重堿過濾技術的發展及帶式濾堿機的應用

杜維剛

（大連大化工程設計有限公司，遼寧 大連 116031）

作為大宗化工產品，國內純堿產能增長過快、市場供大于求已是不爭的事實。2012年底，國內純堿總產能達2800多萬t，2013年還將有200多萬t的新增產能。如今實現科學發展、調整產業結構、提高行業整體水平、嚴格控制產能的進一步擴張，成為純堿行業下一步的工作重點。而采用高效的節能大型設備，降低能源消耗和成本，就成為行業今后可持續發展的關鍵［1］。濾堿機是純堿生產中主要大型設備之一，也是重堿過濾技術的核心，其應用及發展對于純堿行業有著舉足輕重的作用。

1 重堿過濾技術應用及發展應用概況

濾堿機用于濾堿工序，其作用是將固體重堿從母液中分離出來送至煅燒工序生產純堿。濾堿機的技術性能直接關系到純堿生產的產量、質量、能源消耗、工藝指標、煅燒工序的生產能力以及企業清潔生產水平。特別是在聯堿工藝中，濾堿機洗水當量直接影響母液的平衡，從而影響整個聯堿工藝的運行以及生產廢水的排放。

縱觀國內重堿過濾技術的發展及應用歷程，一方面的成果是助濾劑的研發應用［2］，通過在洗水中添加助濾劑改善過濾性能。上個世紀末，大連化工研究設計院開始重堿助濾劑的研制及應用技術研究，其開發的ZL助濾劑在純堿生產中的應用技術，2000年11月通過了國家石油和化工局組織召開的科技成果鑒定，并得到了比較普遍的應用。重堿洗水中通過添加表面活性劑，可以降低洗水的表面張力，降低重堿結晶顆粒與洗液之間的界面張力，從而強化洗水的滲透性能，在同等過濾推動力條件下，過濾后的重堿水分會因助濾劑的加入而降低。經不斷改進，目前重堿過濾助濾劑已由單一品種發展為適合不同純堿生產工藝、不同操作工況的系列產品，并已實現更新換代，合理添加助濾劑可降低重堿水分3%，提高燒成率2%，節省洗水量，對純堿成品無不良影響。

另一方面的成果是針對傳統應用的過濾設備的改進和新型過濾設備的應用開發。多年來我國大、中型堿廠重堿過濾主要采用轉鼓真空過濾機，上世紀80年代中期天津堿廠自主研發出第一代20m2轉鼓真空過濾機后，該設備即成為我國純堿行業濾堿機主力機型。經過純堿生產技術人員和設備制造企業的共同努力，新型轉鼓真空濾堿機［3］已經發展到了第5代。

為了降低重堿脫水后的水分含量，提高煅燒爐能力，降低蒸汽消耗，離心機在重堿過濾中的應用研究也深得行業科技人員的重視，多級推料離心機應用技術分為重堿一次離心分離和重堿二次離心分離。重堿的一次離心分離可使重堿水分低于12%，但存在著單機生產能力低、物料穿透損失大等問題。盡管近幾年國內外的離心機廠商對推料離心機用于重堿一次脫水進行了不少的研究，核心是針對離心機性能的研究，對解決一次脫水的工藝技術問題，如稠厚器的設計、細晶分離技術、洗滌及鹽分控制沒有太大的進展，從而制約了該技術的應用。推料離心機用于重堿的二次脫水，是在上世紀90年代初首先由山東海化集團純堿廠和青島堿業股份有限公司引進了國外三級推料離心機并應用于實際生產，對解決煅燒能力不足問題發揮了作用。之后又有多家純堿企業分別引進離心分離機進行重堿二次分離［4］，重堿水分可降低至15%以下，同時重堿鹽分也有所降低。

索爾維公司在上個世紀80年代開始在氨堿裝置重堿過濾采用水平帶式真空過濾機，該設備在布料、過濾、洗滌、干燥和卸料等方面比傳統的轉鼓真空過濾機具有無法比擬的優越性，并且具有集成化、自動化、大型化、高效率等特性于一身，國外新建或改造純堿廠普遍采用它取代之前普遍使用的轉鼓真空過濾機。

在21世紀初期，我國堿廠開始嘗試將水平帶式真空過濾機用于重堿過濾。國內最早將它用于重堿過濾的是中州鋁廠。2003年，中州鋁廠建設10萬t／a聯堿項目時，選擇了2臺18m2的帶濾機用于重堿過濾，但由于沒有針對過濾介質的物料特性和過濾性能進行系統考慮，以致應用效果不理想，各項指標不如轉鼓真空過濾機，從而影響了帶濾機在純堿行業的推廣應用。2005年，大化集團在60萬t／a聯堿裝置搬遷改造項目中，首次引進了國外水平帶式真空過濾機用于重堿過濾。實踐證明，帶濾機性能優異，洗水當量較小，既能保證母液平衡或收縮，又能獲得較高的純堿質量。2011年，大連大化工程設計有限公司與大化集團大連化工股份有限公司合作開發研制的水平帶式真空過濾機［5］，一次開車成功，并于2012年8月，通過了由中國石油和化學工業聯合會組織的科技成果鑒定，為國內純堿企業帶濾機的應用推進了一步。

