孫濤

(河南省煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司)

高壓法三聚氰胺裝置超濾系統(tǒng)的應(yīng)用

孫濤*

(河南省煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司)

介紹了高壓法三聚氰胺裝置中超濾系統(tǒng)的工藝特點(diǎn)，對(duì)其在應(yīng)用中所存在的有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析，并介紹了所實(shí)行的相應(yīng)的處理措施，這些措施有利于超濾系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

超濾應(yīng)用陶瓷膜過(guò)濾模塊

河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化分公司共有三套高壓法三聚氰胺生產(chǎn)裝置，其中第三套三聚氰胺裝置針對(duì)前兩套裝置能量消耗大和污染環(huán)境嚴(yán)重的問(wèn)題進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)。前兩套三聚氰胺裝置中，OAT（三聚氰胺一酰胺和三聚氰胺二酰胺的混合物）濾餅經(jīng)過(guò)板框過(guò)濾器過(guò)濾后只能廢棄，不能利用。第三套三聚氰胺裝置將前兩套裝置中的板框過(guò)濾器改為較為先進(jìn)的超濾工藝，利用先進(jìn)的膜分離技術(shù)將OAT料漿分離為潔凈的三聚氰胺溶液（滲透液）和高濃度的OAT料漿（滯留液）。其中，滲透液作為工藝循環(huán)水返回急冷系統(tǒng)進(jìn)行回收循環(huán)利用，滯留液經(jīng)過(guò)升溫升壓后由高壓泵送往廢水處理系統(tǒng)，利用高溫水解及精餾原理，將溶液中的OAT和三聚氰胺分解為NH3和CO2。NH3和CO2送往尿素裝置進(jìn)行回收利用，獲得的COD和總氮達(dá)標(biāo)的精制水送往氨洗滌塔代替脫鹽水使用，從而實(shí)現(xiàn)了三聚氰胺裝置生產(chǎn)廢水的零排放和資源的循環(huán)利用，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 工藝簡(jiǎn)介

1.1 工藝流程

超濾系統(tǒng)由三個(gè)相同的超濾膜回路組成，每個(gè)回路又包括3個(gè)并聯(lián)布置的超濾膜模塊。超濾系統(tǒng)單回路簡(jiǎn)圖如圖1所示。

OAT料漿儲(chǔ)存在OAT料漿槽中，通過(guò)超濾加料泵升壓后，經(jīng)過(guò)預(yù)過(guò)濾器后進(jìn)入第一超濾膜回路A，并通過(guò)A回路循環(huán)泵進(jìn)行高速循環(huán)，以濃縮液（滯留液）離開(kāi)，進(jìn)入第二超濾膜回路B。B回路內(nèi)同樣通過(guò)高速泵進(jìn)行循環(huán)，最終經(jīng)過(guò)第三超濾膜回路C后，將高濃度的溶液送往滯留液槽中，而三聚氰胺溶液（滲透液）則從每一個(gè)單回路中排出，貯存在滲透液槽中。在本工藝中，料漿通過(guò)A、B、C回路中的三個(gè)超濾循環(huán)泵，經(jīng)流量控制后在濾膜回路中高速循環(huán)。這種強(qiáng)烈的循環(huán)會(huì)在濾膜附近產(chǎn)生較高的湍流，料漿就不會(huì)粘在濾膜表面上，從而可使濾膜保持長(zhǎng)期的比較好的過(guò)濾效果。由于濾膜的多孔性，只有可溶物質(zhì)（三聚氰胺）和溶劑（水）才可以通過(guò)濾膜，而固體則被濾膜滯留在濃縮液流中。分離的驅(qū)動(dòng)力由濾膜兩側(cè)的壓差來(lái)保證，每個(gè)回路的滯留液側(cè)的介質(zhì)壓力與滲透液側(cè)的介質(zhì)壓力之差應(yīng)大于0.3 MPa。

