王全貴

（中國(guó)中輕國(guó)際工程有限公司，北京 100026）

1.我國(guó)磺化技術(shù)發(fā)展歷史

三氧化硫磺化是二十世紀(jì)50年代后期開始在國(guó)外洗滌劑工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用的新工藝，是洗滌劑生產(chǎn)工藝的一項(xiàng)重大突破。三氧化硫磺化工藝可應(yīng)用于多種有機(jī)原料的磺化/硫酸化，除眾所周知的烷基苯、脂肪醇、醇醚等原料外，還實(shí)現(xiàn)了新型表面活性劑烯基磺酸鹽和脂肪酸甲酯磺酸鹽的工業(yè)化生產(chǎn)。目前，三氧化硫磺化工藝技術(shù)不僅廣泛應(yīng)用于洗滌用品行業(yè)，近幾年還擴(kuò)展到油田開采、潤(rùn)滑油原料生產(chǎn)等行業(yè)。

二十世紀(jì)80年代以前，我國(guó)磺化技術(shù)基本上為落后的發(fā)煙硫酸磺化，嚴(yán)重制約洗滌劑產(chǎn)品的發(fā)展和提高。60年代中后期我國(guó)開始組織科研攻關(guān)，70年代末期建成了罐組式磺化裝置。爾后，輕工業(yè)部組織所屬科研、設(shè)計(jì)單位和有科研實(shí)力的生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合研制出國(guó)產(chǎn)雙膜式磺化裝置。80年代初期，輕工業(yè)部又組織設(shè)計(jì)院和相關(guān)企業(yè)，在國(guó)內(nèi)首次引進(jìn)意大利M.M公司雙膜磺化技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)和研制出我國(guó)較為先進(jìn)的磺化技術(shù)和設(shè)備。雖然當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平和目前先進(jìn)的磺化技術(shù)相比存在明顯差距，但這為我國(guó)洗滌劑生產(chǎn)技術(shù)的提高和發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。

上世紀(jì)80年代末期，輕工業(yè)部設(shè)計(jì)院和中國(guó)日用化學(xué)工業(yè)研究所聯(lián)合對(duì)當(dāng)時(shí)已引進(jìn)的技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行了消化吸收，為我國(guó)磺化技術(shù)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為洗滌劑行業(yè)發(fā)展水平的迅速提高做出了顯著貢獻(xiàn)。目前，國(guó)內(nèi)三氧化硫磺化技術(shù)已接近世界先進(jìn)水平。到目前為止，我國(guó)已擁有各種不同形式、不同規(guī)模的磺化裝置100多套投入生產(chǎn)運(yùn)行，其中規(guī)模（按100%磺酸鹽計(jì)）最大的磺化裝置生產(chǎn)能力可達(dá)到6t/h。

2.磺化裝置生產(chǎn)能力的理解與分析

為什么要提起這個(gè)話題呢？有人可能認(rèn)為這是老生常談。但是，近年來(lái)我國(guó)磺化裝置的數(shù)量在不斷增加，單套裝置的生產(chǎn)規(guī)模也在增大，產(chǎn)品的品種和規(guī)格明顯增多，技術(shù)的應(yīng)用范圍在擴(kuò)展。因此，我覺得有必要讓大家再認(rèn)識(shí)、加深理解，特別是對(duì)新進(jìn)入洗滌用品行業(yè)的人更需要對(duì)其加以了解和學(xué)習(xí)。為避免概念混淆，我們不妨先將業(yè)內(nèi)常說(shuō)的生產(chǎn)能力（如1t/h、3t/h磺化裝置）定義為“工程生產(chǎn)能力”。

裝置的工程生產(chǎn)能力均以100%烷基苯磺酸鈉為基準(zhǔn)標(biāo)定。目前，我國(guó)三氧化硫磺化裝置的工程生產(chǎn)能力已經(jīng)系列化。按三氧化硫膜式磺化反應(yīng)器的能力進(jìn)行劃分，一般可分為1t/h、1.6t/h、2t/h、3t/h、3.8t/h、5t/h、6t/h等。國(guó)內(nèi)三氧化硫磺化裝置的最大工程生產(chǎn)能力為6t/h。

