陶瓷膜技術(shù)在精制鹽水中的應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)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(yáng)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(guó)杜邦這三家公司手里。在國(guó)產(chǎn)化離子膜還未得到推廣應(yīng)用的這段時(shí)間，我國(guó)的離子膜法生產(chǎn)燒堿所用的離子膜全部依賴進(jìn)口。所以離子膜在生產(chǎn)中使用壽命的長(zhǎng)短，是衡量一個(gè)氯堿生產(chǎn)企業(yè)管理水平的標(biāo)準(zhǔn)。在整個(gè)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?，F(xiàn)在離子膜生產(chǎn)燒堿工藝由強(qiáng)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(kuò)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(duì)于鹽水中的各種金屬離子的要求也更為嚴(yán)格，而使用陶瓷膜處理一次鹽水的優(yōu)勢(shì)也逐步體現(xiàn)出來(lái)。
1 陶瓷膜工藝介紹
來(lái)自界區(qū)外的淡鹽水、回收鹽水、工業(yè)水及濾液進(jìn)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(jìn)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(jī)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(jìn)入中間池，經(jīng)陶瓷膜過(guò)濾供料泵送往粗鹽水過(guò)濾器，濾除大于1.0mm的機(jī)械雜物后送往陶瓷膜過(guò)濾單元。
陶瓷膜過(guò)濾單元采用三級(jí)串聯(lián)“錯(cuò)流”過(guò)濾方式，由粗鹽水過(guò)濾器來(lái)的 粗鹽水料液，經(jīng)循環(huán)泵先送入陶瓷膜過(guò)濾器一級(jí)過(guò)濾組件過(guò)濾，一級(jí)組件出來(lái)的濃縮液進(jìn)入二級(jí)過(guò)濾組件過(guò)濾；二級(jí)過(guò)濾組件出來(lái)的濃縮液進(jìn)入三級(jí)過(guò)濾組件過(guò)濾。自陶瓷膜過(guò)濾器三級(jí)過(guò)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(jìn)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(lái)的粗鹽水混合，用于調(diào)整進(jìn)料液的固液比，進(jìn)入過(guò)濾循環(huán)泵進(jìn)口，實(shí)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(guò)濾循環(huán)泵回到陶瓷膜過(guò)濾器內(nèi)循環(huán)過(guò)濾。各級(jí)過(guò)濾組件過(guò)濾出的精制過(guò)濾鹽水通過(guò)陶瓷膜過(guò)濾器各級(jí)滲透清液出口排出。在混合器中加入亞硫酸鈉消除過(guò)濾鹽水中的游離氯后，進(jìn)入系統(tǒng)中的精制鹽水槽，經(jīng)由一次鹽水泵送螯合樹(shù)脂塔二次精制。
陶瓷膜過(guò)濾器在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行后，因膜表面的污染可能會(huì)導(dǎo)致通量變化，過(guò)濾能力下降。需對(duì)膜表面進(jìn)行再生，使膜通量得到恢復(fù)，過(guò)濾能力達(dá)到起始狀態(tài)。再生的方式有物理反沖和化學(xué)清洗。物理反沖是采用過(guò)濾后的精制鹽水在反沖罐由壓縮空氣加壓后對(duì)膜表面進(jìn)行反向沖洗；化學(xué)清洗是采用10%～15%的鹽酸對(duì)膜進(jìn)行化學(xué)清洗，使陶瓷膜面徹底清潔，完全恢復(fù)過(guò)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(diǎn)少，過(guò)程控制和操作簡(jiǎn)單，并在一次鹽水的處理上實(shí)現(xiàn)了DCS自動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度。對(duì)穩(wěn)定鹽水質(zhì)量提供了保證。
由于陶瓷膜是一種無(wú)機(jī)膜，平均過(guò)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(qiáng)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(guò)濾。與有機(jī)膜不同，不會(huì)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(tuán)氯堿廠在15萬(wàn)噸/年離子膜燒堿擴(kuò)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(cè)一次鹽水中的鈣、鎂等金屬離子，均未檢出。對(duì)于SS的檢測(cè)，數(shù)據(jù)一般在0.12mg/l左右。整個(gè)陶瓷膜運(yùn)行采用DCS自動(dòng)控制；每臺(tái)陶瓷膜的組件采用5-4-3排列，共計(jì)3臺(tái)；一共裝有膜管的筒體為36個(gè)；每個(gè)筒體裝有37只膜管，每只膜管的過(guò)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(tái)陶瓷膜設(shè)備的占地面積僅為130㎡。
2012年11月擴(kuò)建30萬(wàn)噸離子膜燒堿/年配套陶瓷膜工藝試運(yùn)行，每臺(tái)陶瓷膜的組件采用6-5-4排列，共計(jì)3臺(tái)；一共裝有膜管的筒體為45個(gè)；每個(gè)筒體裝有61只膜管，每只膜管的過(guò)濾面積大約0.23㎡/只，陶瓷膜管總面積大約630㎡；可以過(guò)濾合格的一次鹽水不低于410㎡；至今運(yùn)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(méi)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(xiàng)目的占地和建筑面積大大減少。特別是在一些擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目上，無(wú)需新增裝置用地，利用現(xiàn)有鹽水裝置的閑置場(chǎng)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(gè)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(cè)算三十萬(wàn)噸離子膜燒堿裝置節(jié)省投資可超過(guò)1000萬(wàn)元。
3.3 節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用
該技術(shù)不同于有機(jī)聚合物膜（凱膜或頗爾膜過(guò)濾），由于有機(jī)聚合物膜（凱膜或頗爾膜過(guò)濾）抗氫氧化鎂及有機(jī)物污染的性能差，需要對(duì)過(guò)濾鹽水采用浮上澄清桶進(jìn)行預(yù)處理。而陶瓷膜過(guò)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(xué)藥劑，從而減少了對(duì)設(shè)備和管道的腐蝕危害。30萬(wàn)噸離子膜燒堿/年的項(xiàng)目可降低運(yùn)行費(fèi)用大約150萬(wàn)元/年左右。
3.4 過(guò)濾鹽水質(zhì)量高
從投入運(yùn)行的陶瓷膜工藝來(lái)看，單從SS的化驗(yàn)數(shù)據(jù)（0.12mg/l）就可以看出該工藝的優(yōu)勢(shì)，并且鹽水的質(zhì)量相當(dāng)穩(wěn)定；遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鹽水進(jìn)離子膜電解的要求，能有效地提高離子膜的電流效率、延長(zhǎng)了離子膜的使用壽命。
3.5 工藝操作簡(jiǎn)單
由于陶瓷膜處理鹽水的工藝流程短，操作簡(jiǎn)單，采用了DCS自動(dòng)控制，更能穩(wěn)定鹽水質(zhì)量及降低操作員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。
3.6 使用壽命長(zhǎng)
高強(qiáng)度的無(wú)機(jī)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(zhǎng)期工作過(guò)濾，不存在有機(jī)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(zhǎng)壽，使用壽命可達(dá)5年以上。
4 結(jié)語(yǔ)
總體來(lái)說(shuō)，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(duì)于鹽水中的鈣、鎂等金屬離子要求更為嚴(yán)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(jìn)入電解槽，就會(huì)與從陰極室反滲透至陽(yáng)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?yè)p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(zhǎng)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(shì)。
