DE69229045T2 - Sulfonierungsverfahren für viskose sulfonsäure - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Sulfonierung organischer Reaktanten und insbesondere ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung von Sulfonsäuren, wie etwa Alkyldiaryletherdisulfonsäure, Alkyldiaryldisulfonsäure, Alkylarylsulfonsäuren mit hohem Molekulargewicht, Dialkylarylsulfonsäure und anderen Sulfonsäuren, die gekennzeichnet sind durch hohe Viskositäten bei Reaktionsbedingungen, verglichen mit Dodecylbenzolsulfonsäure.
• Die Ausdrücke "Sulfonierung" und "Sulfonieren", wie sie hierin eingesetzt werden, werden manchmal in ihrem allgemeinen Sinn verwendet, indem sie sowohl auf tatsächliches Sulfonieren als auch auf Sulfatieren angewendet wird, und manchmal in ihrer speziellen Bedeutung, d. h. auf tatsächliches Sulfonieren. Wo der Kontext, in dem die Ausdrücke "Sulfonierung" und "Sulfonieren" verwendet werden, nicht die spezielle Bedeutung erfordert, ist sie im allgemeinen Sinn zu verstehen.
• Organische Sulfonsäuren und organische Sulfonate sind kommerziell bedeutend als Bestandteile von Reinigungsmitteln. Von Interesse für die vorliegende Erfindung ist die Offenbarung des U.S.-Patentes Nr. 3,620,684 (Brooks et al.) derselben Inhaberin. Dieses Patent offenbart ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Sulfonierung organischer Reaktanten mittels einer Reaktion zwischen einem flüssigen organischen Reagens und Schwefeltrioxid-Dampf in einem Dünnfilmreaktor. Die Vorrichtung zur Durchführung der Reaktion umfaßt zwei von außen gekühlte, konzentrische kreisförmige Reaktionsflächen, wobei der Zwischenraum zwischen den Reaktionsflächen 0,32 bis 1,27 cm (1/8 bis 1/2 Inch) beträgt; einen Rotor, der konzentrisch zwischen den zwei Reaktionsflächen angeordnet ist, wobei der Spielraum zwischen dem Rotor und den Reaktionsflächen 0,013 bis 0,102 cm (fünf bis vierzigtausendstel (0,005 bis 0,040) eines Inches) beträgt; Mittel zum Drehen des Rotors; und Mittel zum Führen der Reaktantenflüssigkeit und des Reaktantengases in parallelen Strömen zum Zwischenraum zwischen den besagten Reaktionsflächen und dem Rotor. Ebenfalls von Interesse ist die Offenbarung von Falk et al., U.S.-Patent Nr. 2,923,728, betreffend ein Verfahren zum Umsetzen organischer Verbindungen mit Schwefeltrioxid.
• Weitere Verfahren zur Sulfonierung organischer Produkte schließen die Verwendung von etwas ein, was in der Technik als "Jet-Reaktoren" bekannt ist. Siehe Brooks et al., U.S.-Patent Nr. 4,113,438. Die Verwendung von sowohl Dünnfilm- als auch Jet-Reaktoren für die Sulfonierung organischer Reagentien ist im allgemeinen für die Reaktion von Reaktanten geeignet, deren Sulfonsäuren relativ niedrige Viskositäten aufweisen [0,01 bis 1,0 Pa·s (10 bis 1.000 cps) mit einem Maximum von 1,5 Pa·s (1.500 cps) bei der Reaktionstemperatur]. Die Verwendung solcher Reaktoren ist jedoch in Fällen beschränkt, bei denen die Sulfonierungsreaktion eine Sulfonsäure mit einer hohen Viskosität bei der Reaktionstemperatur erzeugt. Sulfonierungsprodukte, wie etwa Alkyldiphenyletherdisulfonsäure (ADEDS), sind gekennzeichnet durch Viskositäten im Bereich von 1,5 Pa·s bis 40 Pa·s (1.500 cps bis 40.000 cps) bei Reaktionstemperatur (etwa 93ºC (200ºF)). ADEDS ist besonders nützlich als ein Zusatzstoff in Haushaltsreinigungsmittelformulierungen