在同一套磺化裝置上，不同原料的生產(chǎn)能力是不同的。其原因在于，不同原料的周邊流量不同，反應(yīng)熱也不同。周邊流量是指沿反應(yīng)器內(nèi)壁單位時(shí)間內(nèi)流入反應(yīng)管的有機(jī)物的質(zhì)量數(shù)。周邊流量的數(shù)據(jù)值主要來(lái)源于試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐，筆者通過(guò)多年的生產(chǎn)實(shí)踐積累和總結(jié)了幾種常用有機(jī)原料周邊流量數(shù)據(jù)（見表1），供業(yè)界同仁參考。

表1 常用原料的周邊流量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)

裝置的工程生產(chǎn)能力一般需根據(jù)其流量數(shù)據(jù)來(lái)予以確定，均以100%磺酸鈉為基準(zhǔn)。根據(jù)其周邊流量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，同一套磺化裝置使用不同原料情況下的實(shí)際產(chǎn)能參見表2。

表2 不同原料的實(shí)際產(chǎn)能參考數(shù)據(jù)

裝置的生產(chǎn)能力不僅與周邊流量有關(guān)系，同時(shí)還與原料的反應(yīng)熱密切相關(guān)?；腔磻?yīng)為急速反應(yīng)，反應(yīng)速度快、放熱量大、產(chǎn)品黏度高。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，除了要求投料比、氣體濃度要穩(wěn)定外，及時(shí)地排除反應(yīng)熱是裝置是否能達(dá)到生產(chǎn)能力的重要因素。表3是日化產(chǎn)品中常用有機(jī)原料的化學(xué)反應(yīng)熱數(shù)據(jù)，可供業(yè)內(nèi)專家在生產(chǎn)操作、設(shè)備選型、設(shè)計(jì)時(shí)參考。

通過(guò)上述理解和分析，讀者應(yīng)該已經(jīng)對(duì)磺化裝置生產(chǎn)能力的概念有了較為明確的認(rèn)識(shí):磺化反應(yīng)是急速反應(yīng)，放熱量大；磺化裝置的生產(chǎn)能力不僅與原料特性和進(jìn)料量有關(guān)，而且與反應(yīng)熱的移除速度有關(guān)。因此，必須有效、精確地控制進(jìn)料量，同時(shí)還需迅速有效地移除反應(yīng)熱。并且，同一裝置，使用不同原料，其生產(chǎn)能力會(huì)有差別。

3.磺化裝置危險(xiǎn)性分析

3.1 工藝劃分

眾所周知，磺化裝置是合成洗滌劑生產(chǎn)過(guò)程中不可缺少的化工裝置之一。其生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品使用的安全性、工藝技術(shù)的先進(jìn)性、產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到終端產(chǎn)品的質(zhì)量與使用安全。

磺化裝置的特點(diǎn)是:由多個(gè)化工單元組成，組成較為復(fù)雜；化學(xué)反應(yīng)過(guò)程多，且化學(xué)反應(yīng)均為放熱反應(yīng)；生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生高溫，并具有毒性，其中SO3、SO2屬國(guó)家重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化學(xué)品；所用原料具有可燃性、爆炸性和腐蝕性；生產(chǎn)過(guò)程使用高壓電流等。

國(guó)家安全監(jiān)管總局發(fā)布《關(guān)于公布首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝目錄的通知》（安監(jiān)總管三〔2009〕116號(hào)文），根據(jù)磺化裝置的生產(chǎn)技術(shù)特性，將其列入首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝目錄，并提出了首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝安全控制要求、重點(diǎn)監(jiān)控參數(shù)及推薦的控制方案。首批公布的重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝共15項(xiàng)，第13項(xiàng)即為磺化工藝（詳見表4）。

表4 國(guó)家重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝

安監(jiān)總管三〔2009〕116號(hào)文還對(duì)典型危險(xiǎn)化工工藝的技術(shù)及危險(xiǎn)性特點(diǎn)進(jìn)行了具體描述，并提出了需要重點(diǎn)監(jiān)控的工藝參數(shù)、安全控制的基本要求以及宜采用的控制方式。

3.2 危險(xiǎn)性分析

磺化裝置（項(xiàng)目）涉及的危險(xiǎn)化學(xué)品可劃分為火災(zāi)、爆炸等類別，危險(xiǎn)性分析方法及危險(xiǎn)等級(jí)劃分詳見表5。

表5 危險(xiǎn)化學(xué)品類別劃分及火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)性分析

