24 000 t/a歧化松香酸鉀皂裝置生產問題及改進

范志磊

（金浦投資控股集團有限公司，江蘇 南京 210009）

1 裝置設計問題及改進

1.1 松香熔融槽

根據原設計要求，松香的熔化和輸送流程為：桶裝原料松香經人工破桶、破碎后，加入到V301松香熔融槽，熔融槽盤管接熱導熱油將松香加熱融化，經P301松香輸送泵送到松香計量槽。

運行一年后出現P301松香輸送泵打不上料的問題，經查泵進口管線堵。分析原因為原松香熔融槽，因底部裝有加熱盤管，出料口據底部約20 cm，松香反復融化沉積在盤管周圍，形成軟化點較高的“黑松香”，結垢逐漸增多，直至接近出料口位置，未完全融化的松香堵塞了出料口。當即采取定期清理底部“黑松香”、提高導熱油溫的措施加以緩解，但因底部盤管阻礙，清理工作量大，效果不明顯，清理周期為每季度一次。

2011年，第二條線投產，松香需求量增加一倍，熔融槽清理周期已縮短為每月一次，且隨著導熱油溫的升高，松香色相也升高，直接影響了鉀皂產品色相指標。

該問題主要是V301松香熔融槽設計不合理，出料口高于槽底不能打空松香，底部設置盤管不利于清理垢物。對此，將V301松香熔融槽底部盤管拆除，將出料口設置在槽底，P301松香輸送泵加裝過濾網定期清理，至今運轉正常，無需清理熔融槽，且導熱油溫穩定，松香色度穩定。同時，也有企業將熔融槽設計成倒圓錐體，松香不易結垢，但因改造成本過高，沒有采納。

1.2 裝置密封性

裝置生產的鉀皂產品色相穩定在4.5～5.5（Gardner），因下游客戶丁苯橡膠公司的技術要求為色相6以內，所以產品能夠滿足客戶需求。后因丁苯橡膠板塊產能過剩，開工率降低，產品需求不振，公司開始接ABS塑料客戶的鉀皂訂單，色相指標需調整至2～3。經過多次試驗，發現降低色相應做好：提高裝置的密封性、控制反應溫度、優選原料等工作。設備密封性差，氧化明顯，主要影響產品色度[1]。

據周東軍對歧化松香和脫氫樅酸在高溫下的氧化特性的研究成果，從150 ℃到290 ℃，歧化松香在氧氣中色澤變化了11.5#(鐵鉆色)，在空氣中色澤變化了5.5#，在氮氣中色澤變化了2#，歧化松香在不同氣體中升溫過程中的色澤變化大小順序為：在氧氣中＞在空氣中＞在氮氣中。在氮氣下，即使加熱到270 ℃，脫氫樅酸含量不同的樣品，色澤也沒有顯著變化，即沒有發生氧化反應[2]。

據此，對裝置重點部位實施了氮氣保護，但因設備密封性不好，氮氣消耗量大，同時需配合采取控制溫度、優選原料等措施，色相才能穩定在3～4.5，仍然達不到3以下。最終，對全裝置進行了氮封改造，配合熔融槽采用氮氣壓料、歧化釜實施機械密封等措施，色相穩定在1.6～2.5，滿足了客戶需求（見表1）。

表1 不同裝置密封性下的鉀皂產品色相

1.3 高濃度產品生產

2012年起，國內橡膠行業大蕭條，迫使公司考慮出口鉀皂產品，質量分數為25%，50%的產品因運輸距離過長，明顯不宜出口，只有質量分數為80%的產品才有利可圖。在試制過程中，發現因高濃度產品黏度大，現有的皂化釜最高做到質量分數為65%的產品，否則攪拌漿易受力變形損壞。

經與攪拌漿生產廠家溝通，嘗試將原單層攪拌器改為多層攪拌器，攪拌效果明顯提高，最高可以做到質量分數為75%，否則攪拌器負荷過載。

最后，考慮到攪拌槳在流場中所受力為黏性力和壓力，作用在攪拌漿上的扭矩除了剪切力矩還有壓力梯度力矩，因此又對多層攪拌器的攪拌漿進行了改造，配合加料方式調整，成功制作出質量分數為80%的產品。

1.4 松香破碎方式

原裝置設計無松香破碎單元，一般采用人工破碎方式，即先剪開鐵皮剝離后，大錘敲碎，集中裝入編織袋待用；第二條線開車后，松香供不應求，現場破碎后直接倒入熔融槽，但工作效率低、人工費用增加。同時，破碎現場伴有粉塵污染且物料浪費嚴重，熔融槽投料口持續向外散發煙氣，裝置煙霧報警器頻繁報警，氣味較重，現場職業衛生檢測很難達標。

通過向專家請教，并參考松香類破碎裝置，自主制造了一套半自動化破碎裝置，通過液壓傳動在熔融槽投料口上方擠壓包裝桶，人工取出鐵皮并輔助破碎，碎松香自投料口落入熔融槽，投料口上方加裝風機。此舉減少了松香浪費和粉塵污染，現場氣味明顯減輕，職業衛生檢測達標，勞動生產率得到有效提高。

查詢專利得知，熊小強（專利號CN201310050896.X）發明的松香桶開桶破碎機，利用液壓傳動技術環縫開桶，雙刀進行切割，切割效果較理想，生產效率高，每小時能開桶破碎35～40桶，松香破碎粒度均勻，星鐵皮可再利用，性能安全可靠，操作方便。