sowie als ein Tensid in vielen industriellen Reinigungsmittelanwendungen. Als ein Tensid ist ADEDS durch hervorragende Eigenschaften gekennzeichnet, einschließlich hoher thermischer Stabilität, hoher Löslichkeit und der Fähigkeit, andere Reinigungsmittel löslich zu machen. Wenn es gemäß herkömmlichen Methoden hergestellt wird, ist ADEDS jedoch im allgemeinen wegen Restverunreinigungen aus der Verarbeitung für Haushaltszwecke ungeeignet. Ein weiteres Sulfonierungsprodukt, das durch hohe Viskosität gekennzeichnet ist, ist Alkylbenzolsulfonsäure (ABS) mit hohem Molekulargewicht mit einer Alkylgruppe von 18 oder mehr Kohlenstoffen. ABS ist besonders nützlich als ein nicht-wäßriges Reinigungsmittel, wie etwa als ein Zusatzstoff für Hochtemperaturschmieröl. Ein weiteres Sulfonierungsprodukt, das durch hohe Viskosität gekennzeichnet ist, ist Dialkylnaphthalinsulfonsäure (DANS), bei der jede Alkylgruppe 5 oder mehr Kohlenstoffe enthält. In ihrer neutralen Form ist DANS besonders nützlich als ein Korrosionshemmer.
• Alle oben beschriebenen Sulfonsäuren werden gegenwärtig mit diskontinuierlichen Lösemittelreaktionssystemen hergestellt. Die meisten in solchen Systemen verwendeten Lösemittel sind gefährliche Materialien, die geschlossen gehalten, rückgewonnen und in einigen Fällen aus dem Produkt entfernt werden müssen, weil selbst geringe Mengen, die im Produkt verbleiben, unerwünscht sind. Unglücklicherweise ist die vollständige Entfernung solcher Lösemittel aus dem Produkt extrem schwierig, wenn nicht unmöglich.
• Im Fall gegenwärtig verwendeter Filmreaktoren verhindern die dicken Filme von Reaktionsprodukten mit hoher Viskosität eine ausreichende Penetration des Schwefeltrioxids durch die Dicke des Reaktionsproduktes zum nicht-umgesetzten Beschickungsmaterial, um ausreichende Ausbeuten an Reaktionsprodukten zu ergeben. Versuche zur Erhöhung der Ausbeuten der Sulfonierungsreaktion mittels Anwendung höherer Temperaturen oder höherer Molverhältnisse haben sich im allgemeinen als nur von begrenztem Nutzen erwiesen. Die Zugabe von Essigsäure ist bekannt, um die Reaktionsausbeute zu erhöhen, wie dies von andern Alkylaryl-Beschickungsmaterialien bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes Verfahren zum Sulfonieren eines organischen Reaktanten zur Verfügung, der, bei Sulfonierung mit einem gasförmigen Sulfonierungsmittel (vorzugsweise Schwefeltrioxid), ein viskoses Sulfonierungsreaktionsprodukt mit einer Viskosität von beträchtlich mehr als 1,5 Pa·s (1.500 centipoises) bei Reaktionsbedingungen liefert. Das Verfahren ist in der Lage, solch ein Sulfonierungsreaktionsprodukt zu erzeugen, das zu mehr als 85 Gew.-% vollständig umgesetzt ist. Insbesondere ist das Verfahren, für Dodecyldiphenylether (DDE), in der Lage, ein Sulfonierungsreaktionsprodukt zu erzeugen, das zu mehr als 88 Gew.-% disulfoniert ist.
• Das Verfahren der Erfindung umfaßt die Schritte, die einschließen: Bereitstellung einer länglichen, umschlossenen Reaktoroberfläche, die länger ist als etwa 4,57 m (15 feet), mit einem stromaufwärtigen und einem stromabwärtigen Ende und versehen mit einer Wärmeaustauschoberfläche; Leiten eines Films des organischen Reaktanten entlang der Reaktoroberfläche vom stromaufwärtigen Ende zum stromabwärtigen Ende; Leiten eines gasförmigen Sulfonierungsmittels in gleicher Richtung entlang des Filmes; Halten des gasförmigen Sulfonierungsmittels in enger benachbarter Beziehung zum Film. Ein Film aus organischen Reaktanten wird mit dem gasförmigen Sulfonierungsmittel umgesetzt, um einen Film aus sulfoniertem Reaktionsprodukt zu bilden, so daß der Film in einer stromabwärtigen Richtung zunehmend in der Viskosität ansteigt, wenn der Umfang der Reaktion und die Menge des sulfonierten Reaktionsproduktes ansteigt.