1.2 工藝設(shè)備組成

超濾系統(tǒng)型號(hào)為UF 3L3-37P1940，它主要由以下設(shè)備組成：超濾膜模塊ME210A1/2/3-ME210 B1/2/3-ME210C1/2/3,超濾回路循環(huán)泵P210A/B，化學(xué)品貯槽及攪拌器V210和AG210，反洗泵P211A/B，反洗過(guò)濾器FT211，超濾系統(tǒng)預(yù)過(guò)濾器FT210A/B，超濾給料泵P202，反洗水槽S210。

1.3 工藝參數(shù)

（1）OAT料漿。OAT料漿總流速正常時(shí)為37 390 kg/h,最大流速45 000 kg/h，溫度60～80℃，壓力0.1 MPa，密度1.0 kg/L，黏度1.0 mPa·s。OAT固體為膠狀，其組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）如下：OAT固體0.45～0.6，溶液中的OAT 0.02，三聚氰胺1.1～1.6，二氧化碳最大0.2，氨最大0.1，水平衡。

（2）滲透液。滲透液總流速正常時(shí)為28 192 kg/h，最大流速33 900 kg/h，溫度60～80℃，壓力1.0 MPa，密度1.0 kg/L，黏度0.6 mPa·s。滲透液組成如下（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：OAT固體0，溶液中的OAT 0.03，三聚氰胺1.1～1.6，二氧化碳最大0.2，氨最大0.1，水平衡。

（3）滯留液。滯留液總流速正常時(shí)為9 200 kg/h，最大流速11 100 kg/h，最小流速2 000 kg/h，溫度60～80℃，壓力1.0 MPa，密度1.0 kg/L，黏度3.6 mPa·s，OAT固體為膠狀。滯留液組成如下（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：OAT固體2.0～7.0，最大10，溶液中的OAT 0.03，三聚氰胺1.1～1.6，二氧化碳最大0.2，氨最大0.1，水平衡。

2 超濾膜模塊

2.1 超濾膜模塊特性

超濾膜模塊由超濾膜MEMBRALOX陶瓷膜與橫流過(guò)濾模塊構(gòu)成，其獨(dú)特的過(guò)濾支撐結(jié)構(gòu)使超濾陶瓷膜的工作范圍很廣。MEMBRALOX陶瓷膜具有特殊的物理穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，主要體現(xiàn)在操作壽命長(zhǎng)、產(chǎn)品可靠性強(qiáng)等方面，并能為多種工業(yè)過(guò)濾裝置提供經(jīng)濟(jì)化方案。超濾膜MEMBRALOX陶瓷膜是一種不對(duì)稱的多管道膜，由一個(gè)多孔基體和一個(gè)過(guò)濾層組成，滲透率高，位于過(guò)濾管道的內(nèi)表面，直接與待處理的流體接觸，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，選擇性和分離效率高，可以滿足不同溫度、壓力和pH值條件下的工藝要求?；w是一個(gè)整體，是帶有幾個(gè)并排通道的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，由高純度的鋁土顆粒燒結(jié)而成，滲透率高，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大。每個(gè)通道的內(nèi)表面由濾膜覆蓋，即“有效層”?？讖竭m中，位于過(guò)濾管道的內(nèi)表面，直接與待處理的流體相接觸。濾膜由一層或多層氧化金屬構(gòu)成，這些氧化金屬層相互粘結(jié)在一起，通過(guò)粘合劑燒結(jié)覆于基體上。待過(guò)濾的流體按照橫流原則流經(jīng)每一根管道，濾液通過(guò)有效層，經(jīng)過(guò)管道之間的多孔基體到達(dá)外部側(cè)面，MEMBRALOX陶瓷膜基體的陶瓷材質(zhì)及超濾有效層的鋯、鈦材質(zhì)有極強(qiáng)的耐酸堿、耐高溫、耐壓力和耐化學(xué)品性能。濾膜、密封和殼體組成一套過(guò)濾裝置叫“過(guò)濾模塊”。