2 生產問題及改進

2.1 主原料松香的選擇

目前，我國馬尾松、濕地松、思茅松松脂生產的脂松香產品在理化質量指標上都能符合國家標準GB/T8145—2003《脂松香》中制訂的產品等級要求。但在實際應用中，濕地松和思茅松松香在生產歧化松香酸鉀皂產品中，使用效果不如馬尾松松香。

但松脂生產流通環節復雜，為了短期利益，往往會將馬尾松脂和濕地松脂

混合收購銷售，導致大量的“混合松香”推出市場，由于標準沒有樹酯酸含量技術要求，使用廠家很難驗證所購馬尾松松香質量，導致鉀皂產品質量波動較大。試驗表明，在馬尾松香中混雜濕地松香、南亞松香或加勒比松香，會增加歧化反應的能源和催化劑消耗[3]。

根據蘇運勝的研究結論，當脂松香中異海松酸質量分數不超過1%，歧化反應2 h，產品質量即能達標；若異海松酸質量分數不超過5%，歧化反應3 h后，產品質量可達標，但生產成本會隨能耗相應增加；若異海松酸質量分數超過5%，按傳統工藝進行歧化反應3 h后，產品質量也無法達標。據此對脂松香生產廠家進行考核，合格后長期定點采購，產品各項性能指標基本穩定。

2.2 歧化、皂化工藝問題

裝置歧化單元采用間歇法生產歧化松香，和熔融法配合，歧化反應溫度280 ℃，歧化反應時間4～8 h，以中控分析脫氫樅酸達標為準，一般在4 h左右脫氫樅酸即能達到45以上。2012年，接到某丁腈橡膠公司訂單，要求提供脫氫樅酸60以上的歧化松香產品，當時有以下幾種方式可以改進，延長歧化時間、增加催化劑添加量、提高反應溫度、提高攪拌速率、選擇優質原料等。經過多輪試驗，發現影響脫氫樅酸指標的主次順序為：選擇優質原料、增加催化劑添加量、提高反應溫度、提高攪拌速率和延長歧化時間。實際上因優質原料選取困難且并無大量需求，故實際運行過程中并不采納。

裝置皂化單元工藝簡單，歧化段指標合格，皂化不會有太大的問題。問題出現在某客戶對鉀皂產品pH指標的要求，相對于普通產品（9.5～10.2，合格區域0.8）pH范圍較窄，pH為10.0～10.2。經分析并向同行業學習，首先從加料方式進行改進，由原先的先加氫氧化鉀溶液和軟化水，再在1.5 h內投入歧化松香，改為按工藝比例同時加注，避免皂化反應始終處于堿過量的狀態，且確保皂化完全；其次將原固體堿改為液體堿，提高了堿液的穩定性，經過多次嘗試，成功將pH穩定控制在10.0～10.2。

2.3 催化劑問題

裝置采用直接加催化劑與熱松香混合進行歧化反應，反應溫度在270～290℃，反應時間4 h左右。由于歧化松香黏度較大，使得回收催化劑難度增大，歧化過濾器頻繁堵塞，且難以清理，形成了生產瓶頸，后改用反沖式過濾器加以解決。對于催化劑比表面積，大則分散性好，但制作成本高，同時顆粒太細，歧化過濾器和皂化過濾器無法全部攔截，易污染鉀皂產品，并加深產品色相，降低催化劑回收率；比表面積小則催化效率低，催化劑消耗升高。經過分析，目前采用優先調整過濾網規格和增加過濾器數量，確保攔截效果，但需平衡好過濾網目數和產品通過速度。

對于自制催化劑的裝置，一條線運行時，一個催化劑班組完全可以勝任催化劑再生工作；第二條線開車后，催化劑班組明顯壓力過大，每天均要進行再生工作，一旦過程中出現問題，就無法及時提供催化，這又形成了一道生產瓶頸。目前裝置已將工作重點放在催化劑單元瓶頸消缺，同時固定催化劑班組人員，盡量保持操作穩定。行業內也有將催化劑單元委外，從制備、過濾、回收、再生，均有標準工作流程，催化劑回收率高達95%，需支付一定的服務費用。

Pd/C催化劑是一種性能良好的松香歧化反應催化劑，Pd/BC較Pd/C環保，但價格昂貴，生產成本高，使用非貴金屬催化劑成為研究新趨勢。國內已研究出新型的價格低、可再生的催化劑，但大都在試驗階段，需要在生產中進一步驗證。

3 結語

經過多年過的摸索和改造，24 000 t/a歧化松香酸鉀皂裝置實現了穩定生產，產品質量和各項消耗指標超過了同行業平均水平。

熔融法溫度高，過程控制要求嚴格氮封，穩定操作、減小波動是保證產品質量的前提。主原料松香最好選用馬尾松且保持供應商的穩定，堿液最好用液堿方便控制。

Pd/C催化劑是影響品質的主要因素，如自制必須保證質量，盡量避免頻繁更換操作人員。催化劑回收是裝置連續穩定運行的關鍵，經驗因素影響較大，但在生產過程中時往往不受重視，較多關注反應過程和催化劑制備而忽視過濾系統，則會在生產過程中出現較多問題。