金属烧结过滤器在PTA 母固回收系统的应用
2013-04-10李艳芬马法赫李大伟
李艳芬,马法赫,李大伟
(1.摩恩达(集团)上海流体设备工程有限公司,上海 200051;2.太仓港协鑫发电有限公司,江苏 太仓 225433;3.凡闰司(上海)流体技术有限公司,上海 201616)
随着PTA 行业的迅猛发展,PTA 已处于快速发展的高潮期,而不断扩大的产能必将带来激烈的竞争。近年来,各PTA 工厂都致力于节能降耗,提高企业的竞争力。而PTA 母固回收系统是整个PTA 行业降耗的经典案例,原因在于PTA 工厂第一段固液分离所产生的母液是最大的一股工艺废水量,该废水含有0.2%~0.3%wt 的对苯二甲酸和0.2%~0.3%wt 的对甲基苯甲酸,回收价值高;同时该股废水是废水处理厂最大的一股COD 来源。为回收该股废水中的对甲基苯甲酸等有机固体,促使了PTA 母固回收技术的产生[1]。
1 母固回收技术简介
1.1 过滤工艺原理
过滤系统采用进口多孔金属烧结滤芯,滤芯分对称结构和不对称结构,孔径为0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0、10、20、40、100μm 不等。基于多年的PTA 应用工艺经验以及大量的实验测试结果,选用0.5μm 滤芯能过滤出大量的TA 固体,并形成均质的滤饼,且很容易反洗掉。
过滤器分内过滤和外过滤两种设计。过滤过程,母液经进料阀由过滤器底部进入过滤器,在锥形物料收集器中环向循环,使得固体颗粒在液相中均匀分布。液体在滤芯中均匀流动,由于表面过滤作用,绝大多数TA 固体颗粒会在金属粉末烧结滤芯的表面被截留,过滤工序完成后形成质量均等的滤饼,而滤清液经滤芯流出过滤器。过滤器特有的流体动力学设计使得固体非常均匀地形成滤饼,因此反洗效果好,从而保证系统长期稳定的运行。
由于温度对TA在水溶液中的溶解性影响很大,温度变化速率与溶解/结晶速率线性关系上不一致,系统采用精确温度与动力学温度相转化的工艺技术来控制过滤、反洗工序中的温度趋势,以确保在滤芯内部无TA 晶体残留。
由于多孔金属滤芯很薄,可能偶尔会有小颗粒堵塞滤孔,但是使用反洗工序能很容易地清理滤芯并解决堵塞的问题。过滤系统采用全自动控制,成本低而且效率高。
根据金属粉末烧结过滤器的性能及过滤原理进行设计[2]:
(1)采用表面过滤技术,TA 固体颗粒停留在多孔金属滤芯的表面,从而避免了因TA 固体颗粒比较黏容易渗透到过滤孔中,减少粘性有机固体浆料对过滤元件的堵塞。
(2)预涂敷“搭桥”,利用控制初始流速确保滤芯表面形成初滤层,作为过滤过程中的第一层滤膜,防止固体颗粒渗透到过滤介质内部造成堵塞,导致过滤器运行周期缩短。
(3)采用适当压力的惰性气体进行滤饼干燥,减少滤饼含水率,以保证回收的固体浆料对氧化单元不产生影响。
(4)采用气体加压和酸洗的方式进行反冲洗,确保滤芯表面的滤饼脱离,延长母固回收系统程序的运行周期,减少碱洗的频率。
1.2 工艺流程简述
母液中含有微量TA 固体和PT 酸颗粒的悬浮液,一般悬浮液固体浓度为:精制段0.5%~1.0%,氧化段0.8%~1.5%,通过过滤,回收母液中的悬浮有机固体以降低物耗。悬浮液中的固体过滤下来,滤液送至母液蒸发罐,滤饼送至浆料接收罐。
根据处理物料量,过滤系统可以采用单台过滤器运行或多台过滤器并联运行,过滤器采用间歇操作。多台并联运行时,若有1 台处于反洗或待过滤阶段时,其余处于在线过滤状态。整个工艺过程可分为3个阶段:预涂敷,过滤,加压反洗和酸洗。
第一步:预涂敷。母液经泵提升,以较小流速从过滤器底部引入,直至充满罐体。
第二步:过滤。母液按照设定的流量引入过滤器,滤清液从过滤器顶部排入下一工序。滤饼在滤芯内表面形成。随着滤饼厚度的增加,管板两侧的压差上升,当过滤器压差或时间达到设定值时,关闭进料阀,停止母液进料。
第三步:加压反洗和酸洗。过滤完成后关闭滤清液出口阀,打开上部反洗进气阀,引入惰性气体,当压力达到设定值时,打开底部卸料阀,用惰性气体推动滤清液或醋酸将滤饼反冲进入下面的浆料接受罐,由泵送至氧化单元回用。
过滤器运行一段时间后,金属膜受到一定程度的污染,过滤效率降低,此时,需要通过碱洗再生。整个碱洗过程包括碱洗、除盐水清洗和酸洗。所排的碱液、清洗水进废水处理系统。整个碱洗过程均为全自动控制。
2 金属粉末烧结过滤器的优点
(1)过滤精度高,99.99%以上的固体颗粒会被留在介质表面;
(2)耐温性能好,金属烧结粉末可以承受极高的温度,特种高温合金耐温可以达到982℃;
(3)过滤元件的材质种类多,有钛、镍、铜、SUS304L、SUS316L、蒙 乃 尔 合 金、INCONEL、HASTELLOY 等40 多种;
(4)抗腐蚀性能强,可以耐强酸强碱;
(5)超强的机械强度,具有一定的抗压、抗拉伸强度、不易损坏,性能稳定;
(6)再生效果好,使用寿命长:部分特种合金产品质量保证期为10年;
(7)通过加压干燥,金属粉末烧结过滤器过滤效果能够确保滤饼含水率满足生产要求。
3 母固回收效益评估
按照母液进水指标300t·h-1,固含量0.6%计算,其中含TA 和PT 酸等可以回用的有机物为1.8t·h-1,一年运行8000h,可以回收有机物14400t。回收的有机物价格按7000 元·t-1,一年的回收收益为1 亿元人民币。
辅助经济效益:可回用70%左右的水量,既减少了后续生化处理的水量和COD 排放量,也减少了纯水系统的投资。
[1]赵会玉,袁乃金.翔鹭石化PTA 精制母固回收系统应用[C].中国PTA 行业2011年年会论文集.
[2]李海潮.PTA 精制母液新过滤工艺技术探讨[C].PTA 行业协会论文集,2006.