在使用過(guò)程中，如操作不當(dāng)，危險(xiǎn)化學(xué)品將會(huì)造成不良后果，如中毒、燒傷或火災(zāi)危險(xiǎn)等。危險(xiǎn)化學(xué)品的危險(xiǎn)特性結(jié)果詳見表6。

表6 危險(xiǎn)化學(xué)品的危險(xiǎn)特性結(jié)果

綜合分析，磺化裝置在生產(chǎn)過(guò)程中涉及的物質(zhì)具有易燃、中毒、腐蝕、灼燙傷等特性。因此，生產(chǎn)過(guò)程中存在以下危險(xiǎn)有害因素:火災(zāi)、爆炸、電氣傷害、灼燙傷害、中毒窒息、高溫。

3.3 危險(xiǎn)工藝裝置的設(shè)計(jì)

“安監(jiān)總管三〔2009〕116號(hào)”文明確規(guī)定，采用危險(xiǎn)化工工藝的新建生產(chǎn)裝置原則上要由甲級(jí)資質(zhì)化工設(shè)計(jì)單位進(jìn)行設(shè)計(jì)?；腔に噷傥ｋU(xiǎn)化工工藝，企業(yè)應(yīng)按照《首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝目錄》、《首批重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝安全控制要求、重點(diǎn)監(jiān)控參數(shù)及推薦的控制方案》的要求，對(duì)照本企業(yè)采用的危險(xiǎn)化工工藝及其特點(diǎn)，確定重點(diǎn)監(jiān)控的工藝參數(shù)，裝備和完善自動(dòng)控制系統(tǒng)。

大型和高度危險(xiǎn)化工裝置要按照推薦的控制方案，裝備緊急停車系統(tǒng)（Emergency Shutdown System，即ESD系統(tǒng)）。ESD系統(tǒng)是為生產(chǎn)過(guò)程的安全而設(shè)置的，它適用于高溫、高壓、易燃、易爆等連續(xù)性生產(chǎn)作業(yè)領(lǐng)域或裝置。當(dāng)生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)意外波動(dòng)或因緊急情況需要采取某些動(dòng)作或停車時(shí)，該系統(tǒng)能精確監(jiān)測(cè)并及時(shí)、準(zhǔn)確地做出響應(yīng)，使裝置停在一定的安全水平上。在易燃、易爆及有毒氣體存在的危險(xiǎn)場(chǎng)所，還需要設(shè)置可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，以確保生產(chǎn)操作人員及設(shè)備的安全。

先進(jìn)的磺化裝置都設(shè)置了安全聯(lián)鎖系統(tǒng)。安全聯(lián)鎖系統(tǒng)不同于批量控制、順序控制及屬于過(guò)程控制范疇的工藝聯(lián)鎖系統(tǒng)（如泵與液位）。當(dāng)參數(shù)越限、機(jī)械設(shè)備故障、系統(tǒng)自身故障或能源中斷時(shí)，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)能自動(dòng)（必要時(shí)也可手動(dòng)）地產(chǎn)生一系列預(yù)先定義的動(dòng)作，使得工藝裝置與操作人員處于安全狀態(tài)。

磺化工藝屬于危險(xiǎn)工藝項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，因此需要委托具有安全評(píng)價(jià)甲級(jí)資質(zhì)的單位進(jìn)行項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)報(bào)告的編制，并通過(guò)地方安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局專家組的審查。工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)委托設(shè)計(jì)單位根據(jù)批準(zhǔn)的“項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)報(bào)告”進(jìn)行“安全設(shè)施設(shè)計(jì)專篇”的編制，通過(guò)地方安監(jiān)局組織的專家組，審查合格后方可安裝施工。

4.磺化技術(shù)的未來(lái)展望

磺化技術(shù)雖屬于“安監(jiān)總管三〔2009〕116號(hào)”文明確規(guī)定的危險(xiǎn)工藝，但通過(guò)多年的技術(shù)革新、完善和發(fā)展，新型磺化工藝與傳統(tǒng)的釜式磺化技術(shù)有了根本區(qū)別。新工藝的磺化過(guò)程在完全密閉的系統(tǒng)和設(shè)備中進(jìn)行，反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式與早先帶攪拌的罐式反應(yīng)器完全不同，它沒有任何傳動(dòng)部件，并設(shè)有完善的控制、報(bào)警、聯(lián)鎖系統(tǒng)，因而具有很高的安全性。