• Das Verfahren der Erfindung erfordert die Bereitstellung eines Druckabfalls zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Ende des Reaktors, der ausreichend ist, um dem gasförmigen Mittel in einer stromabwärtigen Richtung zunehmend eine ansteigende Geschwindigkeit zu verleihen. Der Druckabfall führt zu einer ansteigenden Geschwindigkeit in einer stromabwärtigen Richtung, weil ein gegebenes Gasgewicht unter niedrigerem guck in einem stromabwärtigen Teil des Reaktors ein größeres Volumen aufweist als jenes Gas in einem stromaufwärtigen Teil des Reaktors mit höherem Druck. Dieses größere Gasvolumen muß sich demgemäß mit einer größeren Geschwindigkeit bewegen, um durch den Reaktor vorwärts zu kommen. Die ansteigende Geschwindigkeit des gasförmigen Mittels wird eingesetzt, um den zunehmend viskosen Film aus Reaktionsprodukt zu verdünnen, um die Reaktionsproduktoberfläche zu erhöhen und den Penetrationsgrad durch den Reaktanten/Produkt-Film zu verringern, der erforderlich ist, damit das Sulfonierungsmittel reagiert, um Produkt zu bilden. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung liefert Sulfonierungsprodukt mit Ausbeuten über 85 Gew.-% mittels erhöhter Sulfonierungsmittel/Lufl-Mischungsdrücke, erhöhter Druckabfälle und Gasgeschwindigkeiten durch den Reaktor und Reaktoren mit erhöhten Längen, aber gekennzeichnet durch relativ geringe äquivalente Durchmesser. Die Reaktionsbedingungen werden bevorzugt so ausgewählt, daß ein Sulfonierungsreaktionsprodukt erzeugt wird, das zu mehr als etwa 88 Gew.-% vollständig umgesetzt ist, und am bevorzugtesten zu mehr als etwa 90 Gew.-% vollständig umgesetzt ist. Am bevorzugtesten werden die Reaktionsbedingungen so ausgewählt, daß Sulfonierungsreaktionsprodukte erzeugt werden; die, auf Molbasis, zu ungefähr 100% monosulfoniert und zu mehr als 88% disulfoniert sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
• Die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes Verfahren zur Sulfonierung organischer Reagentien zur Verfügung, und insbesondere derjenigen, wo die Sulfonierungsprodukte durch hohe Viskositäten gekennzeichnet sind. Das Verfahren liefert hohe Sulfonierungsausbeuten in Sulfonierungsreaktionen, in denen das Sulfonierungsprodukt durch Viskositäten oberhalb von 1,5 Pa·s (1.500 centipoises) bei Reaktionsbedingungen gekennzeichnet ist. Ein Produkt der vorliegenden Erfindung ist ADEDS, das, wenn es gemäß den Verfahren der Erfindung hergestellt wird, zur Verwendung in Haushaltsreinigungsmitteln und industriellen Produkten geeignet ist.
