[发明专利]连续无催化氧化费托蜡系统及方法

说明书

本发明公开了一种连续无催化氧化费托蜡系统及方法。其中，该系统包括：原料单元，包括费托蜡储罐和助剂储罐，费托蜡储罐和助剂储罐的外部配备有用于将固相原料加热为液相原料的加热设备；分级氧化单元，包括至少两级串联的氧化反应器，每级氧化反应器下游设置有用于将氧化反应器流出物进行气液分离的气液分离器，第一级的氧化反应器与费托蜡储罐和助剂储罐经管线连通；尾气处理单元，与各级气液分离器的气相出口连通。应用本发明的技术方案，设置固相原料预热设备预先对固相原料进行预加热可减少温度较低的固相原料降低液相循环回路中液相原料的温度，避免了回流液相原料温度降低导致连续无催化氧化时间增长的可能性，进而提高了反应的效率。

技术领域

本发明涉及石油化工领域，具体而言，涉及一种连续无催化氧化费托蜡系统及方法。

背景技术

费托蜡可广泛用于食品化妆品、油墨与涂料、橡塑加工、热熔胶、熔模铸造等领域，另外由于费托蜡易于与石油蜡、微晶蜡、聚烯烃等互溶，还可以用作石蜡和微晶蜡的改性剂，以提高其滴点和硬度。得益于自身的诸多优点，费托蜡可替代传统石蜡制备氧化蜡，缓解石油资源短缺的压力，提高煤制蜡的经济附加值。由于费托蜡是非极性分子，可以通过化学方法向费托蜡中引入极性分子来改善费托蜡的性质，寻求更加广阔的应用空间。费托蜡的氧化改性是通过化学方法引入-OH、-COOH、-CHO、-COC-、-COOR等极性基团的过程，使费托蜡的亲和性、乳化性，溶解性，润滑性以及颜料分散性等方面等从根本上得到改善。

目前，我国主要采用催化/无催化氧化法制备氧化蜡产品。在催化氧化法制备氧化蜡的过程中，蜡氧化所使用的催化剂主要为锰皂、钴皂催化剂，其配合空气、氧气等含氧气体来生产氧化蜡。该方法的缺点就是随着催化剂的过多引入，蜡氧化过程中的副产物明显增多，并且残留的金属离子致使氧化蜡的色泽受到影响，生产出的氧化蜡品质较差，主要体现在颜色深、气味重，无法应用于日化行业。例如CN103468316A采用醋酸锰、硫酸锰作为催化剂，硬脂酸作为助剂，在氧气的作用下氧化石蜡与微晶蜡，但在氧化反应进行过程中，会有醋酸锰或硫酸锰析出，不能够很好的溶解在蜡中参与催化反应，产品的色泽、气味也会受到影响。为了消除残留金属离子对产品品质的影响，研究者对催化氧化法进行了多方面的改进。CN102921447A设计了Co/SBA-15固载型催化剂对石蜡进行氧化改性，虽然SBA-15分子筛作为载体锚定了催化活性组分，提高了催化剂的比表面积，丰富了其大孔隙结构，但由于催化剂的活性位点主要由钴氧化物组成，其催化活性仍需进一步提高。此外，由于引入了固相催化剂，因此氧化后催化剂分离技术的开发会提高实际应用的成本，并且目前尚未有比较成熟的工艺和设备。蜡的无催化氧化法也有相应的报道，CN105087068A在无催化剂的条件下借助氧气和引发剂氧化费托煤制蜡，虽然该工艺未采用过渡金属离子催化剂，不会影响产物的色泽、气味，但氧化反应所使用的装置为三口瓶，氧气未能与熔融的费托蜡均匀地接触导致氧气在氧化装置中的分散度较差，因此产品的酸值、皂化值仍有进一步提升的空间。此外，氧化反应中所使用氧气使尾气中的易挥发物质(VOCs)与氧气接触后达到爆炸极限的风险较大，因此该设计不利于大规模的开发、生产和应用。

虽然空气的氧化能力较氧气、臭氧等强氧化能力气体弱，但其温和性更有利于工业化应用。CN 113797867A采用连续微通道反应工艺，在空气的作用下制备了氧化煤基费托蜡。虽然该工艺可大幅提升传质效率，提高费托蜡-含氧气体非均相反应混合效率，缩短反应时间，但由于微反应器微米级的通道尺寸以及十分复杂的内部结构，使得蜡凝固后反应器通道极易堵塞，清理会变得十分困难。此外，微反应器采用“数增放大”来扩大产能，虽然能有效降低放大成本，但处理能力也受到很大限制。当微反应器的数量增多的同时，微反应器监测和控制的复杂程度也会相应地提高，对于实际生产来说其运行成本也会提高。目前制备氧化蜡的技术多采用单个小型加气鼓泡反应釜式装置进行，空气的流速、比消耗量、分散度均会对蜡氧化深度产生影响。并且，加料和出料及氧化过程是按批次间歇式操作的，一个批次蜡的氧化过程完成之后，需要停止氧化过程，将制成的氧化蜡从反应釜中泄出，然后重新加料，进行下一轮氧化。虽然这种间歇过程对设备装置要求较低，但该工艺对于工业化的应用仍有提升的空间。

发明内容