孫濤

(河南省煤業(yè)化工集團中原大化公司)

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，對其在應(yīng)用中所存在的有關(guān)問題進行了分析，并介紹了所實行的相應(yīng)的處理措施，這些措施有利于超濾系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

超濾應(yīng)用陶瓷膜過濾模塊

河南煤業(yè)化工集團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前兩套裝置能量消耗大和污染環(huán)境嚴重的問題進行了技術(shù)改進。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)過板框過濾器過濾后只能廢棄，不能利用。第三套三聚氰胺裝置將前兩套裝置中的板框過濾器改為較為先進的超濾工藝，利用先進的膜分離技術(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)進行回收循環(huán)利用，滯留液經(jīng)過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送往尿素裝置進行回收利用，獲得的COD和總氮達標的精制水送往氨洗滌塔代替脫鹽水使用，從而實現(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)濟效益和社會效益。

1 工藝簡介

1.1 工藝流程

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

OAT料漿儲存在OAT料漿槽中，通過超濾加料泵升壓后，經(jīng)過預(yù)過濾器后進入第一超濾膜回路A，并通過A回路循環(huán)泵進行高速循環(huán)，以濃縮液（滯留液）離開，進入第二超濾膜回路B。B回路內(nèi)同樣通過高速泵進行循環(huán)，最終經(jīng)過第三超濾膜回路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）則從每一個單回路中排出，貯存在滲透液槽中。在本工藝中，料漿通過A、B、C回路中的三個超濾循環(huán)泵，經(jīng)流量控制后在濾膜回路中高速循環(huán)。這種強烈的循環(huán)會在濾膜附近產(chǎn)生較高的湍流，料漿就不會粘在濾膜表面上，從而可使濾膜保持長期的比較好的過濾效果。由于濾膜的多孔性，只有可溶物質(zhì)（三聚氰胺）和溶劑（水）才可以通過濾膜，而固體則被濾膜滯留在濃縮液流中。分離的驅(qū)動力由濾膜兩側(cè)的壓差來保證，每個回路的滯留液側(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，反洗過濾器FT211，超濾系統(tǒng)預(yù)過濾器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)量分數(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)量分數(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)量分數(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陶瓷膜與橫流過濾模塊構(gòu)成，其獨特的過濾支撐結(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、產(chǎn)品可靠性強等方面，并能為多種工業(yè)過濾裝置提供經(jīng)濟化方案。超濾膜MEMBRALOX陶瓷膜是一種不對稱的多管道膜，由一個多孔基體和一個過濾層組成，滲透率高，位于過濾管道的內(nèi)表面，直接與待處理的流體接觸，結(jié)構(gòu)堅固，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是一個整體，是帶有幾個并排通道的長方體結(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)強度大。每個通道的內(nèi)表面由濾膜覆蓋，即“有效層”。孔徑適中，位于過濾管道的內(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，通過粘合劑燒結(jié)覆于基體上。待過濾的流體按照橫流原則流經(jīng)每一根管道，濾液通過有效層，經(jīng)過管道之間的多孔基體到達外部側(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濾裝置叫“過濾模塊”。

2.2 超濾膜模塊特性參數(shù)

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

3 存在的問題及對策

3.1 自動程序模式下系統(tǒng)出現(xiàn)的異常情況

超濾系統(tǒng)在自動化控制上采用了西門子公司的PLC控制系統(tǒng)S7 3000系統(tǒng)，分手動和自動兩種操作模式。本套超濾系統(tǒng)的現(xiàn)場閥門采用電磁閥，在自動程序模式下可全自動操作，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)部控制嚴謹，在自動程序運行條件下，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)檢測出上一步程序未“完全”實現(xiàn)，則程序會自動停止在上一步不往下走。實際上由于工藝介質(zhì)和電磁閥使用的緣故，經(jīng)常會出現(xiàn)儀表導(dǎo)壓管堵塞、檢測不準確、電磁閥卡塞等情況。在這種情況下，工藝人員無權(quán)根據(jù)自己的判斷選擇是否使程序繼續(xù)進行，而只能聯(lián)系儀表人員通過邏輯強制程序使程序繼續(xù)進行，有時延誤時間過長，很容易造成膜組件堵塞等一系列問題。因此，當出現(xiàn)這種情況時，工藝操作人員應(yīng)根據(jù)實際情況在現(xiàn)場進行手動操作，盡量避免延誤時間過長，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，這對于滲透膜壓力過大，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，此時循環(huán)泵的出口壓力為0.6 MPa，從而保證了滲透膜的長時間穩(wěn)定運行。

