120 m3/h有机管式膜在盐水精制中的应用总结

2021-07-01尹燕亓宋玉平

氯碱工业 2021年11期

尹燕亓，宋玉平

(1.安徽星奇达膜科技有限公司，江苏南京 210017;2.万华化学(宁波)氯碱有限公司，浙江宁波 315812)

万华化学(宁波)氯碱有限公司(以下简称“万华宁波氯碱公司”)前身为始于1958年的宁波电化厂，经过数次改制、扩建和发展，现拥有50万t/a离子膜法烧碱装置。为提高市场竞争力，推进氯碱化工领域持续创新，引领行业发展方向，2020年10月，万华宁波氯碱公司引进安徽星奇达膜科技有限公司“有机管式膜盐水精制技术”，建成120 m3/h有机管式膜盐水精制示范化装置。自开车以来，装置运行稳定，各项指标均满足技术要求。

1 有机管式膜在盐水精制中的应用

1.1 工艺流程

有机管式膜盐水精制工艺是一种充分利用管式膜进行高效固液分离作用的新型盐水精制工艺。首先，在盐水中加入氢氧化钠、碳酸钠精制剂，使盐水中的钙镁离子生成沉淀;然后，通过管式膜组件的高效分离作用使沉淀和水快速、彻底分离，出水水质得到提高。有机管式膜盐水精制工艺流程见图1。

图1 有机管式膜法盐水精制工艺流程图Fig.1 Process flow of brine refining by organic tubular membrane filters

用化盐桶化盐，化盐温度为50～65℃;粗盐水自流至折流槽，加入NaOH、Na2CO3，过碱量为NaOH 0.1～0.3 g/L、Na2CO30.3～0.6 g/L;完成精制反应的粗盐水用膜过滤供料泵经盐水粗过滤器截留大于1 mm机械杂质送至膜过滤单元;经有机膜系统过滤后得到符合要求的一次精盐水。

1.2 有机管式膜

本工艺选用耐碱型管式膜，采用高强度的管式膜组件，在低能耗管式膜运行中，生成的沉淀和盐水混合液经进水供料泵送入膜组件，通过循环泵在膜表面形成高紊乱的湍流，进行错流循环，膜出水进入精盐水储罐，浓缩液送至压滤机分离。当膜污染发展到一定程度后，为减缓膜污染的发展，对膜组件进行化学强化清洗，恢复膜的性能。

有机管式膜技术参数:膜孔径30 nm，膜层厚度50μm，膜管通道内径5 mm;支撑体材质为聚酯无纺布，膜材质为聚偏氟乙烯(PVDF)，组件面积67.2 m2，最大工作压力0.8 MPa，最高工作温度70℃，pH值适用范围1～13。

1.3 有机管式膜工艺

上述工艺流程中最核心的部件为有机管式膜，共1套，每套由4个膜组件组成，由下到上串联排布，膜组件直径25.4 cm、长度4 m，单个膜组件过滤面积67.2 m2，共计268 m2，并设计了反洗和清洗程序，设计精盐水产能为120 m3/h。

1.3.1 连续过滤

有机管式膜系统采用四级膜组件串联“错流”过滤方式，由供料泵送来的粗盐水经循环泵先送入一级过滤组件过滤，由一级组件出来的浓缩液进入二级过滤组件过滤;以此流程进行。自四级过滤组件浓缩液出口流出的浓缩盐水按比例和浓度排出一小部分去盐泥池进入板框压滤系统，其余的回到循环泵前管路与供料泵送来的粗盐水混合，然后经由循环泵回到膜系统循环过滤。各级过滤组件过滤出的精盐水通过各级渗透清液出口汇集后流入精盐水储槽。

1.3.2 反洗

在过滤过程中，随着时间的延长，粗盐水中钙镁悬浮物、胶体粒子或大分子溶质等与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起膜表面吸附、沉积，从而使膜通量不断下降，降低了膜的处理量，因此，过滤过程中须通过间歇反洗控制膜污染、恢复膜通量。

1.3.3 化学清洗

在较长时间的运行后，因膜表面的污染会导致通量变化、过滤能力下降，须对膜表面进行化学清洗，使膜通量得到恢复，过滤能力达到起始状态。该装置化学清洗周期15天。每次清洗时，先酸洗再碱洗，酸洗剂采用pH值为2的盐酸，碱洗剂采用pH值为11.5的烧碱;每次清洗总时长4 h，膜通量即可完全恢复。由于清洗剂浓度较低且量较少，清洗后清洗剂直接排入盐泥池，不会对系统造成影响。

1.4 有机管式膜盐水精制工艺特点

1.4.1 盐水质量稳定

与传统死端过滤有机聚合物盐水精制技术相比，取消预处理器，避免了预处理器对盐水工艺指标操作的苛刻要求(对温度、浓度、流量、过碱量、助沉剂等要求较高，一旦操作平衡性被破坏，容易造成盐水返浑)，只要控制好工艺中沉淀的温度和时间条件，就能产出高质量的盐水。

与陶瓷膜工艺相比，组件采用整体环氧树脂密封，没有密封泄漏点;膜材质为有机聚酯材料，有韧性，抗振动，抗水流、气体冲击，不会断裂。

有机管式膜采用相转化法制备，膜制备工艺成熟，制得膜孔径更均匀，用于盐水精制的有机管式膜孔径为30 nm，与目前市场上盐水精制工艺中的膜过滤器相比，过滤精度最高。

1.4.2 工艺流程短，占地面积小，全自动操作

该工艺既无死端过滤有机聚合物膜盐水精制技术所需的加压溶气、浮上澄清的前处理工艺和设备，又不同于陶瓷膜盐水精制技术，无需设置循环罐、反冲罐，由此，该工艺是现行盐水精制工艺中流程最简单的工艺，系统占地面积也大大减少，对应处理量120 m3/h过滤膜组件占地面积仅12 m2(长8 m、宽1.5 m);另外，工艺采用PLC或DCS控制，真正实现了全自控，一键开机、一键停机、一键清洗，减少了人为干预，不仅节约了劳动力，更提高了系统可靠性。

2 主要运行指标分析

2.1 过滤盐水质量

过滤后精盐水质量较稳定，常规滴定方法分析Ca2++Mg2+的结果为零，采用ICP分析和重量法SS测定数据见表1。从表1可以看出:经有机管式膜过滤后的精盐水质量稳定，钙镁离子的质量浓度和＜1 mg/L，SS质量浓度＜0.5 mg/L。

表1 精盐水取样分析数据Table 1 Analysis data of refined brine sample

2.2 过滤精盐水通量

随着有机管式膜运行时间的延长，碳酸钙、氢氧化镁胶体等杂质吸附沉积在膜面上，精盐水通量减少，过滤压力逐步上升。为了保证过滤通量始终达到120 m3/h，供料泵自动变频调整过滤压力。有机管式膜经化学清洗后，过滤压力约为0.4 MPa，精盐水流量就可以达到设计指标，到下一次清洗前(连续运行15天)，过滤压力需要提高到0.45 MPa左右才能维持精盐水的设计通量。