三氧化硫膜式磺化技術(shù)于二十世紀(jì)70年代末期在我國(guó)洗滌劑行業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)中得到應(yīng)用，至今已有三十余年的歷史，但大量使用該技術(shù)是從80年代中期開始，行業(yè)發(fā)展逐步走向成熟。SO3磺化技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了逐步認(rèn)識(shí)、大量引進(jìn)、以引進(jìn)為主進(jìn)行消化吸收、引進(jìn)與國(guó)產(chǎn)化齊頭并進(jìn)、以國(guó)產(chǎn)化為主的發(fā)展階段。到目前為止，我國(guó)已有100多套工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的磺化裝置，可謂世界之最。行業(yè)現(xiàn)實(shí)充分說(shuō)明了我國(guó)改革開放以來(lái)合洗行業(yè)取得的長(zhǎng)足發(fā)展和進(jìn)步。

今后，我國(guó)的SO3磺化技術(shù)將會(huì)如何發(fā)展？磺化/硫酸化產(chǎn)品將會(huì)有那些變化呢？在此提出個(gè)人的觀點(diǎn)，供業(yè)界參考:

1）二十世紀(jì)80年代以來(lái)，合成洗滌劑工業(yè)經(jīng)歷了許多革新和變化，我國(guó)的洗滌用品行業(yè)經(jīng)過(guò)快速增長(zhǎng)后已進(jìn)入平穩(wěn)發(fā)展期，產(chǎn)品仍將以洗衣粉和各類液體洗滌劑為主。以適應(yīng)不同消費(fèi)者的需求，新的活性物、助劑、酶制劑、柔軟劑等將得到深入研究和開發(fā)，并陸續(xù)投入市場(chǎng)。表面活性劑仍以LAS、AES、AS為主，今后數(shù)年內(nèi)產(chǎn)品格局估計(jì)不會(huì)有太大的變化。

2）在今后一定時(shí)期內(nèi)，我國(guó)SO3磺化技術(shù)仍將以膜式磺化技術(shù)為主的形式發(fā)展。其中，5t/h以下規(guī)模的生產(chǎn)裝置將以國(guó)產(chǎn)化技術(shù)為主導(dǎo)；特殊產(chǎn)品可能出現(xiàn)以進(jìn)口關(guān)鍵設(shè)備和技術(shù)為主，其余由國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)、制造、采購(gòu)的形式，或者國(guó)內(nèi)單位之間通過(guò)強(qiáng)強(qiáng)合作開發(fā)的形式，以滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求。從而，在保證技術(shù)和裝備水平先進(jìn)的前提下，降低投資成本。

3）今后幾年內(nèi)，將繼續(xù)對(duì)三氧化硫磺化技術(shù)的工藝流程和主要設(shè)備結(jié)構(gòu)的細(xì)微性進(jìn)行改進(jìn)和完善，其自控水平將會(huì)進(jìn)一步提高，目的在于提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低消耗及生產(chǎn)成本，使設(shè)備和工藝技術(shù)的先進(jìn)性、可靠性、安全性、節(jié)能性、適應(yīng)性更趨于完美。

4）由于現(xiàn)代社會(huì)信息流通水平的提升，隨著行業(yè)間的交流不斷深化，三氧化硫磺化技術(shù)及其產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒌玫竭M(jìn)一步拓寬。除洗滌劑行業(yè)外，三氧化硫磺化技術(shù)在石油、化工等領(lǐng)域也有很大的潛在應(yīng)用空間。

5）磺化裝置將在技術(shù)和質(zhì)量穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，逐步向效益規(guī)模型轉(zhuǎn)化。規(guī)模效益將會(huì)更加引起人們的關(guān)注。為此，單套裝置的生產(chǎn)規(guī)模將逐漸擴(kuò)大，大規(guī)模、多條線、專業(yè)化將成為大多數(shù)企業(yè)的視點(diǎn)。

目前我國(guó)的磺化技術(shù)已接近世界先進(jìn)水平，并已具有一定的研究、開發(fā)、設(shè)計(jì)能力。今后，應(yīng)進(jìn)一步改變觀念，繼續(xù)強(qiáng)化安全理念，提高管理水平，增強(qiáng)市場(chǎng)意識(shí)和竟?fàn)幠芰Γ鸦腔夹g(shù)提高和發(fā)展到一個(gè)新的高度，為我國(guó)磺化技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展作出新的貢獻(xiàn)。