重堿過(guò)濾技術(shù)的發(fā)展及帶式濾堿機(jī)的應(yīng)用

杜維剛

（大連大化工程設(shè)計(jì)有限公司，遼寧 大連 116031）

作為大宗化工產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)純堿產(chǎn)能增長(zhǎng)過(guò)快、市場(chǎng)供大于求已是不爭(zhēng)的事實(shí)。2012年底，國(guó)內(nèi)純堿總產(chǎn)能達(dá)2800多萬(wàn)t，2013年還將有200多萬(wàn)t的新增產(chǎn)能。如今實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高行業(yè)整體水平、嚴(yán)格控制產(chǎn)能的進(jìn)一步擴(kuò)張，成為純堿行業(yè)下一步的工作重點(diǎn)。而采用高效的節(jié)能大型設(shè)備，降低能源消耗和成本，就成為行業(yè)今后可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵［1］。濾堿機(jī)是純堿生產(chǎn)中主要大型設(shè)備之一，也是重堿過(guò)濾技術(shù)的核心，其應(yīng)用及發(fā)展對(duì)于純堿行業(yè)有著舉足輕重的作用。

1 重堿過(guò)濾技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展應(yīng)用概況

濾堿機(jī)用于濾堿工序，其作用是將固體重堿從母液中分離出來(lái)送至煅燒工序生產(chǎn)純堿。濾堿機(jī)的技術(shù)性能直接關(guān)系到純堿生產(chǎn)的產(chǎn)量、質(zhì)量、能源消耗、工藝指標(biāo)、煅燒工序的生產(chǎn)能力以及企業(yè)清潔生產(chǎn)水平。特別是在聯(lián)堿工藝中，濾堿機(jī)洗水當(dāng)量直接影響母液的平衡，從而影響整個(gè)聯(lián)堿工藝的運(yùn)行以及生產(chǎn)廢水的排放。

縱觀國(guó)內(nèi)重堿過(guò)濾技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用歷程，一方面的成果是助濾劑的研發(fā)應(yīng)用［2］，通過(guò)在洗水中添加助濾劑改善過(guò)濾性能。上個(gè)世紀(jì)末，大連化工研究設(shè)計(jì)院開(kāi)始重堿助濾劑的研制及應(yīng)用技術(shù)研究，其開(kāi)發(fā)的ZL助濾劑在純堿生產(chǎn)中的應(yīng)用技術(shù)，2000年11月通過(guò)了國(guó)家石油和化工局組織召開(kāi)的科技成果鑒定，并得到了比較普遍的應(yīng)用。重堿洗水中通過(guò)添加表面活性劑，可以降低洗水的表面張力，降低重堿結(jié)晶顆粒與洗液之間的界面張力，從而強(qiáng)化洗水的滲透性能，在同等過(guò)濾推動(dòng)力條件下，過(guò)濾后的重堿水分會(huì)因助濾劑的加入而降低。經(jīng)不斷改進(jìn)，目前重堿過(guò)濾助濾劑已由單一品種發(fā)展為適合不同純堿生產(chǎn)工藝、不同操作工況的系列產(chǎn)品，并已實(shí)現(xiàn)更新?lián)Q代，合理添加助濾劑可降低重堿水分3%，提高燒成率2%，節(jié)省洗水量，對(duì)純堿成品無(wú)不良影響。