2.2 超濾膜模塊特性參數(shù)

超濾膜模塊組件型號(hào)為37P19-40，濾膜型號(hào)為MEMBRALOX P19-40，由供貨商PALLEXEKIA制造，其特性參數(shù)如表1所示。

3 存在的問(wèn)題及對(duì)策

3.1 自動(dòng)程序模式下系統(tǒng)出現(xiàn)的異常情況

超濾系統(tǒng)在自動(dòng)化控制上采用了西門(mén)子公司的PLC控制系統(tǒng)S7 3000系統(tǒng)，分手動(dòng)和自動(dòng)兩種操作模式。本套超濾系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)閥門(mén)采用電磁閥，在自動(dòng)程序模式下可全自動(dòng)操作，使得超濾系統(tǒng)的工藝操作量大大減少。但是，S7 3000控制系統(tǒng)內(nèi)部控制嚴(yán)謹(jǐn)，在自動(dòng)程序運(yùn)行條件下，程序的每一步均為下一步的充分條件，不可逾越，一旦系統(tǒng)檢測(cè)出上一步程序未“完全”實(shí)現(xiàn)，則程序會(huì)自動(dòng)停止在上一步不往下走。實(shí)際上由于工藝介質(zhì)和電磁閥使用的緣故，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)儀表導(dǎo)壓管堵塞、檢測(cè)不準(zhǔn)確、電磁閥卡塞等情況。在這種情況下，工藝人員無(wú)權(quán)根據(jù)自己的判斷選擇是否使程序繼續(xù)進(jìn)行，而只能聯(lián)系儀表人員通過(guò)邏輯強(qiáng)制程序使程序繼續(xù)進(jìn)行，有時(shí)延誤時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，很容易造成膜組件堵塞等一系列問(wèn)題。因此，當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，工藝操作人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行手動(dòng)操作，盡量避免延誤時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成膜件的堵塞。

表1 超濾膜模塊特性

3.2 模塊循環(huán)泵循環(huán)流量過(guò)大

原先設(shè)定的循環(huán)泵流量為480 m3/h，在這種情況下循環(huán)泵的出口壓力為0.8 MPa，這對(duì)于滲透膜壓力過(guò)大，由于滲透膜最大承受壓力為0.8 MPa，因此，很容易造成滲透膜超壓泄漏。為此，將循環(huán)泵流量調(diào)整為420 m3/h，此時(shí)循環(huán)泵的出口壓力為0.6 MPa，從而保證了滲透膜的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 前置過(guò)濾器切換壓差設(shè)定過(guò)高

原先設(shè)定的前置過(guò)濾器切換壓差為0.15 MPa，在正常生產(chǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)膜組件前置過(guò)濾器的壓差從0上升到0.05 MPa需要較長(zhǎng)的時(shí)間，然而從0.05 MPa升到0.15 MPa的時(shí)間很短，而從0.15 MPa升到過(guò)濾器的最高壓差0.20 MPa的時(shí)間更短。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，過(guò)濾器的過(guò)濾面積相對(duì)于正常生產(chǎn)的流量余量很大，正常時(shí)50%的過(guò)濾面積就能保證全流量微阻通過(guò)，但隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，當(dāng)過(guò)濾面積減小至小于50%時(shí)，過(guò)濾器的前后壓差迅速增加，從0.15 MPa升到0.20 MPa的時(shí)間很短。由于過(guò)濾器的切換需要現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作，這樣留給現(xiàn)場(chǎng)操作人員的時(shí)間短，很容易造成超壓現(xiàn)象。針對(duì)這一問(wèn)題，為保證生產(chǎn)的穩(wěn)定進(jìn)行，給現(xiàn)場(chǎng)切換過(guò)濾器留出足夠的操作時(shí)間，將過(guò)濾器的切換壓差由0.15 MPa修改為0.05 MPa。

