1 概述
氨碱法纯碱生产的主要原料为工业海盐,并在生产中产生大量的蒸馏废液。近年来,国内纯碱产量在逐年增加,随着盐业结构的调整、海盐资源的萎缩,工业盐的实际产量却在逐年减少,这对纯碱企业的生存产生了一定的危机。2000 年3 月份出现了第一次“盐荒”,六大碱厂汇集山东争夺所剩无几的海盐。连云港碱厂几乎被迫停产,堆场库存盐量最低时仅1 千余吨,不足8 h 的生产用量。
目前国际上主要的合成碱生产企业大多数采用地下岩盐生产纯碱。我国的地下岩盐储量非常丰富,若以地下岩盐取代部分海盐制碱,既解决了企业的生存危机,又降低了生产成本。但是地下岩盐卤水的SO42 -浓度一般在15 g/ L 左右,而纯碱生产要求的精制卤水中SO42 - 浓度不高于2 g/ L ,因此降低SO42 - 浓度成为该技术的主要难点。假如能采用氨碱蒸馏废液除去地下岩盐中的SO42 -,对环境保护和降低生产成本都是十分有利的,但产生的CaSO4 ·2H2O 结晶甚为细小、难于分离。国内某氯碱厂采用传统的道尔沉降工艺(其流程见图1) ,分离效果差,通常只能将卤水中的SO42 - 降至5～8 g/ L ,且设备多、占地面积大、结垢严重,搅拌设备故障率高。
为在上述除硝工艺中获得理想的CaSO4 ·2H2O 结晶,尽量排除设备结垢严重等问题,南化集团设计院在反应槽结构的设计上做了大量工作,并借鉴氯碱工业的成功经验,选用戈尔薄膜液体过滤器分离CaSO4·2H2O 结晶,在中试中获得成功。
2 戈尔薄膜液体过滤器
戈尔薄膜液体过滤器的工作原理与袋式除尘器雷同,工作原理如图2 示意。盐卤除硝中间试验选用由美国戈尔(中国) 公司提供的戈尔薄膜液体过滤器,其中的膨体聚四氟乙烯为美国戈尔公司的专利技术。众所周知,聚四氟乙烯是非极性材料,抗结垢性能优异,耐腐蚀性能可谓是“塑料之王”,耐温可达260 ℃。美国戈尔公司采用膨体聚四氟乙烯薄膜做过滤器中的滤袋,让悬浮液中的固体颗粒被全部收集在薄膜表面,并设置了反吹清洗装置防止其表面的结垢层增厚,为定期自动清理掉这些结垢物提供了有利条件。
由图2 可见,悬浮液从戈尔薄膜液体过滤器的下部进入,固体颗粒被截留在薄膜表面,滤袋内的清
液随之上升从上部封头侧向排出。工作一段时间后,从上部封头顶部通入空气,在空气压力作用下薄膜产生变形,其外表的结垢层断裂、脱离,沉积至过滤器的底部,当达到一定量时被迅速从底部排出。
这种以秒计的瞬时反流形成自清洗,过滤与自清洗交替进行,循环往复,实现戈尔薄膜液体过滤器的连续运行。整个操作过程实现全自动控制,并可按工艺要求对每一参数进行实时显示、修改、记录。操作方便,运行可靠,劳动强度低。戈尔薄膜液体过滤器
的主要工作参数如下:
悬浮液过滤压力 0. 07～0. 10 MPa
自清洗压力 0. 035 MPa
工作温度 < 260 ℃
耗气量 0. 3 m3/ min
悬浮液中固体含量 20 mg/ L～0. 1 kg/ L
可分离的最小粒度 1μm
3 盐卤除硝采用戈尔薄膜液体过滤器
中国石化集团连云港碱厂是国内的大型纯碱厂之一,纯碱生产能力逾800 kt/ a。为降低生产成本,在盐卤除硝技改项目中用地下岩盐代替部分工业海盐,因现有的压力蒸馏条件下产生的氨碱蒸馏废液中w ( CaCl2 ) 约占9 %～ 10 % , 用它与盐卤中的SO42 - 反应,能综合利用其中的Cl - ,以降低工业海盐的用量。由于反应所得的CaSO4 ·2H2O 结晶细小,我们在小试验中测得的结晶粒度约为15μm ,连续反应试验测得的粒度为20～35 μm ,其中粒度小于5μm 的CaSO4·2H2O 结晶约占25 %(质量计) ,若采用传统的沉降分离则十分困难。在试验室中,我们将反应后的悬浮液经真空抽滤所得的盐卤清液静置10 h 以上,仍有许多细小结晶沉淀。选用戈尔薄膜液体过滤器较好地解决了这一难题。盐卤除硝中间试验中采用的戈尔膜固液分离工艺流程如图3示意。
岩盐卤水是中间试验的主要原料,其SO2 -4 浓度为9. 5 g/ L 左右,Ca2 + 浓度为1. 2 g/ L ;氨碱蒸馏废液中w (CaCl2) 为12 %左右。除硝后要求得到的精制卤水中SO2 -4 浓度降至2 g/ L 以下,剩余Ca2 +浓度低于4 g/ L ,水质清澈,才能满足纯碱生产的质量要求。
要求中间试验选用的戈尔薄膜液体过滤器的主要技术指标如下:
过滤能力 ≥0. 7 m3/ (m2·h)
悬浮液过滤压力 0. 10 MPa
自清洗压力 0. 035 MPa
工作温度 ≈40 ℃
耗气量 0. 3 m3/ min
悬浮液中固体含量 < 10 g/ L
可分离的最小粒度 1μm
在为期一个月的盐卤除硝中间试验中,由于反应槽(除硝) 的选型和结构优化,各项工艺指标圆满地达到了预期要求。戈尔薄膜液体过滤器的使用效果更是令人满意,悬浮物的去除率达99. 9 % (质量计) 。所得的精制卤水清澈,其固含量低于5 mg/ L 。
由于以秒计的自清洗持续把薄膜表面的结垢物卸下,悬浮液始终处在过滤强度较高的状态下,中试期间的过滤能力多稳定在0. 8 m3/ (m2·h) 以上。中试期间该设备运行平稳,性能优异,工作环境清洁,完全符合长期运行的要求。
4 结论
传统的道尔沉降工艺流程长,设备体积庞大,占地面积大,劳动强度大,设备故障多,运营费用高。
盐卤除硝工艺中的CaSO4·2H2O 结晶细小,采用以膨体聚四氟乙烯复合滤料的戈尔薄膜液体过滤器,抗结垢性能优异,悬浮物的去除率高,过滤强度高,经中间试验证实,能满足工艺指标和长期运行的要求,可在盐卤除硝工艺的工业装置中运用。
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