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。
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。
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)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。
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”。
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。
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
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。
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。
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。
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)