• Das Verfahren der vorliegenden Erfindung löst das Problem verringerter Reaktivität, die durch die hohe Viskosität bestimmter Sulfonierungsprodukte hervorgerufen wird. Die Auswirkung der verringerten Reaktivität wird deutlich in den niedrigen Ausbeuten oder unvollständig umgesetztem Produkt aus herkömmlichen Film- und Jet-Reaktoren. Obgleich Schwefeltrioxid schnell mit den meisten sulfonierbaren organischen Ausgangsmaterialien reagiert, kann die Reaktionsgeschwindigkeit durch die verringerte Fähigkeit von Sulfonierungsmitteln, wie etwa Schwefeltrioxid, durch viskoses Produkt zu nicht-umgesetzten Stellen durchzudringen, stark beschränkt sein. Wenn der flüssige Reaktant sich entlang der Filmreaktoroberfläche bewegt, wird das Material zunehmend viskoser, wenn die Sulfonierungsreaktion voranschreitet. Dies bewirkt, daß das viskose Produkt an Dicke an der Reaktoroberfläche zunimmt, was die Sulfonierungsreaktion und den Durchgang des gasförmigen Mittels durch den Reaktor hemmt. Durch Bereitstellung des gasförmigen Mittels bei einem angemessenen Druckunterschied, um den Durchgang des gasförmigen Mittels durch den Reaktor sicherzustellen, wird die Reaktionsproduktschicht durch die Scherwirkung des sich ausdehnenden gasförmigen Mittels verdünnt, wenn es vom Hochdruckende des Reaktors zum Niederdruckende strömt. Die verdünnte Schicht des Reaktionsproduktes verringert den Durchdringungsgrad, der erforderlich ist, damit das Sulfonierungsmittel mit nicht-umgesetzten Stellen in Kontakt kommt. Demgemäß können bei richtiger Reaktorauslegung und Auswahl der Reaktionsbedingungen kommerziell annehmbare Produkte mit hohen Reaktionsausbeuten hergestellt werden.
• Das Verfahren der vorliegenden Erfindung liefert Sulfonierungsprodukt mit Ausbeuten über 85 Gew.-% mittels erhöhten Sulfonierungsmittel/Luft-Mischungsdrücken, erhöhten Druckabfällen und Gasgeschwindigkeiten durch den Reaktor und Reaktoren mit erhöhten Längen, aber gekennzeichnet durch relativ kleine äquivalente Durchmesser, verringerte Flüssigkeitsbeladungen (Massendurchfluß pro Einheit Reaktorumfang) und höhere Filmtemperaturen, die sich durch höhere Reaktorwandtemperaturen manifestieren. Obgleich wir nicht an irgendeine Theorie der Erfindung gebunden sein wollen, glauben wir, daß diese Kombination von erhöhtem Druck, Druckabfall und Gasgeschwindigkeiten die Durchmischung verbessert und die Kinetiken der Sulfonierungsreaktion erhöht, wodurch die Sulfonierungsausbeute verbessert wird.
Geeignete Reaktoren
• Reaktoren, die zur Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sind, schließen praktisch alle Fallfilmreaktoren ein, in denen ein gleichgerichteter Strom von Flüssig- und Dampfphasenreaktanten aufrechterhalten werden kann, einschließlich Mehrrohr-, Parallelplatten- und Ringreaktoren. Obgleich das Verfahren der Erfindung vorzugsweise in Fallfilmreaktoren durchgeführt wird, die vertikal angeordnete Reaktoroberflächen aufweisen, macht es die hohe Geschwindigkeit des durchströmenden Gases möglich, die Reaktoroberflächen in anderen Ausrichtungen anzuordnen als genau senkrecht. Um eine genügende Verweilzeit für die Reaktanten bereitzustellen, müssen die Reaktorlängen, die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, vorzugsweise länger sein, im Bereich des 2-5-fachen, als diejenigen, in denen Reaktionen unter geringem Druckabfall oder niedrigen Dampfstromgeschwindigkeitsbedingungen durchgeführt werden. Demgemäß beträgt die Länge der Oberfläche, wo Reaktion innerhalb der Reaktoren auftritt, vorzugsweise zwischen etwa 4,57 m und etwa 18,29 m (etwa 15 und etwa 60 feet) und am bevorzugtesten zwischen etwa 6,10 m und etwa 12,19 m (etwa 20 und etwa 40 feet). Welche