3.4 反洗程序效果不好

超濾系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一定時(shí)間運(yùn)行后，滲透膜的表面膜孔會(huì)被堵塞從而導(dǎo)致滲透率急速下降，此時(shí)需進(jìn)行超濾系統(tǒng)的單回路反洗程序，在自動(dòng)狀態(tài)下對(duì)超濾系統(tǒng)的單回路進(jìn)行脈沖反洗。在反洗泵的作用下，配置好的5%氨水從滲透液側(cè)進(jìn)入膜組件，對(duì)陶瓷通道和滲透膜孔進(jìn)行沖刷清洗。但是，在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于一些運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的模塊或OAT料漿黏度較高時(shí)造成的膜孔堵塞清洗效果不好。在反洗過(guò)程中，脈沖時(shí)間選擇了開(kāi)5 s關(guān)4 s的脈沖方式。當(dāng)系統(tǒng)封閉充液4 s后，膜組件內(nèi)壓力達(dá)到0.15 MPa時(shí)，電磁閥打開(kāi)5 s，壓力釋放為0。問(wèn)題在于：一方面，0.15 MPa的壓力在5 s時(shí)間內(nèi)釋放所產(chǎn)生的壓力作用有時(shí)并不能將堵塞在膜孔內(nèi)的結(jié)晶顆粒沖出;另一方面，如果增大脈沖壓力和時(shí)間，由于超濾膜是燒制在陶瓷通道表面的，若反向的脈沖沖擊力過(guò)大，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)后極易造成滲透膜脫落，同時(shí)，在進(jìn)行脈沖反洗過(guò)程中反洗液的流量并不穩(wěn)定，系統(tǒng)內(nèi)部無(wú)法進(jìn)行滲透率的計(jì)算，無(wú)法通過(guò)滲透率來(lái)判斷反洗的效果。針對(duì)這一問(wèn)題，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作情況，總結(jié)出了一套手動(dòng)反洗操作程序，實(shí)踐證明效果很好。

手動(dòng)反洗操作程序?yàn)椋海?）沖洗：模塊內(nèi)部充滿滲透液后，啟動(dòng)超濾循環(huán)泵進(jìn)行循環(huán)，稍開(kāi)滲透液側(cè)出口調(diào)節(jié)閥控制膜組件的內(nèi)部壓力，防止壓力過(guò)高，時(shí)間為8 min。（2）排液：經(jīng)過(guò)沖洗后模塊內(nèi)粘在膜壁上的結(jié)晶會(huì)大量脫落進(jìn)入循環(huán)液中，此時(shí)停泵將液排到OAT料漿槽中重新返回系統(tǒng)。（3）氨洗：模塊內(nèi)部重新充入配置好的5%氨水，充滿后重新啟動(dòng)循環(huán)泵循環(huán)，設(shè)定循環(huán)泵出口調(diào)節(jié)閥手動(dòng)并置于恒定閥位，同時(shí)保證氨水持續(xù)小流量（2～3 t/h）進(jìn)入模塊置換，并開(kāi)滲透液側(cè)出口閥直至反洗完畢。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)超濾系統(tǒng)的工藝構(gòu)造及模塊特性進(jìn)行介紹，并對(duì)其在實(shí)際運(yùn)行中所存在的問(wèn)題及解決方法進(jìn)行描述，使我們對(duì)三聚氰胺超濾系統(tǒng)有了一個(gè)完整的了解，從而有利于保證生產(chǎn)的穩(wěn)定進(jìn)行。

The Application of High-pressure Melamine Plant Ultrafiltration System

Sun Tao

This paper described the technological characteristics of high-pressure melamine plant ultrafiltration system，analyzed the problems in its application and presented the corresponding measures，to ensure the stable operation of the ultrafiltration system beneficially.

Ultrafiltration;Application;Ceramic membrane;Filter module

TQ 051.8

*孫濤，男，1973年11月生，技師。濮陽(yáng)市，457004。

2011-03-21)