，53％以上的减水剂产品为高效减水剂。目前主要是萘系、三聚氰胺系和由它们复配而成的减水剂，其中以萘系为主，占67％。特别是我国，大部分高效减水剂均是以萘为主要原料的萘系高效减水剂，我国每年要用10万吨的工业萘用作生产减水剂，由于煤焦油中的萘系产品用途广泛，而资源有限，似乎不宜更多地用于减水剂的生产，且原料萘价格高，从而使得相关厂家生产成本高、利润低，影响企业竞争力。

发明内容

为了解决目前以纯工业萘为原材料生产萘系减水剂存在的原料紧张、成本高等问题，本发明提供一种利用精萘残油馏分生产萘系减水剂的方法。

本发明的技术方案是，所述方法包括如下步骤，(1)将精萘残油馏分与浓硫酸按重量比1∶1.1混合均匀，油预升温到130℃时，在25～30分钟内匀速加入浓硫酸，后在145℃～155℃以上磺化反应3小时；(2)当物料温度降至120℃以下，加冷水水解，维持酸度在27％～30％之间，再加38％甲醛缩合，期间温度控制在110～120℃之间；(3)加完甲醛以后，温度控制在95～105℃之间保温2.5小时，产品沉降合格后(1小时沉降量小于10mm)即用碱类中和到中性后干燥。

本发明的关键在于精萘残油馏分中工业萘的磺化和β-萘磺酸与甲醛的缩合，控制温度的目的是由于萘与硫酸的反应必须在较高的温度下才能生成希望的中间体β-萘磺酸。萘的磺化度是影响减水剂性能的重要因素之一。β-萘磺酸在一定的温度下与甲醛发生缩合反应才能得到特定分子结构的缩合产物。

萘和甲基萘的磺化是一个亲电取代的可逆平衡反应，在35℃～60℃之间，用98％以上的硫酸将萘磺化，得到主要的产物为α-萘磺酸；在145℃～160℃时，则主要生成β-萘磺酸，长时间加热，α位将转变成β位。

水解反应是对磺化产物加水稀释，目的是去除磺化产物中夹杂的α-萘磺酸，避免其对缩合反应的影响，降低最终产品的质量。水解温度控制在110～120℃，稀释水量按缩合反应时的酸度要求计算确定。

缩合反应是合成减水剂的关键反应。采用酸做催化剂对β-萘磺酸和甲醛进行缩合，催化剂的作用是将甲醛转化为反应性强的羰离子CH₂OH⁺以进一步与β-萘磺酸反应。通常，缩合反应酸度控制在30％左右，反应温度控制在95～105℃，反应时间2～3小时。

中和反应系将缩合物冷却到常温后用碱中和至PH值为7～9，将缩合产物转化为磺酸盐并消除废酸。

本发明以精萘残油馏分代替纯工业萘为原材料生产萘系高效减水剂可以使其各项性能指标不变且使生产成本降低8～10％。各项指标均符合CB8076-87标准要求。

具体实施方式：

在1000ml三口烧瓶中加入300克精萘残油馏分，加热熔化升温到120℃开搅拌器。然后升温到150℃开始均匀滴加330克98％浓硫酸，在搅拌状态下于150℃-160℃下保温2-3小时，进行磺化反应。反应结束后，降温至120℃，加水81ml，于110-120℃水解50分钟，然后补加硫酸使总酸度在30％左右。反应物降温至90℃左右时，在2小时内滴完37％甲醛191克后，在95-105℃下进行缩合反应2小时，缩合反应时粘度太大时可以适当加水稀释，最后加入NaOH调PH值至7-9进行真空抽滤，将滤液浓缩到50％，喷雾干燥即制得棕色粉末状产品，或者浓缩到一定浓度得到液体产品。

表1本发明所生产减水剂性能参数对照表

以精萘残油馏分生产萘系减水剂代替以纯工业萘为原材料生产FDN减水剂，所生产的产品各项性能指标不但符合GB8076-1997(混凝土减水剂质量标准)且与以纯工业萘为原料生产的同类产品质量相当。将本发明所生成的萘系减水剂(FDN-1)与以纯工业萘为原料生产萘系减水剂(FDN-2)分别按GB8076-1997、GB8077-87进行性能测试。试验用水泥为425普通硅酸盐水泥、软练标准砂及碎石(1-3cm)FDN减水剂性能参数对照如表1；以精萘残油馏分代替纯工业萘为原材料生产FDN减水剂可以大幅度降低其生产成本，目前市场上原料萘5000元/吨，而精萘残油馏分市场价格大概4500元/吨，所以本发明可以节约原料成本8％～10％，尤其对一个既有精萘加工又有萘系减水剂生产的化工企业，不但可以降低萘系减水剂生产成本而且可以直接采取逐步结晶法以精萘流程产生的馏分为原料生产萘系减水剂，这样既缩短了逐步结晶的工艺流程，提高精萘加工的生产效率而且还可以利用老工艺的设备，对老工艺改造不须增加新设备和固定资产投资，因此技术经济指标优良。