陶瓷膜技術(shù)在精制鹽水中的應(yīng)用
行業(yè)動態(tài)
在離子膜法生產(chǎn)燒堿工藝中，其核心部件主要是全氟陽離子交換膜，其生產(chǎn)及技術(shù)全部掌握在日本旭化成與旭硝子、美國杜邦這三家公司手里。在國產(chǎn)化離子膜還未得到推廣應(yīng)用的這段時間，我國的離子膜法生產(chǎn)燒堿所用的離子膜全部依賴進口。所以離子膜在生產(chǎn)中使用壽命的長短，是衡量一個氯堿生產(chǎn)企業(yè)管理水平的標準。在整個離子膜生產(chǎn)工藝中，鹽水中金屬離子的含量高低，是影響離子膜電流效率的主要因素。現(xiàn)在離子膜生產(chǎn)燒堿工藝由強制循環(huán)逐步被高電流密度、自然循環(huán)取代，而大部分新建或擴建的氯堿企業(yè)采用的工藝，都是電流效率更為突出的離子膜膜極距生產(chǎn)工藝。對于鹽水中的各種金屬離子的要求也更為嚴格，而使用陶瓷膜處理一次鹽水的優(yōu)勢也逐步體現(xiàn)出來。
1 陶瓷膜工藝介紹
來自界區(qū)外的淡鹽水、回收鹽水、工業(yè)水及濾液進入配水罐混合后，由化鹽給料泵經(jīng)汽水混合器加熱升溫后，送入化鹽池化鹽，飽和粗鹽水自流進入反應(yīng)池，在反應(yīng)池內(nèi)加入精制劑次氯酸鈉、碳酸鈉和氫氧化物。加藥后粗鹽水在反應(yīng)池中，次氯酸鈉分解粗鹽水中的有機物，碳酸鈉與粗鹽水中的鈣離子完全反應(yīng)生成碳酸鈣結(jié)晶沉淀。氫氧化鈉與粗鹽水中的鎂離子反應(yīng)生成氫氧化鎂膠體沉淀。完成精制反應(yīng)的粗鹽水自流進入中間池，經(jīng)陶瓷膜過濾供料泵送往粗鹽水過濾器，濾除大于1.0mm的機械雜物后送往陶瓷膜過濾單元。
陶瓷膜過濾單元采用三級串聯(lián)“錯流”過濾方式，由粗鹽水過濾器來的 粗鹽水料液，經(jīng)循環(huán)泵先送入陶瓷膜過濾器一級過濾組件過濾，一級組件出來的濃縮液進入二級過濾組件過濾；二級過濾組件出來的濃縮液進入三級過濾組件過濾。自陶瓷膜過濾器三級過濾組件濃縮液出口流出的濃縮鹽水按比例和濃度排出一小部分進入原有系統(tǒng)的鹽泥池。其余的回到鹽水循環(huán)罐，與供料泵送來的粗鹽水混合，用于調(diào)整進料液的固液比，進入過濾循環(huán)泵進口，實現(xiàn)控制濃縮液含固量和保證膜面流速的目的，然后經(jīng)過濾循環(huán)泵回到陶瓷膜過濾器內(nèi)循環(huán)過濾。各級過濾組件過濾出的精制過濾鹽水通過陶瓷膜過濾器各級滲透清液出口排出。在混合器中加入亞硫酸鈉消除過濾鹽水中的游離氯后，進入系統(tǒng)中的精制鹽水槽，經(jīng)由一次鹽水泵送螯合樹脂塔二次精制。
陶瓷膜過濾器在長時間的運行后，因膜表面的污染可能會導(dǎo)致通量變化，過濾能力下降。需對膜表面進行再生，使膜通量得到恢復(fù)，過濾能力達到起始狀態(tài)。再生的方式有物理反沖和化學清洗。物理反沖是采用過濾后的精制鹽水在反沖罐由壓縮空氣加壓后對膜表面進行反向沖洗；化學清洗是采用10%～15%的鹽酸對膜進行化學清洗，使陶瓷膜面徹底清潔，完全恢復(fù)過濾通量。
根據(jù)以上工藝可以看出陶瓷膜的生產(chǎn)工藝流程短，控制點少，過程控制和操作簡單，并在一次鹽水的處理上實現(xiàn)了DCS自動控制，也是鹽水精制的一大突破，大大降低了操作員工的勞動強度。對穩(wěn)定鹽水質(zhì)量提供了保證。
由于陶瓷膜是一種無機膜，平均過濾孔徑僅為40nm，并且孔徑分布窄，保證了一次鹽水中的SS總是在0.5mg/l以下。陶瓷膜的強度高，不受酸、堿、氧化劑等的影響，可在1MPa的工作壓力下工作過濾。與有機膜不同，不會存在膜表面剝離、撕裂、腐蝕、孔徑拉伸等現(xiàn)象。
2 應(yīng)用情況