另一方面的成果是針對(duì)傳統(tǒng)應(yīng)用的過(guò)濾設(shè)備的改進(jìn)和新型過(guò)濾設(shè)備的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。多年來(lái)我國(guó)大、中型堿廠重堿過(guò)濾主要采用轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)，上世紀(jì)80年代中期天津堿廠自主研發(fā)出第一代20m2轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)后，該設(shè)備即成為我國(guó)純堿行業(yè)濾堿機(jī)主力機(jī)型。經(jīng)過(guò)純堿生產(chǎn)技術(shù)人員和設(shè)備制造企業(yè)的共同努力，新型轉(zhuǎn)鼓真空濾堿機(jī)［3］已經(jīng)發(fā)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(jī)在重堿過(guò)濾中的應(yīng)用研究也深得行業(yè)科技人員的重視，多級(jí)推料離心機(jī)應(yīng)用技術(shù)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(jī)生產(chǎn)能力低、物料穿透損失大等問(wèn)題。盡管近幾年國(guó)內(nèi)外的離心機(jī)廠商對(duì)推料離心機(jī)用于重堿一次脫水進(jìn)行了不少的研究，核心是針對(duì)離心機(jī)性能的研究，對(duì)解決一次脫水的工藝技術(shù)問(wèn)題，如稠厚器的設(shè)計(jì)、細(xì)晶分離技術(shù)、洗滌及鹽分控制沒(méi)有太大的進(jìn)展，從而制約了該技術(shù)的應(yīng)用。推料離心機(jī)用于重堿的二次脫水，是在上世紀(jì)90年代初首先由山東?；瘓F(tuán)純堿廠和青島堿業(yè)股份有限公司引進(jìn)了國(guó)外三級(jí)推料離心機(jī)并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，對(duì)解決煅燒能力不足問(wèn)題發(fā)揮了作用。之后又有多家純堿企業(yè)分別引進(jìn)離心分離機(jī)進(jìn)行重堿二次分離［4］，重堿水分可降低至15%以下，同時(shí)重堿鹽分也有所降低。

索爾維公司在上個(gè)世紀(jì)80年代開(kāi)始在氨堿裝置重堿過(guò)濾采用水平帶式真空過(guò)濾機(jī)，該設(shè)備在布料、過(guò)濾、洗滌、干燥和卸料等方面比傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)具有無(wú)法比擬的優(yōu)越性，并且具有集成化、自動(dòng)化、大型化、高效率等特性于一身，國(guó)外新建或改造純堿廠普遍采用它取代之前普遍使用的轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)。

在21世紀(jì)初期，我國(guó)堿廠開(kāi)始嘗試將水平帶式真空過(guò)濾機(jī)用于重堿過(guò)濾。國(guó)內(nèi)最早將它用于重堿過(guò)濾的是中州鋁廠。2003年，中州鋁廠建設(shè)10萬(wàn)t／a聯(lián)堿項(xiàng)目時(shí)，選擇了2臺(tái)18m2的帶濾機(jī)用于重堿過(guò)濾，但由于沒(méi)有針對(duì)過(guò)濾介質(zhì)的物料特性和過(guò)濾性能進(jìn)行系統(tǒng)考慮，以致應(yīng)用效果不理想，各項(xiàng)指標(biāo)不如轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)，從而影響了帶濾機(jī)在純堿行業(yè)的推廣應(yīng)用。2005年，大化集團(tuán)在60萬(wàn)t／a聯(lián)堿裝置搬遷改造項(xiàng)目中，首次引進(jìn)了國(guó)外水平帶式真空過(guò)濾機(jī)用于重堿過(guò)濾。實(shí)踐證明，帶濾機(jī)性能優(yōu)異，洗水當(dāng)量較小，既能保證母液平衡或收縮，又能獲得較高的純堿質(zhì)量。2011年，大連大化工程設(shè)計(jì)有限公司與大化集團(tuán)大連化工股份有限公司合作開(kāi)發(fā)研制的水平帶式真空過(guò)濾機(jī)［5］，一次開(kāi)車(chē)成功，并于2012年8月，通過(guò)了由中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的科技成果鑒定，為國(guó)內(nèi)純堿企業(yè)帶濾機(jī)的應(yīng)用推進(jìn)了一步。

2 重堿過(guò)濾設(shè)備的應(yīng)用比較

目前國(guó)內(nèi)成功應(yīng)用于重堿過(guò)濾的工藝技術(shù)主要有以轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)為核心設(shè)備的轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾技術(shù)、以水平帶式真空過(guò)濾機(jī)為核心設(shè)備的水平帶式真空過(guò)濾技術(shù)和以轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)配套離心分離機(jī)形成的重堿二次分離技術(shù)，表1是上述3種重堿過(guò)濾工藝及設(shè)備的應(yīng)用比較。

