高溫水解工藝在不銹鋼纖維燒結(jié)網(wǎng)再生中的應(yīng)用

侯榮超

（唐山三友集團(tuán) 遠(yuǎn)達(dá)纖維有限公司，河北 唐山 063305）

0 引 言

在粘膠纖維生產(chǎn)中，原液系統(tǒng)粘膠過濾的一道濾機(jī)、二道濾機(jī)和廢膠濾機(jī)全部使用不銹鋼纖維燒結(jié)網(wǎng)（以下簡稱濾網(wǎng)）。如按75 萬t 粘膠纖維生產(chǎn)產(chǎn)能計(jì)算，一道濾機(jī)約300 臺，濾網(wǎng)使用周期約為80～100 d；二道濾機(jī)約120 臺，濾網(wǎng)使用周期約為100～140 d；廢膠濾機(jī)約70 臺，濾網(wǎng)使用周期約為30～80 d。每年濾網(wǎng)的使用費(fèi)用將近600 萬元?，F(xiàn)有工藝濾網(wǎng)在使用一次后將全部廢棄，是粘膠纖維生產(chǎn)中占比較高的成本之一。

高溫水解是通過高溫、高壓水解離出氫離子和氫氧根離子，以催化和水解濾網(wǎng)中截留的纖維素和半纖維素，并通過堿洗和水洗去除濾網(wǎng)中的雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)濾網(wǎng)的再生過程。

在高溫水解的過程中，需要將低溫、低壓的工業(yè)蒸汽通過電能加熱轉(zhuǎn)化為高溫蒸汽，在使用過程中會消耗一定量的蒸汽，高溫氧化環(huán)節(jié)需要消耗一定量的壓縮空氣，降溫環(huán)節(jié)需要消耗一定量的氮?dú)?，清洗環(huán)節(jié)需要消耗一定量的去離子水和燒堿等原材料。

每次高溫水解的成本按照40 張濾網(wǎng)計(jì)算約為3 000 元。若每張濾網(wǎng)能重復(fù)利用一次，最少可節(jié)約成本約1 000 多元。隨著高溫水解工藝和流程的不斷完善，生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，高溫水解后的濾網(wǎng)至少可以重復(fù)利用2 次以上。高溫水解真正實(shí)現(xiàn)了濾網(wǎng)的重復(fù)再利用，能創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

1 不銹鋼纖維燒結(jié)網(wǎng)的特點(diǎn)

不銹鋼纖維燒結(jié)網(wǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 不銹鋼纖維燒結(jié)網(wǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig.1 Internal structure of stainless steel fiber sintered mesh

不銹鋼纖維燒結(jié)網(wǎng)是將不銹鋼金屬線合成束后，同時(shí)拉伸至可用的纖維直徑；然后，采用同重量和標(biāo)準(zhǔn)的直徑將其集束成絲，切斷，利用合適的方法制成蓬松氈；最后，把幾種不同直徑的蓬松氈依次排列在一起，形成一定厚度的堆積纖維，使纖維之間相互交叉成空隙，再經(jīng)燒結(jié)、碾壓成成品燒結(jié)氈。

不銹鋼纖維燒結(jié)網(wǎng)具有非常細(xì)的不銹鋼纖維結(jié)構(gòu)，以三維迷宮式鋪緊壓實(shí)，擁有許多交叉點(diǎn)，具有很高的阻擋能力，這種材料最少由兩層不同直徑的纖維結(jié)構(gòu)組成，因此，可以獲得兩級以上的過濾能力。

不銹鋼纖維燒結(jié)網(wǎng)和其他過濾材料相比，即使在很高的溫度下也可以阻擋膠質(zhì)物，原因是細(xì)金屬絲有很多接觸點(diǎn)，從而有著很強(qiáng)的阻擋能力，這種濾材由至少兩層金屬氈構(gòu)成，可以形成立體梯度過濾，所以，這種材料具有很高的納污能力。

造成在粘膠纖維生產(chǎn)濾網(wǎng)，即不銹鋼纖維燒結(jié)網(wǎng)很難重復(fù)使用的原因就是濾網(wǎng)的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致無法有效的將其內(nèi)部截留的半纖維素、有機(jī)粒子、有機(jī)雜質(zhì)去除干凈。

2 高溫水解的原理

高溫水解工藝解決了濾網(wǎng)無法再生重復(fù)利用的難題。高溫水解又稱無酸水解，類似于稀酸水解的原理，主要是依靠水在高溫高壓下解離出H+和OH-離子，進(jìn)而催化水解半纖維素，去除濾網(wǎng)中截留的纖維素。

