1 概述
氨堿法純堿生產的主要原料為工業海鹽,并在生產中產生大量的蒸餾廢液。近年來,國內純堿產量在逐年增加,隨著鹽業結構的調整、海鹽資源的萎縮,工業鹽的實際產量卻在逐年減少,這對純堿企業的生存產生了一定的危機。2000 年3 月份出現了第一次“鹽荒”,六大堿廠匯集山東爭奪所剩無幾的海鹽。連云港堿廠幾乎被迫停產,堆場庫存鹽量最低時僅1 千余噸,不足8 h 的生產用量。
目前國際上主要的合成堿生產企業大多數采用地下巖鹽生產純堿。我國的地下巖鹽儲量非常豐富,若以地下巖鹽取代部分海鹽制堿,既解決了企業的生存危機,又降低了生產成本。但是地下巖鹽鹵水的SO42 -濃度一般在15 g/ L 左右,而純堿生產要求的精制鹵水中SO42 - 濃度不高于2 g/ L ,因此降低SO42 - 濃度成為該技術的主要難點。假如能采用氨堿蒸餾廢液除去地下巖鹽中的SO42 -,對環境保護和降低生產成本都是十分有利的,但產生的CaSO4 ·2H2O 結晶甚為細小、難于分離。國內某氯堿廠采用傳統的道爾沉降工藝(其流程見圖1) ,分離效果差,通常只能將鹵水中的SO42 - 降至5～8 g/ L ,且設備多、占地面積大、結垢嚴重,攪拌設備故障率高。
為在上述除硝工藝中獲得理想的CaSO4 ·2H2O 結晶,盡量排除設備結垢嚴重等問題,南化集團設計院在反應槽結構的設計上做了大量工作,并借鑒氯堿工業的成功經驗,選用戈爾薄膜液體過濾器分離CaSO4·2H2O 結晶,在中試中獲得成功。
2 戈爾薄膜液體過濾器
戈爾薄膜液體過濾器的工作原理與袋式除塵器雷同,工作原理如圖2 示意。鹽鹵除硝中間試驗選用由美國戈爾(中國) 公司提供的戈爾薄膜液體過濾器,其中的膨體聚四氟乙烯為美國戈爾公司的專利技術。眾所周知,聚四氟乙烯是非極性材料,抗結垢性能優異,耐腐蝕性能可謂是“塑料之王”,耐溫可達260 ℃。美國戈爾公司采用膨體聚四氟乙烯薄膜做過濾器中的濾袋,讓懸浮液中的固體顆粒被全部收集在薄膜表面,并設置了反吹清洗裝置防止其表面的結垢層增厚,為定期自動清理掉這些結垢物提供了有利條件。
由圖2 可見,懸浮液從戈爾薄膜液體過濾器的下部進入,固體顆粒被截留在薄膜表面,濾袋內的清
液隨之上升從上部封頭側向排出。工作一段時間后,從上部封頭頂部通入空氣,在空氣壓力作用下薄膜產生變形,其外表的結垢層斷裂、脫離,沉積至過濾器的底部,當達到一定量時被迅速從底部排出。
這種以秒計的瞬時反流形成自清洗,過濾與自清洗交替進行,循環往復,實現戈爾薄膜液體過濾器的連續運行。整個操作過程實現全自動控制,并可按工藝要求對每一參數進行實時顯示、修改、記錄。操作方便,運行可靠,勞動強度低。戈爾薄膜液體過濾器
的主要工作參數如下:
懸浮液過濾壓力 0. 07～0. 10 MPa
自清洗壓力 0. 035 MPa
工作溫度 < 260 ℃
耗氣量 0. 3 m3/ min
懸浮液中固體含量 20 mg/ L～0. 1 kg/ L
可分離的最小粒度 1μm
3 鹽鹵除硝采用戈爾薄膜液體過濾器
中國石化集團連云港堿廠是國內的大型純堿廠之一,純堿生產能力逾800 kt/ a。為降低生產成本,在鹽鹵除硝技改項目中用地下巖鹽代替部分工業海鹽,因現有的壓力蒸餾條件下產生的氨堿蒸餾廢液中w ( CaCl2 ) 約占9 %～ 10 % , 用它與鹽鹵中的SO42 - 反應,能綜合利用其中的Cl - ,以降低工業海鹽的用量。由于反應所得的CaSO4 ·2H2O 結晶細小,我們在小試驗中測得的結晶粒度約為15μm ,連續反應試驗測得的粒度為20～35 μm ,其中粒度小于5μm 的CaSO4·2H2O 結晶約占25 %(質量計) ,若采用傳統的沉降分離則十分困難。在試驗室中,我們將反應后的懸浮液經真空抽濾所得的鹽鹵清液靜置10 h 以上,仍有許多細小結晶沉淀。選用戈爾薄膜液體過濾器較好地解決了這一難題。鹽鹵除硝中間試驗中采用的戈爾膜固液分離工藝流程如圖3示意。
巖鹽鹵水是中間試驗的主要原料,其SO2 -4 濃度為9. 5 g/ L 左右,Ca2 + 濃度為1. 2 g/ L ;氨堿蒸餾廢液中w (CaCl2) 為12 %左右。除硝后要求得到的精制鹵水中SO2 -4 濃度降至2 g/ L 以下,剩余Ca2 +濃度低于4 g/ L ,水質清澈,才能滿足純堿生產的質量要求。
要求中間試驗選用的戈爾薄膜液體過濾器的主要技術指標如下:
過濾能力 ≥0. 7 m3/ (m2·h)
懸浮液過濾壓力 0. 10 MPa
自清洗壓力 0. 035 MPa
工作溫度 ≈40 ℃
耗氣量 0. 3 m3/ min
懸浮液中固體含量 < 10 g/ L
可分離的最小粒度 1μm
在為期一個月的鹽鹵除硝中間試驗中,由于反應槽(除硝) 的選型和結構優化,各項工藝指標圓滿地達到了預期要求。戈爾薄膜液體過濾器的使用效果更是令人滿意,懸浮物的去除率達99. 9 % (質量計) 。所得的精制鹵水清澈,其固含量低于5 mg/ L 。
由于以秒計的自清洗持續把薄膜表面的結垢物卸下,懸浮液始終處在過濾強度較高的狀態下,中試期間的過濾能力多穩定在0. 8 m3/ (m2·h) 以上。中試期間該設備運行平穩,性能優異,工作環境清潔,完全符合長期運行的要求。
4 結論
傳統的道爾沉降工藝流程長,設備體積龐大,占地面積大,勞動強度大,設備故障多,運營費用高。
鹽鹵除硝工藝中的CaSO4·2H2O 結晶細小,采用以膨體聚四氟乙烯復合濾料的戈爾薄膜液體過濾器,抗結垢性能優異,懸浮物的去除率高,過濾強度高,經中間試驗證實,能滿足工藝指標和長期運行的要求,可在鹽鹵除硝工藝的工業裝置中運用。
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