表1 重堿過(guò)濾工藝及設(shè)備應(yīng)用比較表

3 水平帶式真空過(guò)濾機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

水平帶式真空過(guò)濾機(jī)是近年來(lái)發(fā)展最快、應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展的真空過(guò)濾設(shè)備，由于它是屬于頂部加料，過(guò)濾面是水平布置的設(shè)備，所以特別適用于料漿固體濃度高，顆粒粒徑分布寬，對(duì)濾餅洗滌要求高的固液分離過(guò)程。橡膠水平帶式真空過(guò)濾機(jī)具有如下特點(diǎn)：

1）過(guò)濾效率高。由于是水平過(guò)濾面上加料形式，料漿中的大顆粒由于沉降速度大于細(xì)粒子，所以它很快沉降到過(guò)濾面上形成一層透水率較高的初濾層。初濾層的阻力小，對(duì)細(xì)顆粒又起到了一定的捕集作用，從而使濾餅層結(jié)構(gòu)合理，又減少了細(xì)小粒子造成的濾布阻塞，因而過(guò)濾阻力小、過(guò)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(guò)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(guò)濾面是一個(gè)相對(duì)狹長(zhǎng)的條狀，可以很方便的實(shí)現(xiàn)多級(jí)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(chǎn)品。

3）濾餅的厚度可以方便的通過(guò)加料量控制和過(guò)濾帶的運(yùn)動(dòng)速度來(lái)調(diào)節(jié)。對(duì)物料過(guò)濾性能變化的適應(yīng)性好。

4）狹長(zhǎng)形狀的過(guò)濾面，可以方便的調(diào)節(jié)過(guò)濾區(qū)、洗滌區(qū)、吸干區(qū)的長(zhǎng)度分布，實(shí)現(xiàn)過(guò)程的優(yōu)化操作，而且濾液和洗液的回收可以按要求嚴(yán)格分開(kāi)，可以按過(guò)濾、洗滌、吸干區(qū)對(duì)真空度的要求，在不同區(qū)域提供不同的真空度。也可以按濾餅含濕量的要求來(lái)縮短或加長(zhǎng)吸干區(qū)的長(zhǎng)度。

5）過(guò)濾機(jī)的濾布，在每一個(gè)工作循環(huán)以后均可進(jìn)行兩個(gè)面的噴淋洗滌，必要時(shí)還可以增加輥涮洗滌，所以濾布再生效果好，既延長(zhǎng)了濾布的使用壽命，又提高了設(shè)備的生產(chǎn)能力。

6）過(guò)濾機(jī)可以根據(jù)處理物料的特性和工藝要求進(jìn)行變型設(shè)計(jì)，以滿足不同的使用要求。例如，對(duì)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(shí)，可以增加擠壓輥、擠壓板等附加裝置，降低濾餅含濕率。對(duì)濾餅含濕率控制要求高時(shí)，可以在吸干區(qū)附加熱風(fēng)裝置。用于易揮發(fā)、易燃、易爆或有毒物料時(shí)，可以采用全封閉或隋性氣體循環(huán)操作的流程。

在重堿過(guò)濾方面，水平帶式真空過(guò)濾機(jī)與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)相比，同樣能體現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)，兩種過(guò)濾機(jī)的功能比較見(jiàn)表2 。

表2 轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)與水平帶式真空過(guò)濾機(jī)功能比較表

