苏尔寿化工,源于1946

苏尔寿化工,源于1946

十一月 27, 2019

1938年,随着核裂变的发现,打开了一扇通往未知能源之路的大门。在军事应用中展现出灾难性的杀伤力后,人们将核技术的应用重心转向了民用。重水是首批天然铀反应堆所需的原料之一,早在1946年,苏尔寿便将其开发的技术应用于重水(D2O)分离的生产和工艺升级中。过往的种种努力为苏尔寿化工部今日的发展奠定了基石。

Lothar Spiegel博士

当时,传统的重水生产工艺方法是精馏。1951年,苏尔寿决定给巴塞尔大学库恩教授的精馏装置颁发许可。事实证明,库恩塔并不适合应用在放大至工业规模的分离,但经过多次实验,苏尔寿在蒸馏工艺方面积累了大量经验。

Marc Wehrli博士

源自工艺实验室的新思路

新员工,新思路—1957年入职的Max Huber为公司带来了全新的思路和方法。作为工艺实验室的负责人,他发现了库恩塔的缺陷(1)。他的想法催生出了首款苏尔寿规整填料,这是一种适合安装在塔体内部的由折叠金属丝网制成的规整填料。

图1:苏尔寿的精馏装置(库恩塔)
图2:实验室的真空试验塔

与机械工程不同,工艺工程侧重于为客户定制解决方案。工厂的设计总是以客户需求为导向。塔体尺寸、内件型式、分离塔盘、材料规格所有设计都要满足化学组分的加工处理和特定产能的要求。1958年,苏尔寿建立了一个蒸馏专用的实验室(2)。除了分离同位素外,实验室还利用新塔对化工和炼油厂的物质分离进行研究和测试,并将研究结果外延,形成工业标准。

图3:在塔中安装分块式规整填料

1989年,苏尔寿化工部成立

1989年,苏尔寿将所有工艺技术项目统一纳入一个部门,成立了化工部,工作内容涵盖了蒸馏、混合、反应、分离和结晶。其中分离和混合技术大获成功,并为化工部今天的发展打下了基础。

自成立之初,化工部在客户定制化的工艺开发过程中就始终坚持着三大目标:降低压降、提升效率以及解决放大效应。这些需求引领苏尔寿持续改进原有产品并推出新型规整填料。这种分块式填料设计(3)是一种创新的解决方案,便于规整填料使用于各类直径的塔中。

1964,苏尔寿丝网填料上市

基于在库恩塔中积累的经验,苏尔寿工程师首次开发出了一种由自润湿特点的丝网制成的规整填料。工程师们进行了大量试验,以评估和优化各种几何排列效果。1964年,该产品首次亮相Achema展会(Achema是全球最大的化学工程、工艺工程和生物技术交易展会)便吸引了不少专家的目光。第一座间歇分离塔直径300mm、高9m,用于分离香料,第二座用于分离二甲苯酚。塔体直径达900mm。同时,这些丝网规整填料也用于重水分离塔。时至今日,苏尔寿丝网规整填料(4)仍广泛应用于精馏各种热敏性物料,如香水原料的分离

1976苏尔寿Mellapak™规整填料上市

丝网规整填料的制造工艺较为复杂。为寻找高效、经济的解决方案,苏尔寿测试了由薄金属片制成的规整填料的性能。得益于对金属规整填料表面特殊的专利设计,使其润湿性能表现十分出色(5)1976年,苏尔寿将这种填料命名为Mellapak™ 250.Y,并在Achema展会上展出。1977年,苏尔寿迎来了首个使用于妥尔油塔的大额订单,次年,公司又接到了用于苯乙烯塔的订单。

Mellapak规整填料可用作现有塔的改造方案。客户在现有塔中用这种填料替换塔盘或散堆填料时,可提升产能或大幅降低能耗。所以这种产品一直备受市场的追捧。苏尔寿通过改变填料的几何形状,推出了塑料、陶瓷和碳纤维等新材料规整填料,进一步扩大了产品的应用领域。

另一项重要的应用是空气分离。低温精馏能分离出单个空气组分,得到氮气(N2)、氧气(O2)和惰性气体。此处使用的是分离效率较高的填料。塔体体积大幅减小后,塔周冷却器(冷箱)的尺寸也能减小,所需的制冷效果也会相应降低,所以规整填料能提高空气分离的经济效益。

图7:MellapakPlus™—苏尔寿的高性能规整填料

新一代规整填料—MellapakPlus™

通过伽玛扫描法详细测量整段填料床的持液量后,我们发现填料层界面处的持液量相比其它区域高。流体动力学的计算结果同样验证了这种限制处理量的现象。通过优化改进界面的填料结构后,在同样的效率下,处理量可提高20-30%。这种名为MellapakPlusTM(7)的规整填料在1999年迅速占领了市场。

MellapakPlusTM高性规整能填料通过了专业测试,并针对新应用进行了优化。特别值得一提的是,一种适用于二氧化碳铺集(气体洗涤)的规整填料MellapakCC™也随之产生。

 

未来具备增长潜力的分离塔盘

规整填料压降低,非常适用于真空精馏应用领域。在常压或高压应用中,通常使用的是塔盘技术。为了进一步提高公司在分离塔盘市场的领导地位,1987年,苏尔寿收购了荷兰蒂尔的Metawa塔盘公司。Metawa公司是一家为壳牌生产传统分离塔板和专用高性能塔板的公司。随后,在1999年,苏尔寿收购了美国塔尔萨的Nutter公司,Nutter公司有两种塔盘产品:一款是固阀塔盘,另一款是浮阀塔盘(8)。基于这一技术,苏尔寿在随后几年中逐步开发出了新一代高性能VGPlus™塔盘,2004年起,这款产品逐渐获得了市场认可;2012年,新一代伞型浮阀UFM™问世后,这款塔盘再次获市场青睐。

