膜分離技術(shù)在三聚氰胺生產(chǎn)中的應(yīng)用

張林茂，梁俊峰

(河南煤業(yè)化工集團(tuán)中原大化公司，河南濮陽 457004)

0 前言

中原大化三聚氰胺裝置采用美國聯(lián)合信號(hào)技術(shù)的高壓法生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中有副產(chǎn)物的生成，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，需要在系統(tǒng)循環(huán)中將副產(chǎn)物OAT經(jīng)過兩段結(jié)晶、過濾除去，在改造前采用了板框式過濾器，不但消耗大量的助濾劑，也造成大量廢渣堆積，無法回收，環(huán)保壓力較大。經(jīng)過對(duì)過濾系統(tǒng)的改造，選用超濾膜分離技術(shù)，將副產(chǎn)物與系統(tǒng)循環(huán)液分離，然后進(jìn)行高溫分解回收，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

1 超濾膜分離技術(shù)

1.1 超濾工藝流程

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)單回路簡圖如圖1所示。

圖1 超濾系統(tǒng)單回路簡圖

OAT料漿儲(chǔ)存在OAT料漿槽中，通過超濾系統(tǒng)給料泵，經(jīng)過預(yù)過濾器過濾后進(jìn)入第一超濾膜回路A，并通過A回路循環(huán)泵進(jìn)行高速循環(huán)，以濃縮液(滯留液)離開進(jìn)入第二超濾膜回路B，B回路內(nèi)同樣通過高速泵進(jìn)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(gè)單回路中排出儲(chǔ)存在滲透液槽中。

1.2 超濾設(shè)備與工藝參數(shù)

本裝置采用采用無機(jī)陶瓷膜組件(如表1所示)，與有機(jī)膜材相比較，無機(jī)陶瓷膜在實(shí)際應(yīng)用中有以下優(yōu)勢:①耐高溫，耐腐蝕。無機(jī)陶瓷膜在高溫、苛性環(huán)境中具有高度的穩(wěn)定性。②清洗方便。由于陶瓷膜的高耐腐蝕性，可以用強(qiáng)酸溶解固體堵塞物，用堿液清洗油性沉積物，陶瓷膜元件具有非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，因此可采用反沖的方法清除膜表面污物。③機(jī)械性能良好。陶瓷膜具有較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在一定壓力下不變形，在任何溶劑中不溶脹，能經(jīng)受固體顆粒的磨損。④膜的使用壽命長。經(jīng)過多次的高溫清洗仍能保持分離性能不變，比有機(jī)膜的使用壽命長3～5倍。

表1 超濾膜模塊特性與工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

2 超濾系統(tǒng)存在問題分析

超濾系統(tǒng)自2005年投產(chǎn)以來，經(jīng)常出現(xiàn)一些問題，影響了三聚氰胺裝置的正常運(yùn)行。為此，針對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，并采取相應(yīng)的措施，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1 膜污染造成反洗頻繁

在運(yùn)行過程中，各回路模塊需要頻繁切出反洗，分析其原因主要有以下幾方面:①由于濃縮比過高，產(chǎn)生濃差極化效應(yīng)，高濃度的處理料液使膜的表面料液濃度遠(yuǎn)高于主體液的濃度，從而使膜面上溶質(zhì)的局部濃度增加，即邊界層流體的阻力增加，導(dǎo)致傳質(zhì)推動(dòng)力下降，膜的滲透率降低。②膜孔的堵塞。被分離的物質(zhì)與膜相互作用，將在膜表面或膜孔內(nèi)產(chǎn)生吸附和沉積，大量的污染物附著在膜孔壁上造成膜孔的堵塞使膜孔體積減小，導(dǎo)致膜孔窄化，從而使膜的滲透率降低。③濾餅層的形成。隨著過濾時(shí)間的延長，大量的微粒在膜表面逐漸累積壓實(shí)形成濾餅層覆蓋在膜表面，使過濾水阻力增加，膜的滲透率降低。