4 國(guó)內(nèi)帶式濾堿機(jī)的應(yīng)用情況及發(fā)展方向

4.1 國(guó)內(nèi)水平帶式真空濾堿機(jī)的應(yīng)用情況

目前國(guó)內(nèi)純堿行業(yè)帶濾機(jī)應(yīng)用情況見(jiàn)表3。

表3 國(guó)內(nèi)純堿行業(yè)水平帶式真空過(guò)濾機(jī)應(yīng)用情況表

4.2 純堿用水平帶式真空過(guò)濾機(jī)的研制應(yīng)用

基于率先引進(jìn)水平帶式真空過(guò)濾機(jī)的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，大連大化工程設(shè)計(jì)有限公司與大化集團(tuán)大連化工股份公司通過(guò)通力合作和大膽創(chuàng)新，從對(duì)引進(jìn)設(shè)備的消化吸收到進(jìn)口設(shè)備的適應(yīng)性改造，從產(chǎn)品的研制到關(guān)聯(lián)工藝、設(shè)備的優(yōu)化，構(gòu)筑起了完全自主的純堿用水平帶式真空濾堿機(jī)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，研制的第一代純堿用水平帶式真空濾堿機(jī)已于2011年11月投入使用，產(chǎn)品質(zhì)量和性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。純堿用帶濾機(jī)的研制迎合了純堿產(chǎn)能的增加，節(jié)能減排要求以及設(shè)備大型化趨勢(shì)，符合行業(yè)協(xié)會(huì)關(guān)于加大引進(jìn)技術(shù)的消化吸收力度，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步的要求，為純堿行業(yè)應(yīng)用國(guó)產(chǎn)化帶濾機(jī)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(jī)實(shí)際運(yùn)行考核指標(biāo)數(shù)據(jù)。

表4 實(shí)際運(yùn)行考核指標(biāo)比較

4.3 水平帶式真空濾堿機(jī)的發(fā)展方向

由前述可見(jiàn)，由于帶式濾堿機(jī)與轉(zhuǎn)鼓濾堿機(jī)相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用得到了行業(yè)內(nèi)各純堿企業(yè)的關(guān)注，針對(duì)國(guó)內(nèi)純堿產(chǎn)能大、生產(chǎn)方法多、重堿過(guò)濾條件差異較大的情況，帶濾機(jī)應(yīng)用的深入研究和設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化仍有很多具體工作要做。

1）選型前的模擬試驗(yàn)。對(duì)于液固兩相構(gòu)成的物料通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)的工業(yè)化真空過(guò)濾設(shè)備的理論研究始于20世紀(jì)初葉，由于過(guò)濾理論的研究所涉及的問(wèn)題比較復(fù)雜，到目前為止，過(guò)濾理論還不能給人們以更準(zhǔn)確地計(jì)算過(guò)濾設(shè)備的全部資料，純堿用水平帶式真空過(guò)濾機(jī)設(shè)計(jì)很大程度上取決于過(guò)濾實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此，在純堿用過(guò)濾機(jī)的選型前，進(jìn)行針對(duì)性模擬試驗(yàn)是必要的，純堿用過(guò)濾機(jī)選型不是選擇一臺(tái)定型設(shè)備，而是一個(gè)過(guò)濾系統(tǒng)的確定過(guò)程。

2）出堿液的預(yù)濃縮。聯(lián)堿裝置選用水平帶式真空濾堿機(jī)更能體現(xiàn)出對(duì)產(chǎn)品鹽分控制和母液平衡控制的優(yōu)越性，但由于母液當(dāng)量大，固體含量低，對(duì)水平帶式真空濾堿機(jī)能力發(fā)揮有一定的影響，通常情況下，相同規(guī)格的設(shè)備用于聯(lián)堿要比用于氨堿生產(chǎn)能力下降15%～20%，因此，對(duì)進(jìn)入濾堿機(jī)的出堿液進(jìn)行預(yù)濃縮，分離掉部分清母液，提高固相濃度也是提高過(guò)濾能力的有效途徑。

3）模塊化設(shè)計(jì)。由于水平帶式真空過(guò)濾機(jī)的機(jī)型是一個(gè)狹長(zhǎng)的機(jī)體，它極易采用模塊化設(shè)計(jì)，這樣可以按工藝要求與生產(chǎn)能力的大小，增加或減少中間段的數(shù)量。這為設(shè)計(jì)、制造、設(shè)備的運(yùn)輸、安裝帶來(lái)了很大的方便，同時(shí)有利于降低設(shè)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(chǎn)對(duì)重堿濾餅的含濕率、濾餅的洗滌有嚴(yán)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(guò)適當(dāng)提高溫度，降低固體結(jié)晶內(nèi)夾帶液體的黏度和結(jié)晶顆粒與洗液之間的界面張力，提高脫水性能。據(jù)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(dòng)化。為了適應(yīng)大規(guī)模自動(dòng)化集中控制的生產(chǎn)過(guò)程，設(shè)備的自動(dòng)化程度也在不斷提高。如利用濾餅厚度等參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)濾機(jī)濾帶速度，濾餅洗滌水量與加料量的聯(lián)動(dòng)，設(shè)備開(kāi)停車(chē)過(guò)程的聯(lián)動(dòng)以及非正常過(guò)程的報(bào)警和聯(lián)鎖的采用，在很大程度上提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度。而未來(lái)的濾堿機(jī)勢(shì)必應(yīng)對(duì)分離條件具有智能化響應(yīng)，具有自動(dòng)適應(yīng)分離條件改變的能力。