 

完善的散堆填料

100多年前,精馏塔所采用的塔内件大多为塔盘或散堆填料。收购Nutter公司后,苏尔寿的产品范围随之扩大,公司也自行开发出了新一代散堆填料,即Nutter Ring™。这些新产品中融入了苏尔寿的工艺工程技术和专业材料知识。苏尔寿于2015年成功上市的新型散堆填料NeXRing™具有稳定的机械性能,处理量大的特点,是第四代高性能散堆填料。

 

替代分离的混合技术

20世纪70年代初,在规整填料中进行的气体传播实验展现出了优异的交叉混合效果。因此在当时看来,以该结构为基础形成静态混合器(9)是一个不错的想法。1973年,苏尔寿在Achema展会上展出了SME混合器(SMV™静态混合器)。这种混合器的应用领域非常广泛,既可混合粘度差异较大的液体(10),也能混合气体(11)

图8:配有浮阀的分离塔盘

完善的散堆填料

100多年前,精馏塔所采用的塔内件大多为塔盘或散堆填料。收购Nutter公司后,苏尔寿的产品范围随之扩大,公司也自行开发出了新一代散堆填料,即Nutter Ring™。这些新产品中融入了苏尔寿的工艺工程技术和专业材料知识。苏尔寿于2015年成功上市的新型散堆填料NeXRing™具有稳定的机械性能,处理量大的特点,是第四代高性能散堆填料

替代分离的混合技术

20世纪70年代初,在规整填料中进行的气体传播实验展现出了优异的交叉混合效果。因此在当时看来,以该结构为基础形成静态混合器(9)是一个不错的想法。1973年,苏尔寿在Achema展会上展出了SME混合器(SMV™静态混合器)。这种混合器的应用领域非常广泛,既可混合粘度差异较大的液体(10),也能混合气体(11)

1975年,苏尔寿获得了拜耳公司(现更名为Covestro科思创)颁发的BKM许可证,BKM是一种用于混合粘性液体的静态混合器。苏尔寿成功将这款名为SMX™的混合器推向了市场。另一款获得认可的产品是苏尔寿SMR™混合反应器,这款产品于1985年获得了Höhst颁发的许可证。这是以SMX™结构建造的管束系统。SMR™混合反应器常用于生产聚苯乙烯或聚乳酸(PLA)等塑料的聚合反应中。随后,苏尔寿又开发了部分类似产品,其中包括SMI™湍流静态混合器(1996)、非常小巧的CompaX™添加剂混合器(2004),以及适用于烟气净化系统的Contour™气体混合器(2007)



苏尔寿分离和混合进程中的里程碑事件还包括:
 1982年,苏尔寿收购瑞士的MWB Buchs后,开始将结晶用作分离设备
 1996年,苏尔寿推出了首个双组分Quadro混合器,并为2017年设立苏尔寿新部门(Applicator Systems)奠定了基础
 2000年,苏尔寿与壳牌公司签订了许可协议,获得了生产和分销壳牌公司产品的资格
 2007年,苏尔寿收购了英国Knitmesh公司的部分业务,并推出了分离器和除沫器
 2009年,苏尔寿收购了瑞士阿尔施维尔的Kühni公司,推出了热处理工程的产品和设备
 自2010年以来,大多数工艺技术测试都在阿尔施维尔的客户测试中心进行
 苏尔寿的蒸馏技术支持可持续能源生产,其中微生物可用于生产生物燃料。在阿尔施维尔进行了大量工艺试验后,钢铁生产商安赛乐米塔尔于2018年订购了苏尔寿公司的设备,用富含一氧化碳的气体生产生物燃料。

塑料技术与生物塑料

2014年,苏尔寿收购了德国Aixfotec公司。纵观市场,Aixfotec生产可发泡聚合物颗粒和发泡聚合物的工厂已经非常成熟。该公司的发泡产品(12)日趋完善,现包括可膨胀聚对苯二甲酸乙二醇酯(XPET)

苏尔寿早有计划开发生物塑料聚乳酸(PLA,图13)的生产工艺,并已于2010年设立了一套工艺生产装置。全球最大的PLA工厂,采用了苏尔寿的最新PLA生产工艺技术,于2018年竣工投产。苏尔寿既销售用于生产聚乳酸(14)的完整聚合物系统,也销售客户所需的关键设备。苏尔寿长期致力于开发生物基聚合物技术,为保护生态环境做出了重要贡献。

更接近技术源头

2014年,苏尔寿收购了荷兰Ascom公司和ProLabNL公司。苏尔寿的客户可使用这里的大型分离技术测试中心开展原油、水、沙子和天然气的测试。客户可从“生产现场”附近的油气处理中获得大量专业知识。在海上和水下应用中,这项技术可用于清除水、淤泥和沙子。2016年,苏尔寿收购了VIEC™技术,这项技术可利用电场分离较难分离的油/水混合物,有助于苏尔寿拓展该领域的业务。

图15:化工部发展史上的里程碑

开发计算

苏尔寿的产品开发基于两大支柱:流体动力学(CFD)计算和公司实验室的测试,包括验证CFD的计算结果。对于客户特定的项目,CFD模拟可用于计算气体或液体的流动动力学,以优化系统的设计模型并节约能源

 

利用数字化服务客户

早在1988年,苏尔寿就向客户推出了首个数字化设计软件Sulpak。今天,这些经验已纳入SULCOL™计算软件中。苏尔寿的客户可利用该软件设计分离塔,该软件融入了工艺工程实验室多年积累的经验,以及与一流大学和科学家合作所得的理论知识。