2.2 陶瓷膜管發(fā)生破損或斷裂現(xiàn)象

自2008年以來，頻頻發(fā)生陶瓷膜管被腐蝕而結(jié)構(gòu)強(qiáng)度嚴(yán)重劣化乃至破碎或斷裂的情況，我們從膜組件材料與操作上分析了原因:①目前陶瓷膜支撐體所用骨料主要是氧化鋁，氧化鋁本身的的兩性也是陶瓷膜元件不能永久使用而有一定使用壽命的原因。②高通量的水流動(dòng)對(duì)多孔陶瓷膜材料的溶蝕和沖刷作用。③水對(duì)陶瓷的溶解作用雖然極其微小，但卻是一種永遠(yuǎn)不會(huì)平衡的流動(dòng)體系，在升高溫度的情況下，就會(huì)更為明顯。④水錘現(xiàn)象:超濾系統(tǒng)管道曲折，閥門繁多，運(yùn)行時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由于閥門開關(guān)緩慢或操作不當(dāng)而導(dǎo)致的水錘現(xiàn)象。經(jīng)調(diào)試發(fā)現(xiàn)水錘現(xiàn)象是由于閥門和泵開關(guān)順序不當(dāng)造成的，如停泵時(shí)遠(yuǎn)端的閥門已關(guān)閉而泵未停運(yùn)，啟動(dòng)泵時(shí)遠(yuǎn)端閥門未開啟泵已早啟動(dòng)，啟動(dòng)泵時(shí)出口循環(huán)量過大造成系統(tǒng)壓力大幅度波動(dòng)。⑤酸、堿性溶液對(duì)膜組件的腐蝕。在反洗時(shí)，我們采取氨溶液反洗和酸洗兩種方式，反洗過程中以及反洗后系統(tǒng)殘留的液體會(huì)對(duì)膜組件產(chǎn)生腐蝕。

3 系統(tǒng)改造與工藝優(yōu)化

針對(duì)系統(tǒng)存在的問題，我們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了改造，并通過改進(jìn)操作規(guī)程，調(diào)整工藝參數(shù)，使超濾模塊運(yùn)行時(shí)間得到較大的提高。

3.1 超濾前預(yù)處理

我們在被處理料液進(jìn)入超濾裝置之前加裝預(yù)過濾器，過濾掉料漿中的粒徑較大的結(jié)晶物。一是避免了大粒徑結(jié)晶會(huì)占據(jù)膜組件流通空間，降低膜塊分離效率;二是避免大顆粒堵塞膜濾孔，降低回路生產(chǎn)時(shí)間;三是避免大顆粒物質(zhì)進(jìn)入超濾模塊，沖刷損壞濾膜。

3.2 調(diào)整工藝參數(shù)

循環(huán)量由480 m3/h調(diào)整為420 m3/h，使膜面流速在最佳范圍;濃縮比(超濾系統(tǒng)負(fù)荷量/滯留液量)由4.1 調(diào)整為3.0 ～3.5，減少濃差極化效應(yīng);單回路滲透率要保證在300以上。

3.3 改進(jìn)操作規(guī)程

在啟動(dòng)循環(huán)泵之前，要關(guān)小出口調(diào)節(jié)閥，避免啟動(dòng)時(shí)壓力波動(dòng)過大;啟動(dòng)泵之前要先打開出口閥，停運(yùn)時(shí)要先停循環(huán)泵，再關(guān)閉出口閥;單回路滲透率低于300或泵出口壓力高于0.7 MPa時(shí)要及時(shí)切出反洗;反洗之后要排空反洗水并加水置換徹底，再充滿滲透液備用。

3.4 優(yōu)化結(jié)晶效果

保證一段結(jié)晶溫度在70℃，保證二段結(jié)晶pH值在7.5左右，避免出現(xiàn)大幅波動(dòng)造成結(jié)晶粒度小，黏度增加，減少系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間。

4 小結(jié)

裝置通過對(duì)OAT過濾系統(tǒng)的改造，使副產(chǎn)物得以回收利用，不但提高了經(jīng)濟(jì)效益，也產(chǎn)生了不錯(cuò)的社會(huì)效益。本文通過對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的問題進(jìn)行分析，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了改造，調(diào)整了工藝參數(shù)，改進(jìn)了操作規(guī)程，使超濾系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定。