6）節(jié)能降耗。真空過(guò)濾機(jī)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(guò)濾干燥段，由于濾餅含濕率主要與濾餅中通過(guò)的氣體量有關(guān)，所以為了節(jié)省濾餅干燥的能耗，而又不降低濾餅含濕率指標(biāo)，在濾餅干燥區(qū)設(shè)置低真空度大抽氣量的真空設(shè)備，以節(jié)省能耗。水平帶式真空濾堿機(jī)可以方便地實(shí)現(xiàn)濾液的分段收集，通過(guò)對(duì)分段收集的濾液按其組分的差異合理匹配到工藝系統(tǒng)中的不同環(huán)節(jié)，可以降低氨堿裝置的母液蒸量和聯(lián)堿裝置的母液循環(huán)當(dāng)量，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能降耗。

5 結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)純堿產(chǎn)能過(guò)剩，行業(yè)低迷，采用高效節(jié)能大型設(shè)備，降低能源消耗和成本，成為行業(yè)今后可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。濾堿機(jī)作為純堿生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備之一，其大型化、自動(dòng)化、國(guó)產(chǎn)化將成為重堿過(guò)濾技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。能大幅度降低重堿水分、含鹽量以及洗水當(dāng)量，對(duì)保證系統(tǒng)母液平衡、改善純堿質(zhì)量、節(jié)能降耗、清潔生產(chǎn)、增產(chǎn)增收帶來(lái)較大的綜合效益。水平帶式真空過(guò)濾機(jī)在國(guó)內(nèi)純堿行業(yè)成功應(yīng)用的時(shí)間還比較短，國(guó)產(chǎn)化設(shè)備的研制和性能優(yōu)化，以及以水平帶式真空過(guò)濾機(jī)應(yīng)用為核心的系統(tǒng)優(yōu)化還有很多研究課題。水平帶式真空過(guò)濾機(jī)取代轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)將成為一種趨勢(shì)，隨著水平帶式真空過(guò)濾機(jī)在純堿行業(yè)的應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，也將推動(dòng)重堿過(guò)濾技術(shù)的改進(jìn)和升級(jí)，從而推動(dòng)純堿行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。另外，企業(yè)在推廣重堿過(guò)濾新技術(shù)、新設(shè)備的同時(shí)，要強(qiáng)化過(guò)濾操作，有效的發(fā)揮設(shè)備性能，達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、提升經(jīng)濟(jì)效益的目的。

［1］ 王錫嶺.產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整是當(dāng)務(wù)之急［N］.中國(guó)化工報(bào)，2012－12

［2］ 李樹(shù)春.ZL型助濾劑應(yīng)用于純堿生產(chǎn)［G］／／中國(guó)化工學(xué)會(huì)無(wú)機(jī)酸堿鹽專業(yè)委員會(huì).第十一屆純堿學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.2004

［3］ 王遠(yuǎn)，等.新型轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)的研發(fā)改進(jìn)與應(yīng)用［G］／／中國(guó)化工學(xué)會(huì)無(wú)機(jī)酸堿鹽專業(yè)委員會(huì).第十二屆純堿學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.2006

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

［5］ 杜維剛.聯(lián)堿用水平帶式真空過(guò)濾機(jī)的研制［G］／／中國(guó)化工學(xué)會(huì)無(wú)機(jī)酸堿鹽專業(yè)委員會(huì).第十五屆純堿學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.2012