高壓法三聚氰胺裝置超濾系統的應用

孫濤

(河南省煤業化工集團中原大化公司)

高壓法三聚氰胺裝置超濾系統的應用

孫濤*

(河南省煤業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的工藝特點，對其在應用中所存在的有關問題進行了分析，并介紹了所實行的相應的處理措施，這些措施有利于超濾系統的穩定運行。

超濾應用陶瓷膜過濾模塊

河南煤業化工集團中原大化分公司共有三套高壓法三聚氰胺生產裝置，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境嚴重的問題進行了技術改進。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水返回急冷系統進行回收循環利用，滯留液經過升溫升壓后由高壓泵送往廢水處理系統，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，從而實現了三聚氰胺裝置生產廢水的零排放和資源的循環利用，產生了良好的經濟效益和社會效益。

1 工藝簡介

1.1 工藝流程

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

OAT料漿儲存在OAT料漿槽中，通過超濾加料泵升壓后，經過預過濾器后進入第一超濾膜回路A，并通過A回路循環泵進行高速循環，以濃縮液（滯留液）離開，進入第二超濾膜回路B。B回路內同樣通過高速泵進行循環，最終經過第三超濾膜回路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泵，經流量控制后在濾膜回路中高速循環。這種強烈的循環會在濾膜附近產生較高的湍流，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（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。分離的驅動力由濾膜兩側的壓差來保證，每個回路的滯留液側的介質壓力與滲透液側的介質壓力之差應大于0.3 MPa。

1.2 工藝設備組成

超濾系統型號為UF 3L3-37P1940，它主要由以下設備組成：超濾膜模塊ME210A1/2/3-ME210 B1/2/3-ME210C1/2/3,超濾回路循環泵P210A/B，化學品貯槽及攪拌器V210和AG210，反洗泵P211A/B，反洗過濾器FT211，超濾系統預過濾器FT210A/B，超濾給料泵P202，反洗水槽S210。

1.3 工藝參數

（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（質量分數）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（質量分數）：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（質量分數）：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成，其獨特的過濾支撐結構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定性和化學穩定性，主要體現在操作壽命長、產品可靠性強等方面，并能為多種工業過濾裝置提供經濟化方案。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，位于過濾管道的內表面，直接與待處理的流體接觸，結構堅固，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。基體是一個整體，是帶有幾個并排通道的長方體結構，由高純度的鋁土顆粒燒結而成，滲透率高，結構強度大。每個通道的內表面由濾膜覆蓋，即“有效層”。孔徑適中，位于過濾管道的內表面，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成，這些氧化金屬層相互粘結在一起，通過粘合劑燒結覆于基體上。待過濾的流體按照橫流原則流經每一根管道，濾液通過有效層，經過管道之間的多孔基體到達外部側面，MEMBRALOX陶瓷膜基體的陶瓷材質及超濾有效層的鋯、鈦材質有極強的耐酸堿、耐高溫、耐壓力和耐化學品性能。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

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出現的異常情況

超濾系統在自動化控制上采用了西門子公司的PLC控制系統S7 3000系統，分手動和自動兩種操作模式。本套超濾系統的現場閥門采用電磁閥，在自動程序模式下可全自動操作，使得超濾系統的工藝操作量大大減少。但是，S7 3000控制系統內部控制嚴謹，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，一旦系統檢測出上一步程序未“完全”實現，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和電磁閥使用的緣故，經常會出現儀表導壓管堵塞、檢測不準確、電磁閥卡塞等情況。在這種情況下，工藝人員無權根據自己的判斷選擇是否使程序繼續進行，而只能聯系儀表人員通過邏輯強制程序使程序繼續進行，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，當出現這種情況時，工藝操作人員應根據實際情況在現場進行手動操作，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 模塊循環泵循環流量過大

原先設定的循環泵流量為480 m3/h，在這種情況下循環泵的出口壓力為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，將循環泵流量調整為420 m3/h，此時循環泵的出口壓力為0.6 MPa，從而保證了滲透膜的長時間穩定運行。

3.3 前置過濾器切換壓差設定過高

原先設定的前置過濾器切換壓差為0.15 MPa，在正常生產時發現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。實踐發現，過濾器的過濾面積相對于正常生產的流量余量很大，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場手動操作，這樣留給現場操作人員的時間短，很容易造成超壓現象。針對這一問題，為保證生產的穩定進行，給現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

超濾系統經過一定時間運行后，滲透膜的表面膜孔會被堵塞從而導致滲透率急速下降，此時需進行超濾系統的單回路反洗程序，在自動狀態下對超濾系統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，在實際生產中發現，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4 s的脈沖方式。當系統封閉充液4 s后，膜組件內壓力達到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時間內釋放所產生的壓力作用有時并不能將堵塞在膜孔內的結晶顆粒沖出;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定，系統內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，根據現場實際操作情況，總結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：模塊內部充滿滲透液后，啟動超濾循環泵進行循環，稍開滲透液側出口調節閥控制膜組件的內部壓力，防止壓力過高，時間為8 min。（2）排液：經過沖洗后模塊內粘在膜壁上的結晶會大量脫落進入循環液中，此時停泵將液排到OAT料漿槽中重新返回系統。（3）氨洗：模塊內部重新充入配置好的5%氨水，充滿后重新啟動循環泵循環，設定循環泵出口調節閥手動并置于恒定閥位，同時保證氨水持續小流量（2～3 t/h）進入模塊置換，并開滲透液側出口閥直至反洗完畢。

4 結束語

通過對超濾系統的工藝構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有了一個完整的了解，從而有利于保證生產的穩定進行。

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)