Reaktorlänge auch immer gewählt wird, es ist wichtig, einen relativ geringen äquivalenten Durchmesser für den Reaktor aufrechtzuerhalten, damit eine angemessene Geschwindigkeit des gasförmigen Mittels erzeugt werden kann, damit ein Aufbau von Dicke des Reaktionsproduktes auf der Reaktoroberfläche nicht auftritt. (Äquivalenter Durchmesser = das 4-fache des hydraulischen Radius' = das 4-fache von (Querschnittsfläche geteilt durch Länge des befeuchteten Umfangs)). Im allgemeinen sollte der äquivalente Durchmesser bei weniger als etwa 2,03 cm (0,8 inches) und mehr als etwa 0,5 cm (0,2 inches) gehalten werden, wobei etwa 1,27 cm (0,5 inches) besonders bevorzugt sind.
Reaktionstemperatur
• Das Verfahren der Erfindung ist reaktionstemperaturemplindlich, so daß die optimale Temperatur für die Reaktion weder zu heiß noch zu kalt sein sollte. In Reaktionen zur Herstellung von ADEDS liegt die optimale Einlaßtemperatur für den flüssigen organischen Reaktanten im Bereich von etwa 15ºC (60ºF) bis etwa 93ºC (200ºF) und vorzugsweise von etwa 32ºC (90ºF) bis etwa 54ºC (130ºF), wobei die bevorzugte Einlaßtemperatur des gasförmigen Sulfonierungsmittels im Bereich von etwa 32ºC (90ºF) bis etwa 93ºC (200ºF) und am bevorzugtesten von etwa 38ºC (100ºF) bis etwa 49ºC (120ºF) liegt. Da bei dem Verlauf der exothermen Sulfonierungsreaktion Wärme erzeugt wird, ist im allgemeinen eine Wärmeaustauschoberfläche erforderlich, um die Temperatur des Reaktors zu kontrollieren. Ein bevorzugter Temperaturbereich für Wärmeübergangsfluid im Kühlmantel, das mit den Reaktorwänden in Kontakt steht, liegt im Bereich von etwa 82ºC (180ºF) bis etwa 105ºC (220ºF). Heißeres Wärmeübergangsfluid neigt dazu, die Viskosität des Reaktionsproduktes im dünnen Film zu verringern, kann aber die Erzeugung unerwünschter Oxidationsnebenprodukte induzieren. Andererseits entzieht kühleres Wärmeübergangsfluid mehr Hitze aus dem Reaktor und verringert die Geschwindigkeit von Nebenreaktionen, erhöht aber die Viskosität des Films des Reaktionsproduktes, was das Eindringen von Schwefeltrioxid hemmt und zu einem weniger vollständig umgesetzten Produkt führt. Obgleich die optimale Reaktionstemperatur natürlich für jede gegebene Kombination von Reaktanten und Reaktor variieren wird, liegt es innerhalb des üblichen Könnens des Durchschnittsfachmannes, den optimalen Temperaturbereich für einen gegebenen Satz von Reaktionsbedingungen zu bestimmen.
Reaktionsdruck
• Das Verfahren der Erfindung erfordert einen hohen Einlaßdruck im Bereich von etwa 308 kPa bis 1.135 kPa (30 psig bis 150 psig), wegen des Erfordernisses, daß ein großer Druckabfall zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Ende der Reaktoroberfläche vorliegen muß. Es ist dieser Druckabfall, der dem gasförmigen Sulfonierungsmittel eine relativ hohe Geschwindigkeit verleiht und ihm ermöglicht, einen beträchtlichen Teil der Dicke der Schicht des viskosen Reaktionsproduktes abzulösen. Es ist bevorzugt, daß Trockenrohrgasgeschwindigkeiten oberhalb etwa 12,19 m (40 feet) pro Sekunde am stromaufwärtigen Ende besagter Reaktoroberfläche (Reaktoreinlaß) und über etwa 61 m (200 feet) pro Sekunde am stromabwärtigen Ende besagter Reaktoroberfläche (Reaktorauslaß) aufrechterhalten werden. Im Verlauf der Sulfonierungsreaktion nimmt die Dicke des Films oder Reaktionsproduktes auf