3.3 前置過濾器切換壓差設(shè)定過高

原先設(shè)定的前置過濾器切換壓差為0.15 MPa，在正常生產(chǎn)時發(fā)現(xiàn)膜組件前置過濾器的壓差從0上升到0.05 MPa需要較長的時間，然而從0.05 MPa升到0.15 MPa的時間很短，而從0.15 MPa升到過濾器的最高壓差0.20 MPa的時間更短。實踐發(fā)現(xiàn)，過濾器的過濾面積相對于正常生產(chǎn)的流量余量很大，正常時50%的過濾面積就能保證全流量微阻通過，但隨著生產(chǎn)的進行，當過濾面積減小至小于50%時，過濾器的前后壓差迅速增加，從0.15 MPa升到0.20 MPa的時間很短。由于過濾器的切換需要現(xiàn)場手動操作，這樣留給現(xiàn)場操作人員的時間短，很容易造成超壓現(xiàn)象。針對這一問題，為保證生產(chǎn)的穩(wěn)定進行，給現(xiàn)場切換過濾器留出足夠的操作時間，將過濾器的切換壓差由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)過一定時間運行后，滲透膜的表面膜孔會被堵塞從而導(dǎo)致滲透率急速下降，此時需進行超濾系統(tǒng)的單回路反洗程序，在自動狀態(tài)下對超濾系統(tǒng)的單回路進行脈沖反洗。在反洗泵的作用下，配置好的5%氨水從滲透液側(cè)進入膜組件，對陶瓷通道和滲透膜孔進行沖刷清洗。但是，在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，對于一些運行時間較長的模塊或OAT料漿黏度較高時造成的膜孔堵塞清洗效果不好。在反洗過程中，脈沖時間選擇了開5 s關(guān)4 s的脈沖方式。當系統(tǒng)封閉充液4 s后，膜組件內(nèi)壓力達到0.15 MPa時，電磁閥打開5 s，壓力釋放為0。問題在于：一方面，0.15 MPa的壓力在5 s時間內(nèi)釋放所產(chǎn)生的壓力作用有時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大，時間過長后極易造成滲透膜脫落，同時，在進行脈沖反洗過程中反洗液的流量并不穩(wěn)定，系統(tǒng)內(nèi)部無法進行滲透率的計算，無法通過滲透率來判斷反洗的效果。針對這一問題，根據(jù)現(xiàn)場實際操作情況，總結(jié)出了一套手動反洗操作程序，實踐證明效果很好。

手動反洗操作程序為：（1）沖洗：模塊內(nèi)部充滿滲透液后，啟動超濾循環(huán)泵進行循環(huán)，稍開滲透液側(cè)出口調(diào)節(jié)閥控制膜組件的內(nèi)部壓力，防止壓力過高，時間為8 min。（2）排液：經(jīng)過沖洗后模塊內(nèi)粘在膜壁上的結(jié)晶會大量脫落進入循環(huán)液中，此時停泵將液排到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，充滿后重新啟動循環(huán)泵循環(huán)，設(shè)定循環(huán)泵出口調(diào)節(jié)閥手動并置于恒定閥位，同時保證氨水持續(xù)小流量（2～3 t/h）進入模塊置換，并開滲透液側(cè)出口閥直至反洗完畢。

4 結(jié)束語

通過對超濾系統(tǒng)的工藝構(gòu)造及模塊特性進行介紹，并對其在實際運行中所存在的問題及解決方法進行描述，使我們對三聚氰胺超濾系統(tǒng)有了一個完整的了解，從而有利于保證生產(chǎn)的穩(wěn)定進行。

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。濮陽市，457004。

2011-03-21)