山東大地鹽化集團氯堿廠在15萬噸/年離子膜燒堿擴建中，生產(chǎn)采用離子膜膜極距工藝。鹽水工序使用陶瓷膜技術(shù)處理一次鹽水，首套陶瓷膜自2011年9月份投入使用至今，一次鹽水的質(zhì)量穩(wěn)定，用滴定法監(jiān)測一次鹽水中的鈣、鎂等金屬離子，均未檢出。對于SS的檢測，數(shù)據(jù)一般在0.12mg/l左右。整個陶瓷膜運行采用DCS自動控制；每臺陶瓷膜的組件采用5-4-3排列，共計3臺；一共裝有膜管的筒體為36個；每個筒體裝有37只膜管，每只膜管的過濾面積大約0.23㎡/只，陶瓷膜管總面積大約306.36㎡；每平方米陶瓷膜管能夠處理合格的一次鹽水不低于0.65m3；而3臺陶瓷膜設(shè)備的占地面積僅為130㎡。
2012年11月擴建30萬噸離子膜燒堿/年配套陶瓷膜工藝試運行，每臺陶瓷膜的組件采用6-5-4排列，共計3臺；一共裝有膜管的筒體為45個；每個筒體裝有61只膜管，每只膜管的過濾面積大約0.23㎡/只，陶瓷膜管總面積大約630㎡；可以過濾合格的一次鹽水不低于410㎡；至今運行正常。
3 與凱膜或頗爾膜處理鹽水技術(shù)的比較
3.1 節(jié)省占地面積
由于陶瓷膜技術(shù)的工藝流程大大縮短，設(shè)備相比較而言（沒有預(yù)處理器這樣的大型設(shè)備）也大幅度減少，從而使該技術(shù)項目的占地和建筑面積大大減少。特別是在一些擴產(chǎn)項目上，無需新增裝置用地，利用現(xiàn)有鹽水裝置的閑置場地及廠房、建筑，就能夠新增一倍以上的一次鹽水能力。
3.2 節(jié)省資金投入
由于陶瓷膜工藝取消了粗鹽水浮上桶預(yù)處理系統(tǒng)，整個鹽水工序的投資可比其他膜法處理一次鹽水系統(tǒng)減少投資大約35%左右。初步測算三十萬噸離子膜燒堿裝置節(jié)省投資可超過1000萬元。
3.3 節(jié)省運行費用
該技術(shù)不同于有機聚合物膜（凱膜或頗爾膜過濾），由于有機聚合物膜（凱膜或頗爾膜過濾）抗氫氧化鎂及有機物污染的性能差，需要對過濾鹽水采用浮上澄清桶進行預(yù)處理。而陶瓷膜過濾技術(shù)減少了加壓溶氣、浮上澄清的工藝及設(shè)備，也不需要加入三氯化鐵等腐蝕性化學藥劑，從而減少了對設(shè)備和管道的腐蝕危害。30萬噸離子膜燒堿/年的項目可降低運行費用大約150萬元/年左右。
3.4 過濾鹽水質(zhì)量高
從投入運行的陶瓷膜工藝來看，單從SS的化驗數(shù)據(jù)（0.12mg/l）就可以看出該工藝的優(yōu)勢，并且鹽水的質(zhì)量相當穩(wěn)定；遠遠超過鹽水進離子膜電解的要求，能有效地提高離子膜的電流效率、延長了離子膜的使用壽命。
3.5 工藝操作簡單
由于陶瓷膜處理鹽水的工藝流程短，操作簡單，采用了DCS自動控制，更能穩(wěn)定鹽水質(zhì)量及降低操作員工的勞動強度。
3.6 使用壽命長
高強度的無機陶瓷管式膜不受酸、堿、氧化劑等的影響，可在1MPa的工作壓力下長期工作過濾，不存在有機聚合膜的膜表面剝離、撕裂、腐蝕、孔徑拉伸等現(xiàn)象，高效且長壽，使用壽命可達5年以上。
4 結(jié)語
總體來說，陶瓷膜工藝處理的一次鹽水適用于不斷發(fā)展變化離子膜燒堿工藝，特別是近幾年陸續(xù)投產(chǎn)的膜極距工藝。對于鹽水中的鈣、鎂等金屬離子要求更為嚴格。鈣、鎂離子主要影響離子膜的電流效率；在生產(chǎn)中一旦進入電解槽，就會與從陰極室反滲透至陽極室的氫氧根離子，生成氫氧化物沉淀在離子交換膜里面，不僅導(dǎo)致電槽槽壓上升，電流效率下降，而且形成微孔導(dǎo)致離子膜的物理損傷、折裂，引起離子膜結(jié)構(gòu)不可修復(fù)性的損傷。所以在提高鹽水質(zhì)量、延長離子膜的使用壽命、有效降低氯堿生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品成本等方面，使用陶瓷膜處理一次鹽水工藝占很大優(yōu)勢。