同時(shí)，高溫水解系統(tǒng)中還有一道高溫氧化工序，高溫氧化將濾網(wǎng)內(nèi)的有機(jī)粒子、有機(jī)雜質(zhì)氧化分解，有效的去除濾網(wǎng)中截留的膠塊和凝膠粒子。再通過堿洗和水洗等工序后，濾網(wǎng)就達(dá)到了重復(fù)再利用的條件。

3 高溫水解爐的結(jié)構(gòu)

水解爐結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 水解爐結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of hydrolysis furnace

由圖2 可以看出：

（1）水解爐呈罐狀結(jié)構(gòu)，上端是可開啟的封頭，由螺栓連接。上部有1 個(gè)排廢氣的管口，通過管道與廢氣冷卻器連接。

（2）水解爐的上部還有2 個(gè)爐膛溫度計(jì)，測量水解爐爐膛內(nèi)部的溫度，是水解過程的重要參數(shù)之一。

（3）水解爐外側(cè)用防火保溫材料包裹，一是防止在水解過程中熱量大量流失，二是起到了防護(hù)作用，防止人員接觸燙傷。

（4）在水解爐的下部有2 個(gè)低壓蒸汽入口，蒸汽經(jīng)過蒸汽發(fā)生器升溫產(chǎn)生過熱蒸汽，過熱蒸汽由水解爐的下部進(jìn)入，對濾網(wǎng)進(jìn)行高溫水解及高溫氧化。

（5）水解爐中部還有1 個(gè)爐壁溫度傳感器，測量水解爐爐壁的溫度，也是水解過程中的主要參數(shù)之一。

（6）在水解爐的底部有1 個(gè)管口與廢料收集槽連接，主要作用是水解過程中產(chǎn)生的廢料全部進(jìn)入廢料收集槽，水解完畢后收集廢料進(jìn)行集中處理，防止污染環(huán)境。

4 高溫水解的工藝流程

高溫水解系統(tǒng)流程如圖3 所示。

圖3 高溫水解系統(tǒng)流程Fig.3 Process of high temperature hydrolysis system

由圖3 可以看出：

（1）將簡單清洗后的濾網(wǎng)放入高溫水解爐內(nèi)，封好封頭上蓋，并檢查孔，之后通入氮?dú)狻?/p>

（2）通入蒸汽，升溫，蒸汽通過蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生過熱蒸汽，使水解爐的爐膛溫度逐漸升高。通過PLC 程序，控制水解過程的運(yùn)行程序和每一步驟的升溫溫度、升溫時(shí)間、保溫時(shí)間等運(yùn)行參數(shù)，使其達(dá)到工藝要求。

（3）水解爐上端出口與廢氣冷卻器相連接。水解程序開始時(shí)，水解廢氣的噴淋降溫系統(tǒng)開始運(yùn)行。向循環(huán)水槽內(nèi)加入一定量的生產(chǎn)水，生產(chǎn)水通過循環(huán)泵打入廢氣冷卻器內(nèi)噴淋，噴淋水給廢氣淋洗并降溫。噴淋冷卻器淋洗廢氣中的有機(jī)微粒及煙塵，淋洗降溫后的廢氣排出室外，淋洗后的循環(huán)水根據(jù)水質(zhì)的干凈程度定期排放。

5 高溫水解系統(tǒng)的工藝參數(shù)及步驟

高溫水解工藝的運(yùn)行程序由PLC 控制，共分為8 個(gè)小程序，每個(gè)程序都有升溫或降溫的溫度要求，以及升溫或降溫的時(shí)間等嚴(yán)格的參數(shù)要求。每個(gè)程序必須滿足所有運(yùn)行條件后才會進(jìn)行下一個(gè)程序，所有程序全部完成即完成了一組濾網(wǎng)的清洗再生。

高溫水解系統(tǒng)操作步驟及工藝參數(shù)見表1。

表1 高溫水解系統(tǒng)操作步驟及工藝參數(shù)Table 1 Operation steps and process parameters of high temperature hydrolysis system

