膜分离技术在三聚氰胺生产中的应用

张林茂，梁俊峰

(河南煤业化工集团中原大化公司，河南濮阳 457004)

0 前言

中原大化三聚氰胺装置采用美国联合信号技术的高压法生产，在生产过程中有副产物的生成，为了保证产品质量，需要在系统循环中将副产物OAT经过两段结晶、过滤除去，在改造前采用了板框式过滤器，不但消耗大量的助滤剂，也造成大量废渣堆积，无法回收，环保压力较大。经过对过滤系统的改造，选用超滤膜分离技术，将副产物与系统循环液分离，然后进行高温分解回收，产生了可观的经济与社会效益。

1 超滤膜分离技术

1.1 超滤工艺流程

超滤系统由三个相同的超滤膜回路组成，每个回路又包括3个并联布置的超滤膜模块。超滤系统单回路简图如图1所示。

图1 超滤系统单回路简图

OAT料浆储存在OAT料浆槽中，通过超滤系统给料泵，经过预过滤器过滤后进入第一超滤膜回路A，并通过A回路循环泵进行高速循环，以浓缩液(滞留液)离开进入第二超滤膜回路B，B回路内同样通过高速泵进行循环，最终经过第三超滤膜回路C后，将高浓度的溶液送往滞留液槽中，而三聚氰胺溶液(渗透液)则从每一个单回路中排出储存在渗透液槽中。

1.2 超滤设备与工艺参数

本装置采用采用无机陶瓷膜组件(如表1所示)，与有机膜材相比较，无机陶瓷膜在实际应用中有以下优势:①耐高温，耐腐蚀。无机陶瓷膜在高温、苛性环境中具有高度的稳定性。②清洗方便。由于陶瓷膜的高耐腐蚀性，可以用强酸溶解固体堵塞物，用碱液清洗油性沉积物，陶瓷膜元件具有非对称结构，因此可采用反冲的方法清除膜表面污物。③机械性能良好。陶瓷膜具有较高的结构稳定性，在一定压力下不变形，在任何溶剂中不溶胀，能经受固体颗粒的磨损。④膜的使用寿命长。经过多次的高温清洗仍能保持分离性能不变，比有机膜的使用寿命长3～5倍。

表1 超滤膜模块特性与工艺设计参数

2 超滤系统存在问题分析

超滤系统自2005年投产以来，经常出现一些问题，影响了三聚氰胺装置的正常运行。为此，针对出现的问题进行分析，并采取相应的措施，保证了系统的稳定运行。

2.1 膜污染造成反洗频繁

在运行过程中，各回路模块需要频繁切出反洗，分析其原因主要有以下几方面:①由于浓缩比过高，产生浓差极化效应，高浓度的处理料液使膜的表面料液浓度远高于主体液的浓度，从而使膜面上溶质的局部浓度增加，即边界层流体的阻力增加，导致传质推动力下降，膜的渗透率降低。②膜孔的堵塞。被分离的物质与膜相互作用，将在膜表面或膜孔内产生吸附和沉积，大量的污染物附着在膜孔壁上造成膜孔的堵塞使膜孔体积减小，导致膜孔窄化，从而使膜的渗透率降低。③滤饼层的形成。随着过滤时间的延长，大量的微粒在膜表面逐渐累积压实形成滤饼层覆盖在膜表面，使过滤水阻力增加，膜的渗透率降低。

2.2 陶瓷膜管发生破损或断裂现象

自2008年以来，频频发生陶瓷膜管被腐蚀而结构强度严重劣化乃至破碎或断裂的情况，我们从膜组件材料与操作上分析了原因:①目前陶瓷膜支撑体所用骨料主要是氧化铝，氧化铝本身的的两性也是陶瓷膜元件不能永久使用而有一定使用寿命的原因。②高通量的水流动对多孔陶瓷膜材料的溶蚀和冲刷作用。③水对陶瓷的溶解作用虽然极其微小，但却是一种永远不会平衡的流动体系，在升高温度的情况下，就会更为明显。④水锤现象:超滤系统管道曲折，阀门繁多，运行时经常会出现由于阀门开关缓慢或操作不当而导致的水锤现象。经调试发现水锤现象是由于阀门和泵开关顺序不当造成的，如停泵时远端的阀门已关闭而泵未停运，启动泵时远端阀门未开启泵已早启动，启动泵时出口循环量过大造成系统压力大幅度波动。⑤酸、碱性溶液对膜组件的腐蚀。在反洗时，我们采取氨溶液反洗和酸洗两种方式，反洗过程中以及反洗后系统残留的液体会对膜组件产生腐蚀。

3 系统改造与工艺优化

针对系统存在的问题，我们对系统进行了改造，并通过改进操作规程，调整工艺参数，使超滤模块运行时间得到较大的提高。

3.1 超滤前预处理

我们在被处理料液进入超滤装置之前加装预过滤器，过滤掉料浆中的粒径较大的结晶物。一是避免了大粒径结晶会占据膜组件流通空间，降低膜块分离效率;二是避免大颗粒堵塞膜滤孔，降低回路生产时间;三是避免大颗粒物质进入超滤模块，冲刷损坏滤膜。

3.2 调整工艺参数

循环量由480 m3/h调整为420 m3/h，使膜面流速在最佳范围;浓缩比(超滤系统负荷量/滞留液量)由4.1 调整为3.0 ～3.5，减少浓差极化效应;单回路渗透率要保证在300以上。

3.3 改进操作规程

在启动循环泵之前，要关小出口调节阀，避免启动时压力波动过大;启动泵之前要先打开出口阀，停运时要先停循环泵，再关闭出口阀;单回路渗透率低于300或泵出口压力高于0.7 MPa时要及时切出反洗;反洗之后要排空反洗水并加水置换彻底，再充满渗透液备用。

3.4 优化结晶效果

保证一段结晶温度在70℃，保证二段结晶pH值在7.5左右，避免出现大幅波动造成结晶粒度小，黏度增加，减少系统运行时间。

4 小结

装置通过对OAT过滤系统的改造，使副产物得以回收利用，不但提高了经济效益，也产生了不错的社会效益。本文通过对系统运行过程中存在的问题进行分析，并对系统进行了改造，调整了工艺参数，改进了操作规程，使超滤系统运行更加稳定。