den Wänden des Reaktors allmählich zu, wenn die Beschickungs- und Produktmaterialien zum Boden des Reaktors strömen. Wenn die Dicke des Reaktionsproduktes zunimmt, nimmt die Fläche des Reaktors, die für Gasdurchstrom verfügbar ist, allmählich ab, wodurch der Gasdurchstrom beschränkt und die Gasgeschwindigkeit erhöht wird. Zusätzlich führt der Druckabfall zur Expansion des Gases, was die Geschwindigkeit des Gasdurchstroms weiter erhöht. Obgleich die Geschwindigkeit des Gases annähernd Schallgeschwindigkeit erreichen kann, wird sie diese Geschwindigkeit nicht überschreiten. Demgemäß liegen bevorzugte Druckabfälle im Bereich von etwa 620 kPa (90 psi) bis etwa 827 kPa (120 psi), wenn das Ausgangsmaterial eine verzweigte Vorstufe von ADEDS ist, können aber im Bereich von etwa 487 kPa (70 psi) bis etwa 689 kPa (100 psi) liegen, wenn das Ausgangsmaterial eine lineare Vorstufe von ADEDS ist.
• Der Reaktorauslaßgasdruck ist im allgemeinen geringer als etwa 205 kPa (15 psig), hängt aber vom Grad des Druckabfalles ab, der durch stromabwärtige Abgasverarbeitungsausrüstung erforderlich ist. Auslaßdrücke liegen bevorzugt im Bereich von etwa 136 kPa (5 psig) bis etwa 205 kPa (15 psig), wenn der Reaktorauslaß zu einem Gas/Flüssig-Trenner erfolgt, kann aber so niedrig wie 101 kPa (0 psig) sein, wenn der Auslaß nicht direkt zu einem anderen Teil der Verarbeitungsausrüstung erfolgt.
• Zusätzlich zum Anstieg des Druckes und Druckabfalls innerhalb des Reaktors wird die Gesamtmasse des dem Reaktor zugesetzten Gases gegenüber derjenigen erhöht, die von Verfahren nach dem Stand der Technik verwendet werden, indem mehr Verdünnungsluft zum Reaktionsdampf zugesetzt wird. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung setzt vorzugsweise Beschickungsgas mit einer Sulfonierungsmittelkonzentration (vorzugsweise Schwefeltrioxid) im Bereich von etwa 1,4 Vol.-% bis etwa 10,0 Vol.-% ein, wobei Konzentrationen im Bereich zwischen etwa 1,4% und etwa 4,0% bevorzugt sind und Konzentrationen von etwa 2,5% Schwefeltrioxid besonders bevorzugt sind.
• Das Reaktionsprodukt wird aus dem Reaktor mit einer Temperatur von etwa 93ºC (200ºF) ausgetragen. Im Gegensatz zu bestimmten Verfahren nach dem Stand der Technik ist es bevorzugt, das abgekühlte Reaktionsprodukt nicht zum Reaktor rückzuführen. Obgleich Rückführmaterial nicht notwendigerweise die Reaktion beeinträchtigen wird, neigt das Reaktionsprodukt dazu, so viskos zu sein, daß es nicht ohne weiteres zur Rückführung zum Reaktor gepumpt werden kann.
• Obgleich das Verfahren der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt ist für die Herstellung von ADEDS, ist es allgemein nützlich zur Verwendung mit Ausgangsmaterialien, die andere viskose Reaktionsprodukte mit Viskositäten von mehr als 1,5 Pa·s (1.500 centipoises) bei Reaktionstemperaturen erzeugen, die wegen ihrer Viskosität nicht ohne weiteres ohne die Verwendung von Lösemitteln sulfoniert werden können, wie etwa C&sub6;- bis C&sub2;&sub0;-Kohlenwasserstoffe oder verschiedene halogenierte Kohlenwasserstoffe. Das Verfahren der Erfindung ist somit nützlich bei der Herstellung von Monosulfonaten durch Sulfonierung von Ausgangsmaterialien, die Dialkylbenzole mit C&sub8;-C&sub2;&sub0;-Seitenketten, Dialkyltoluole mit C&sub8;- C&sub2;&sub0;-Seitenketten, Alkylbenzole mit