由表1 可以看出：

（1）第1 步充氮?dú)猓撼涞獨(dú)鈺r(shí)間應(yīng)≥5 min，目的是保護(hù)高溫下的濾網(wǎng)不發(fā)生氧化降解。

（2）第2 步水解預(yù)熱：水解爐均勻升溫，爐膛溫度由100 ℃升至180 ℃，升溫時(shí)間為1 h，達(dá)到180 ℃時(shí)保持0.1 h；給爐膛升溫的蒸汽溫度均勻升溫，由初始的250 ℃升至360 ℃，升溫時(shí)間為0.5 h。在高溫水解的初始階段，升溫應(yīng)均勻緩慢，防止損傷濾網(wǎng)。

（3）第3 步高溫水解：水解爐均勻升溫，爐膛溫度由250 ℃升至380 ℃，升溫時(shí)間為3 h，達(dá)到380 ℃時(shí)保持15 h；給爐膛升溫的蒸汽溫度均勻升溫，由初始的270 ℃升至400 ℃，升溫時(shí)間為3 h。第3 步是高溫水解的核心步驟，應(yīng)嚴(yán)格控制參數(shù)，如有溫度波動(dòng)過大，甚至間斷運(yùn)行的情況，將會對濾網(wǎng)造成不可恢復(fù)的損傷。

（4）第4 步水解氧化1-預(yù)熱。

（5）第5 步水解氧化1-正式。

（6）第6 步水解氧化2-預(yù)熱。

（7）第7 步水解氧化2-正式。

（8）第8 步降溫。

以上步驟中對蒸汽升溫的溫度和時(shí)間及爐膛升溫的溫度和時(shí)間、達(dá)到要求后的保持時(shí)間都有嚴(yán)格的要求，主要目的就是防止濾網(wǎng)在水解過程中升溫過快，溫度變化劇烈造成濾網(wǎng)損傷，同時(shí)達(dá)到濾網(wǎng)中雜質(zhì)水解和氧化分解的參數(shù)要求。

第7 步為加壓縮空氣進(jìn)行濾網(wǎng)的水解氧化步驟，在壓縮空氣管道的進(jìn)口有流量計(jì)，該步驟應(yīng)控制壓縮空氣的加入量。壓縮空氣加入量過大，會造成爐膛溫度下降；加入量過小，會造成水解氧化效果差。

第8 步為降溫步驟，首先是蒸汽降溫（此時(shí)蒸汽加熱器不運(yùn)行），溫度達(dá)到170 ℃時(shí)開始氮?dú)饨禍?。在系統(tǒng)內(nèi)沖氮?dú)饨禍剡^程中，一定要控制氮?dú)獾募尤肓?。加入量過大，會造成降溫速度過快，濾網(wǎng)溫度變化劇烈，損傷濾網(wǎng)，同時(shí)，應(yīng)保證氮?dú)獾呐欧虐踩?，大量氮?dú)獾呐懦?，若排出位置不合理，將會發(fā)生安全事故。

6 高溫水解過程中注意事項(xiàng)

6.1 水解前濾網(wǎng)的清洗和篩選

達(dá)到使用周期的不銹鋼金屬燒結(jié)網(wǎng)從濾機(jī)上拆下后，首先應(yīng)進(jìn)行簡單沖洗。沖洗時(shí)，使用軟化水將表面的粘膠和雜質(zhì)清洗干凈。在拆除和清洗時(shí)，動(dòng)作應(yīng)輕柔，防止濾網(wǎng)變形或損壞。清洗完成后，濾網(wǎng)需進(jìn)一步檢查有無破損，合格后的濾網(wǎng)才能進(jìn)行下一步的處理。

6.2 水解前的濾網(wǎng)酸洗

濾網(wǎng)在進(jìn)行高溫水解前需要進(jìn)行酸洗，酸洗池的尺寸以濾網(wǎng)能平鋪放開為準(zhǔn)。將濾網(wǎng)浸泡在溫度為50 ℃、濃度為120 g/L 的稀酸溶液中，浸泡時(shí)間＞30 min。

在酸洗過程中，應(yīng)注意酸洗液的濃度及浸泡時(shí)間。酸洗完成后，用軟化水將濾網(wǎng)上的雜質(zhì)及稀酸溶液清洗干凈，準(zhǔn)備進(jìn)行下一道工序。

6.3 水解后的濾網(wǎng)堿洗

將高溫水解完成的濾網(wǎng)放入堿洗槽內(nèi)進(jìn)行堿洗，堿洗槽的尺寸以濾網(wǎng)能平鋪放開為準(zhǔn)。將濾網(wǎng)浸泡在溫度為80 ℃、濃度為5%的氫氧化鈉溶液中，浸泡時(shí)間＞90 min。