2 重堿過濾設備的應用比較

目前國內成功應用于重堿過濾的工藝技術主要有以轉鼓真空過濾機為核心設備的轉鼓真空過濾技術、以水平帶式真空過濾機為核心設備的水平帶式真空過濾技術和以轉鼓真空過濾機配套離心分離機形成的重堿二次分離技術，表1是上述3種重堿過濾工藝及設備的應用比較。

表1 重堿過濾工藝及設備應用比較表

3 水平帶式真空過濾機的技術優勢

水平帶式真空過濾機是近年來發展最快、應用領域不斷拓展的真空過濾設備，由于它是屬于頂部加料，過濾面是水平布置的設備，所以特別適用于料漿固體濃度高，顆粒粒徑分布寬，對濾餅洗滌要求高的固液分離過程。橡膠水平帶式真空過濾機具有如下特點：

1）過濾效率高。由于是水平過濾面上加料形式，料漿中的大顆粒由于沉降速度大于細粒子，所以它很快沉降到過濾面上形成一層透水率較高的初濾層。初濾層的阻力小，對細顆粒又起到了一定的捕集作用，從而使濾餅層結構合理，又減少了細小粒子造成的濾布阻塞，因而過濾阻力小、過濾效率高、濾液固含量低。

2）濾餅的洗滌效果好。水平布置的過濾面上形成的濾餅厚度比較均勻，而且洗滌液在濾餅上的分布也均勻，從而提高了濾餅的置換洗滌效率，由于過濾面是一個相對狹長的條狀，可以很方便的實現多級順流或逆流洗滌，從而提高濾餅的洗滌效率和得到純度較高的產品。

3）濾餅的厚度可以方便的通過加料量控制和過濾帶的運動速度來調節。對物料過濾性能變化的適應性好。

4）狹長形狀的過濾面，可以方便的調節過濾區、洗滌區、吸干區的長度分布，實現過程的優化操作，而且濾液和洗液的回收可以按要求嚴格分開，可以按過濾、洗滌、吸干區對真空度的要求，在不同區域提供不同的真空度。也可以按濾餅含濕量的要求來縮短或加長吸干區的長度。

5）過濾機的濾布，在每一個工作循環以后均可進行兩個面的噴淋洗滌，必要時還可以增加輥涮洗滌，所以濾布再生效果好，既延長了濾布的使用壽命，又提高了設備的生產能力。

6）過濾機可以根據處理物料的特性和工藝要求進行變型設計，以滿足不同的使用要求。例如，對于濾餅具有一定的可壓縮性而又要求濾餅含濕率盡可能低時，可以增加擠壓輥、擠壓板等附加裝置，降低濾餅含濕率。對濾餅含濕率控制要求高時，可以在吸干區附加熱風裝置。用于易揮發、易燃、易爆或有毒物料時，可以采用全封閉或隋性氣體循環操作的流程。

在重堿過濾方面，水平帶式真空過濾機與傳統的轉鼓真空過濾機相比，同樣能體現出諸多優勢，兩種過濾機的功能比較見表2 。

表2 轉鼓真空過濾機與水平帶式真空過濾機功能比較表

4 國內帶式濾堿機的應用情況及發展方向

4.1 國內水平帶式真空濾堿機的應用情況

目前國內純堿行業帶濾機應用情況見表3。

表3 國內純堿行業水平帶式真空過濾機應用情況表

4.2 純堿用水平帶式真空過濾機的研制應用

基于率先引進水平帶式真空過濾機的先發優勢，大連大化工程設計有限公司與大化集團大連化工股份公司通過通力合作和大膽創新，從對引進設備的消化吸收到進口設備的適應性改造，從產品的研制到關聯工藝、設備的優化，構筑起了完全自主的純堿用水平帶式真空濾堿機開發平臺，研制的第一代純堿用水平帶式真空濾堿機已于2011年11月投入使用，產品質量和性能指標達到國際先進水平。純堿用帶濾機的研制迎合了純堿產能的增加，節能減排要求以及設備大型化趨勢，符合行業協會關于加大引進技術的消化吸收力度，推動產業技術進步的要求，為純堿行業應用國產化帶濾機提供了有力條件。表4為該公司研制的第一代水平帶式真空濾堿機實際運行考核指標數據。

表4 實際運行考核指標比較

4.3 水平帶式真空濾堿機的發展方向

由前述可見，由于帶式濾堿機與轉鼓濾堿機相比具有明顯的優勢，其應用得到了行業內各純堿企業的關注，針對國內純堿產能大、生產方法多、重堿過濾條件差異較大的情況，帶濾機應用的深入研究和設備結構優化仍有很多具體工作要做。

