前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的多产品品种SO3磺化装置工程设计探析，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
摘要：从现有的SO3磺化装置现状出发，结合现如今装置生产产品种类多样的特点，指出现有装置生产过程中切换目标产品时存在的问题，提出了3种合理可行的工程设计思路。提出的3种工程设计思路可以满足不同工况条件下的运行要求，为磺化装置工程设计提供参考。
关键词：SO3磺化装置；多产品品种；工程设计
so3磺化装置是生产阴离子表面活性剂的生产装置。根据产品品种不同，以烷基苯、脂肪醇、脂肪醇醚或α-烯烃等为原料，分别经过磺化、老化、中和或者水解等工段，生产不同品种的阴离子表面活性剂，产品以烷基苯磺酸(LAS)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、脂肪醇硫酸钠（K12）和α-烯烃磺酸盐(AOS)为主。阴离子表面活性剂是洗手液、洗发水、洗洁精等液体洗涤剂的主要原料。
1国内SO3磺化装置现状
国内的SO3磺化装置自20世纪70年代引进国外磺化装置开始，单套产能规模在不断扩大，经过50多年的发展，单套磺化装置的产能从1.0t/h发展到目前主流的3.8t/h、5t/h磺化装置。截止2019年底，国内规模以上生产企业拥有的磺化装置数量有100多套，磺化装置规模为410万t[1]。2020年，肺炎的全球传染，使阴离子表面活性剂的用量有很大增长，国内的磺化装置建设呈现快速增长态势，在建的磺化装置数量有10多套。磺化装置主要有空气干燥单元、熔硫单元、SO3气体发生单元、磺化单元、中和单元和产品均质单元，以及配套的公用工程单元。生产烷基苯磺酸产品时需要配套老化水解单元，生产AOS产品时需要配套水解单元。为了开停车方便，配套有酸吸收单元等。因为AES产品有二烷指标的控制需要，中和系统通常采用真空中和技术，或者采用环路中和技术，再加脱二烷装置。为了SO3气体发生单元产生热空气热量回收的系统，配套有预热回收单元。装置基本上都采用DCS或者PLC控制，自动化程度很高。进口的装置中，意大利马佐尼公司（Mazzoni）和现代机械公司（M.M.）已经退出中国市场，美国凯米松公司（Chemithon）近些年来也很少有进口装置，目前只剩下意大利巴莱斯特公司（Ballestra）一家还有装置在进口，这也意味着磺化装置已经由双膜磺化器和多管磺化器各占半壁江山的局面变成了多管磺化器一家独大[2]。2004年，首套国产化3.8t/h磺化装置开车成功[3]，2006年，首套国产化5t/h磺化装置及技术又获得新突破[4]，10多年来，磺化装置的装备和技术在不断进步发展，磺化装置的关键设备已经全部实现国产化，部分设备和技术已经达到国际水平。磺化装置的工程设计技术也在不断进步发展，从原来的二维CAD设计，发展到三维数字化工厂建模设计（图1和图2），大大提高了磺化装置的建设质量。
2磺化装置生产的主要产品种类
我国阴离子表面活性剂的主要品种有烷基苯磺酸（LABSA）、脂肪醇醚硫酸钠（AES）、脂肪醇醚硫酸铵（AESA）、脂肪醇硫酸钠（K12）、脂肪醇硫酸铵（LSA）和α-烯烃磺酸钠（AOS）等，其中磺酸盐、硫酸盐类表面活性剂占据了绝对主要的市场地位。这些产品全部采用SO3磺化装置生产[5]。
2.1烷基苯磺酸（LABSA）。烷基苯磺酸（LABSA）以十二烷基苯磺酸为原料，经过磺化，老化水解，得到烷基苯磺酸。根据危险化学品目录（2015版）的分类，归为烷基、芳基或甲苯磺酸[含游离硫酸]（序号2130）一类，属于危险化学品。该产品需要设置磺酸老化水解单元，不需要在磺化工厂进行中和，因此装置不需要设置中和单元，产品的指标需要符合工业直链烷基苯磺酸（GB/T8447—2008）的要求，产品中的硫酸含量≤1.5%。
2.2脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠/铵（AES/AESA）。脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐根据中和剂的不同，分为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠盐（AES）和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵盐（AESA），这2个产品分别用液碱和氨水对磺化酸进行中和，产品的活性物含量一般控制在70%，pH值分别控制在8～10和6～7左右。这2种产品主要采用AEO2为原料，进过磺化单元和中和单元，同时需要脱除产品中微量的二烷杂质。根据GB/T13529—2011乙氧基化烷基硫酸钠和QB/T2572—2012乙氧基化烷基硫酸铵的规定，产品中的1,4-二烷含量≤100mg/kg，目前行业内的企业生产产品指标一般都控制在30mg/kg以下。