C&sub1;&sub8;-C&sub4;&sub0;-Seitenketten, Polyisopropylnaphthaline mit Molekulargewichten im Bereich von 300 bis 600, Isobutane mit Gesamtmolekulargewichten im Bereich von 300 bis 500, Dialkylphenole mit C&sub6;-C&sub1;&sub2;-Seitenketten, Dialkylnaphthaline mit C&sub6;-C&sub1;&sub2;-Seitenketten (die ebenfalls disulfoniert werden können), C&sub6;-C&sub1;&sub2;-Cocomonoglyceride (Ester von Kokosnußfettsäuren und Glycerin) umfassen. Ausgangsmaterialien, die disulfoniert werden können, schließen Biphenylalkane mit C&sub6;-C&sub1;&sub8;-Alkangruppen, Diphenylether, Diphenylalkane mit C&sub6;-C&sub1;&sub8;-Alkangruppen, Alkylbenzolsulfone mit C&sub6;-C&sub1;&sub8;- Seitenketten ein. Es wäre notwendig, spezifische Verfahrensparameter entsprechend der Identität des eingesetzten Sulfonierungsausgangsmaterials zu variieren. Im Lichte der grundlegenden Lehren der vorliegenden Erfindung lägen solche Anpassungen jedoch im Können des Durchschnittsfachmannes. Produkte, die durch Sulfonierung der obigen Ausgangsmaterialien hergestellt werden, sind nützlich als Schmieröladditive, Korrosionsinhibitoren und Benetzungsmittel.
• In den folgenden Beispielen wurde ein Filmreaktor verwendet, um eine Sulfonierungsreaktion an Alkyldiphenylether-Ausgangsmaterialien gemäß dem Verfahren der Erfindung durchzuführen. Der Filmreaktor hatte eine 7,6 m (25 foot) lange vertikale Reaktoroberfläche und wurde betrieben ohne einen Rückführquench, um ein Ausgangsmaterial mit einer Schwefeltrioxidgasmischung umzusetzen. In den Beispielen ist die Kühlwassertemperatur für Wasser auf einer einzelnen Reaktorkühlfläche angegeben, obgleich in bestimmten indizierten Situationen Mehrfachsegmentreaktorkühlflächen mit unterschiedlichen Temperaturen sich als nützlich erwiesen haben.
BEISPIEL 1
• In diesem Beispiel wurde ein verzweigtes Dodecyldiphenylether(BDDE)-Ausgangsmaterial mit Schwefeltrioxid im 7,6 m (25 foot) langen vertikalen Filmreaktor gemäß dem Verfahren der Erfindung sowie in einem 1,5 m (5 foot) langen Standardfilmreaktor unter den in Tabelle 1 spezifizierten Bedingungen umgesetzt. Während das Verfahren der Erfindung ein Produkt lieferte, das zu 90% und mehr (Molbasis) disulfoniert war, lieferte der 1,5 m (5 foot) lange Standardreaktor ein Produkt mit einem Disulfonierungsgrad (63%), der für kommerzielle Verwendung ungeeignet war.
BEISPIELE 2 UND 3
• In diesen Beispielen wurden lineare Dodecyldiphenylether(LDDE)- und verzweigte Oktadecylbenzol(BODAB)-Ausgangsmaterialien mit Schwefeltrioxid im 7,6 m (25 foot) langen Filmreaktor gemäß dem Verfahren der Erfindung umgesetzt. Die Ergebnisse dieser Reaktionen sind in Tabelle 1 unten dargestellt. TABELLE 1
• *BODE (verzweigter Dodecyldiphenylether)
• LDDE (linearer Dodecyldiphenylether)
• BODAB (verzweigtes Octadecylbenzol) TABELLE 1 Analyse
• Die Verfahren der vorliegenden Erfindung können mit einer breiten Vielzahl von Ausgangsmaterialien unter variierenden Bedingungen in die Praxis umgesetzt werden, die gemäß der spezifischen Natur dieser Ausgangsmaterialien gewählt werden. Aus der vorstehenden Beschreibung wird ein Durchschnittsfachmann zahlreiche Veränderungen und Modifikationen der Erfindung erkennen, um sie an bestimmte Materialien und Zustände anzupassen. Folglich sollten der Erfindung nur solche Beschränkungen auferlegt werden, wie sie in den folgenden Ansprüchen erscheinen.