在堿洗過程中，應(yīng)注意堿洗液的濃度及浸泡溫度。清洗過程中，由于溫度較高，應(yīng)注意環(huán)境排風(fēng)，防止熱堿氣污染現(xiàn)場環(huán)境，同時(shí)應(yīng)注意安全，防止?fàn)C傷。

6.5 水解后的濾網(wǎng)水洗

將堿洗完成的濾網(wǎng)放入水洗槽內(nèi)，濾網(wǎng)水洗槽尺寸以濾網(wǎng)能平鋪放開為準(zhǔn)，將濾網(wǎng)浸泡在常溫的軟化水內(nèi)，浸泡時(shí)間＞30 min。

6.4 水解后的濾網(wǎng)高壓清洗

高壓清洗泵壓力≤3 MPa，將高壓清洗泵槍頭更換成扇形水流噴頭。該噴頭產(chǎn)生的扇形射流，散射角大，對被濾網(wǎng)的沖擊力小，能用于外表大面積的清洗。清洗時(shí)，需將濾網(wǎng)均勻的鋪放在襯網(wǎng)上，反向沖洗。使用成套設(shè)備可完成自動(dòng)清洗，每次沖洗約1 h，并與超聲波交叉進(jìn)行，完成3 次即可。

6.5 水解后的濾網(wǎng)超聲波清洗

超聲波是一種可持續(xù)加壓和膨脹的波能，當(dāng)其施加于液體時(shí)可產(chǎn)生氣穴，而連續(xù)破裂的氣穴可以對不銹鋼金屬燒結(jié)網(wǎng)進(jìn)行有效的清洗。超聲波清洗時(shí)使用軟化水，水溫約50 ℃，超聲清洗時(shí)間1.5 h，并與高壓清洗交叉進(jìn)行，完成3 次即可。

7 濾網(wǎng)再生清洗后的效果

濾網(wǎng)的泡點(diǎn)檢測是檢測濾網(wǎng)是否合格的重要標(biāo)準(zhǔn)，對2020 年使用時(shí)間間隔70 d 的6 組濾網(wǎng)分別進(jìn)行了2 次水解、再生、清洗。6 組濾網(wǎng)水解、再生、清洗后的初始泡點(diǎn)壓力對比如圖4 所示。

圖4 濾網(wǎng)水解、再生、清洗后泡點(diǎn)的壓力對比Fig.4 Comparison of bubble point pressure after filter screen hydrolysis,regeneration and cleaning

由圖4 可以看出每次濾網(wǎng)水解、再生、清洗后測試的初始泡點(diǎn)的壓力均有所增加：

（1）1 月：使用前新濾網(wǎng)的初始泡點(diǎn)壓力的平均值為1 478 Pa。

（2）3 月：水解、再生、清洗后，6 組濾網(wǎng)平均初始泡點(diǎn)的壓力為1 542 Pa，比初始泡點(diǎn)的壓力增加了64 Pa。

（3）5 月：水解、再生、清洗后，6 組濾網(wǎng)平均初始泡點(diǎn)的壓力為1 610 Pa，比初始泡點(diǎn)壓力增加了72 Pa。

2 次再生和清洗的實(shí)驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到了生產(chǎn)工藝的要求。

8 存在的問題

（1）濾網(wǎng)在水解過程中應(yīng)保證水解設(shè)備的正常運(yùn)行，如果出現(xiàn)溫差大、溫度過高的現(xiàn)象，會損傷濾網(wǎng)。如果出現(xiàn)溫度低的情況，會造成濾網(wǎng)水解不徹底，再生效果差，不能使用。

（2）水解后濾網(wǎng)的密封邊不能使用，需要在濾網(wǎng)的四邊重新涂一層密封膠。

（3）水解后濾網(wǎng)的泡點(diǎn)檢測比較困難，現(xiàn)有方法是進(jìn)行破壞性的實(shí)驗(yàn)檢測，檢測手段有待于提高。

9 結(jié) 語

通過對濾網(wǎng)進(jìn)行水解、再生、清洗，得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在水解、再生、清洗過程中，濾網(wǎng)泡點(diǎn)的初始壓力雖有不同程度的升高，但2 次再生、清洗完成后，其濾網(wǎng)仍可達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。

濾網(wǎng)再生、清洗完成后，其初始泡點(diǎn)的壓力升高較快，說明了此工藝在使用過程中仍存在一定的問題，還有待于進(jìn)一步完善。