2.3脂肪醇硫酸盐（K12/LSA）。脂肪醇硫酸盐的产品主要有十二烷基硫酸钠（SLS）和十二烷基硫酸铵（ALS）。SLS以月桂醇为原料，经过磺化中和，得到30%或者70%浓度的浆料。30%浓度的浆料经过高塔喷粉，生成含量为90%的K12粉；70%浓度的浆料经过干燥和成型，生成针状或者粒状的K12产品。
2.4α-烯烃磺酸盐（AOS）。α-烯烃磺酸盐（AOS）是用α-烯烃为原料，在较低的磺化温度下进行磺化，中和要控制液碱过量，由于中和后的浆料里还存在磺内酯，需要在较高的温度和压力下进行水解，磺内酯水解后得到35%的AOS。生产装置需要配置磺化单元专业的制冷机组，以及AOS水解单元。35%AOS浆料可以直接作为洗衣粉的原料进行复配，也可以经过高塔喷粉，生成92%含量的AOS粉。
3装置存在的问题
由于产品市场需求的变化，企业基于对装置产能的有效利用，往往一套装置在不同时间可能生产不同规格甚至不同种类的产品，这就对以往只生产单一产品的装置提出了更高的要求，使之能同时满足不同工况条件下的运行要求。同时，在切换装置的运行条件时也带来出新问题，主要有以下：
3.1钠盐产品和铵盐产品生成时的切换问题。钠盐产品和铵盐产品由于中和剂分别采用液碱和氨水，在生产过程中需要全线停车，配置有酸吸收单元的装置，可以将磺化单元停车，切换到酸吸收单元，等中和单元清洗置换工作完成后，重新开启磺化单元进行生产。由于铵盐产品和钠盐产品要求的pH不同，存在产品串味的问题（也就是钠盐产品中会带有氨味）。切换产品时必须进行磺化单元的停车，影响了装置的有效运行时间，降低了装置的开工率，同时，中和单元以及均质单元需要进行物料的清理和清洗，带来了不少的人工操作，会造成产品浪费和二次污染，清洗过程中也会产生大量的污水。
3.2低浓度产品和高浓度产品的切换问题。对于既生产30%SLS、35%AOS和70%AES等产品的装置来说，由于产品在活性物35%～60%（根据产品品种和未磺化油的含量而定）之间，存在“硬凝胶”相，因此不可能在不停中和单元的情况下实现切换。加上磺化酸易分解并产生很多副反应的特点，切换产品时需要停磺化单元和中和单元，中和单元以及均质单元需要进行物料的清理，带来了不少的人工操作和产品的浪费。
4工程设计思路
基于磺化装置的现状和产品种类多，磺化产品用户的个性化产品要求的发展，倒逼磺化装置进行柔性化设计，以适应不断变化的产品需求。
4.1配置双中和单元。单套磺化装置配置2套中和系统，分别进行铵盐和钠盐产品的生产，中和单元的能力可以和磺化单元的能力配套，也可以比磺化单元小。在设计时要考虑磺化单元出来的磺化酸，分别同时计量，进入2套中和单元，分别用液碱和氨水进行中和，同时生产钠盐和铵盐的情况。或者在不停磺化单元的情况下，进行中和单元的切换生产。所以，中和单元能力的配置应该由铵盐产品的需求量来确定。配置双中和单元的优点是铵盐产品和钠盐产品生产时不需要磺化单元停车，不需要中和单元和均质单元的清理和清洗，提高装置的开工率，减少产品浪费，减少人工操作，降低污水的产生。配置双中和单元的设计简图见图3。
4.2配置高浓度产品中和单元和低浓度产品中和单元。中和反应属于放热反应，生产70%AES产品时，设计配置真空中和单元，利用中和的反应热进行脱水并脱除二烷，或者利用真空来脱除产品中的气泡，不需要配置中和冷却器。出于控制中和反应温度的需要，中和物料需要大量的循环，一般设计时物料的循环比为10～20，中和反应温度为45～60℃。生产30%SLS、35%AOS低浓度产品时，由于水的大量加入，中和系统不需要进行冷却，也不需要脱除产品中气泡或者二烷，因此不需要设置中和循环泵、真空脱气和冷却器等设备。配置有70%浓度产品和30%～35%浓度产品中和的优点是切换产品时不需要清理，提高装置的开工率，减少产品浪费，减少人工操作，降低污水的产生。同时，根据产品的生产特点，利用中和反应热，减少蒸汽消耗，中和单元不需要物料循环，减少了电力的消耗。配置高浓度产品中和和低浓度产品中和单元的简图见图4。
4.3磺酸均质罐和70%AES均质罐分开。由于LABSA产品中含有少量的硫酸，产品呈现酸性，而AES产品的pH一般为8～10，产品呈碱性，如果用同一个均质罐进行均质，会加快设备表面的腐蚀，并将Fe+离子带到产品中，带来产品的色泽加深，变质等问题。配置有LABSA均质罐和AES均质罐，可以使设备的工况保持在同一范围的pH值，使设备表面形成一层钝化膜，减少设备的腐蚀，减少Fe+离子的析出，从而保证了产品不被Fe+离子污染。
5结语
在磺化装置产能不断扩大，磺化技术日渐成熟的今天，磺化装置有必要根据产品种类的规划，进行装置的柔性化、个性化定制设计，并且采用三维数字化工厂建模设计。优化的装置设计对提高装置的开工率、降低物料损耗、减少污水排放，以及提高产品的质量都有很大的好处。同时，随着磺化装置工程设计水平的不断提高，我国的磺化技术水平也必将取得新的发展。
作者:张国华 支林轩 赵东睿 李峰 单位:轻工业杭州机电设计研究院有限公司