Claims (18)

1. Bei einem Verfahren zum Sulfonieren eines organischen Reaktanten, der bei Sulfonierung ein viskoses Sulfonierungsreaktionsprodukt mit einer Viskosität von beträchtlich mehr als 1,5 Pa·s (1500 centipoises) bei Reaktionsbedingungen liefert, ein Verfahren zur Herstellung solch eines Sulfonierungsreaktionsproduktes, das zu mehr als etwa 85 Gew.- % vollständig umgesetzt ist, wobei besagtes Verfahren die Schritte umfaßt:

Bereitstellung einer länglichen, umschlossenen Reaktoroberfläche, die länger ist als 4,57 m (15 feet), mit einem stromaufwärtigen und einem stromabwärtigen Ende und versehen mit einer Wärmeaustauschoberfläche;

Leiten eines Films aus besagtem organischen Reaktanten entlang besagter Reaktoroberfläche von besagtem stromaufwärtigen Ende zu besagtem stromabwärtigen Ende;

Leiten eines gasförmigen Sulfonierungsmittels in gleicher Richtung entlang besagten Films;

Halten besagten gasförmigen Sulfonierungsmittels in enger benachbarter Beziehung zu besagtem Film;

Unterdrucksetzen besagten gasförmigen Sulfonierungsmittels bis zu einem Druckniveau von mehr als etwa 308 kPa (30 psig) und Bereitstellen eines Druckabfalls, zwischen besagtem stromaufwärtigen und besagtem stromabwärtigen Ende besagter Reaktoroberfläche, der ausreichend ist, um besagtem gasförmigen Sulfonierungsmittel eine relativ hohe Geschwindigkeit zu verleihen, die dem gasförmigen Mittel ermöglichen wird, wenigstens einen beträchtlichen Teil der Dicke besagter Schicht abzulösen, um besagte Schicht aufzubrechen; und

Umsetzen besagten Films und besagter Hochgeschwindigkeitsgasmischung für einen ausreichenden Zeitraum, um ein Sulfonierungsreaktionsprodukt an besagtem stromabwärtigen Ende zu erzeugen, das zu mehr als etwa 85 Gew.-% vollständig umgesetzt ist.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Einlaßgasdruck in besagtem Reaktor von etwa 308 kPa (30 psig) bis etwa 1135 kPa (150 psig) ist und der Auslaßgasdruck in besagtem Reaktor niedriger ist als etwa 205 kPa (15 psig).

3. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Trockenrohrgasgeschwindigkeit am stromaufwärtigen Ende besagter Reaktoroberfläche größer ist als etwa 12,19 m (40 feet) pro Sekunde.

4. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Trockenrohrgasgeschwindigkeit am stromabwärtigen Ende besagter Reaktoroberfläche größer ist als 61 m (200 feet) pro Sekunde.

5. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Einlaßtemperatur des organischen Reaktanten zwischen etwa 15 und 93ºC (60 und 200ºF) liegt.

6. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Einlaßtemperatur des gasförmigen Sulfonierungsmittels zwischen 32ºC und 93ºC (etwa 90ºF und 200ºF) liegt.

7. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Reaktoroberfläche zwischen etwa 4,57 und 18,29 m (15 und 60 feet) lang ist.

8. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Reaktoroberfläche vertikal angeordnet ist.

9. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Reaktoroberfläche zwischen etwa 6,1 und 12,2 m (20 und 40 feet) lang ist.

10. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der äquivalente Durchmesser des Reaktors zwischen etwa 0,5 cm (0,2 inches) und etwa 2,0 cm (0,8 inches) liegt.

11. Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei der äquivalente Durchmesser des Reaktors etwa 1,27 cm (0,5 inches) beträgt.

12. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gasförmige Sulfonierungsmittel Schwefeltrioxid umfaßt.

13. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei besagtes Schwefeltrioxid eine Konzentration zwischen 1,4 Vol.-% und 10,0 Vol.% hat.

14. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei besagtes Schwefeltrioxid eine Konzentration zwischen 2,0 Vol.-% und 7,0 Vol.% hat.

1 S. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei besagter organischer Reaktant ein Alkyldiphenylether mit einer C&sub6;- bis C&sub1;&sub8;-Alkylgruppe ist.

16. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Sulfonierungsreaktionsprodukt zu mehr als etwa 99% mono- oder disulfoniert und zu mehr als 88% disulfoniert ist (auf Molbasis).

17. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei besagter organischer Reaktant ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Dialkylbenzolen mit C&sub8;-C&sub2;&sub0;-Seitenketten, Alkyltoluolen mit C&sub8;-C&sub2;&sub0;- Seitenketten, Alkylbenzolen mit C&sub1;&sub3;-C&sub4;&sub0;-Seitenketten, Polyisopropylnaphthalinen mit Molekulargewichten im Bereich von 300 bis 600, Isobutanen mit Molekulargewichten von 300 bis 500, Dialkylphenolen mit C&sub6;-C&sub1;&sub2;-Alkylgruppen, Dialkylnaphthalinen mit C&sub6;- C&sub1;&sub2;-Seitenketten, C&sub6;-C&sub1;&sub2;-Cocomonoglyceriden und Biphenylalkanen mit C&sub6;-C&sub1;&sub8;- Alkangruppen besteht.

18. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei besagter organischer Reaktant ein Biphenylalkan mit einer C&sub6;- bis C&sub1;&sub8;-Alkangruppe ist.