1）選型前的模擬試驗。對于液固兩相構成的物料通過過濾介質的工業化真空過濾設備的理論研究始于20世紀初葉，由于過濾理論的研究所涉及的問題比較復雜，到目前為止，過濾理論還不能給人們以更準確地計算過濾設備的全部資料，純堿用水平帶式真空過濾機設計很大程度上取決于過濾實驗或生產經驗數據，因此，在純堿用過濾機的選型前，進行針對性模擬試驗是必要的，純堿用過濾機選型不是選擇一臺定型設備，而是一個過濾系統的確定過程。

2）出堿液的預濃縮。聯堿裝置選用水平帶式真空濾堿機更能體現出對產品鹽分控制和母液平衡控制的優越性，但由于母液當量大，固體含量低，對水平帶式真空濾堿機能力發揮有一定的影響，通常情況下，相同規格的設備用于聯堿要比用于氨堿生產能力下降15%～20%，因此，對進入濾堿機的出堿液進行預濃縮，分離掉部分清母液，提高固相濃度也是提高過濾能力的有效途徑。

3）模塊化設計。由于水平帶式真空過濾機的機型是一個狹長的機體，它極易采用模塊化設計，這樣可以按工藝要求與生產能力的大小，增加或減少中間段的數量。這為設計、制造、設備的運輸、安裝帶來了很大的方便，同時有利于降低設備的制造與安裝成本，便于使用與維修。

4）多功能集成化。由于純堿生產對重堿濾餅的含濕率、濾餅的洗滌有嚴格的要求，為了降低濾餅的含水率，在干燥段增加熱氣流輔助裝置，通過適當提高溫度，降低固體結晶內夾帶液體的黏度和結晶顆粒與洗液之間的界面張力，提高脫水性能。據介紹，羅馬尼亞的SC BEGA UPSOM SA純堿廠，濾餅水分能夠控制在12%。

5）自動化。為了適應大規模自動化集中控制的生產過程，設備的自動化程度也在不斷提高。如利用濾餅厚度等參數自動調節過濾機濾帶速度，濾餅洗滌水量與加料量的聯動，設備開停車過程的聯動以及非正常過程的報警和聯鎖的采用，在很大程度上提高了設備的自動化程度。而未來的濾堿機勢必應對分離條件具有智能化響應，具有自動適應分離條件改變的能力。

6）節能降耗。真空過濾機的最大能耗在于真空泵的耗能，而真空抽氣量的消耗主要在過濾干燥段，由于濾餅含濕率主要與濾餅中通過的氣體量有關，所以為了節省濾餅干燥的能耗，而又不降低濾餅含濕率指標，在濾餅干燥區設置低真空度大抽氣量的真空設備，以節省能耗。水平帶式真空濾堿機可以方便地實現濾液的分段收集，通過對分段收集的濾液按其組分的差異合理匹配到工藝系統中的不同環節，可以降低氨堿裝置的母液蒸量和聯堿裝置的母液循環當量，從而實現生產系統的節能降耗。

5 結 語

我國純堿產能過剩，行業低迷，采用高效節能大型設備，降低能源消耗和成本，成為行業今后可持續發展的關鍵。濾堿機作為純堿生產關鍵設備之一，其大型化、自動化、國產化將成為重堿過濾技術的發展趨勢。能大幅度降低重堿水分、含鹽量以及洗水當量，對保證系統母液平衡、改善純堿質量、節能降耗、清潔生產、增產增收帶來較大的綜合效益。水平帶式真空過濾機在國內純堿行業成功應用的時間還比較短，國產化設備的研制和性能優化，以及以水平帶式真空過濾機應用為核心的系統優化還有很多研究課題。水平帶式真空過濾機取代轉鼓真空過濾機將成為一種趨勢，隨著水平帶式真空過濾機在純堿行業的應用范圍的擴大，也將推動重堿過濾技術的改進和升級，從而推動純堿行業的可持續發展。另外，企業在推廣重堿過濾新技術、新設備的同時，要強化過濾操作，有效的發揮設備性能，達到提高產品質量、降低生產成本、提升經濟效益的目的。

［1］ 王錫嶺.產業結構調整是當務之急［N］.中國化工報，2012－12

［2］ 李樹春.ZL型助濾劑應用于純堿生產［G］／／中國化工學會無機酸堿鹽專業委員會.第十一屆純堿學術年會論文集.2004

［3］ 王遠，等.新型轉鼓真空過濾機的研發改進與應用［G］／／中國化工學會無機酸堿鹽專業委員會.第十二屆純堿學術年會論文集.2006

［4］ 王遠.多級推料離心機用于重堿脫水工藝路線探討［J］.純堿工業，2008（5）

［5］ 杜維剛.聯堿用水平帶式真空過濾機的研制［G］／／中國化工學會無機酸堿鹽專業委員會.第十五屆純堿學術年會論文集.2012