超滤在一步法超级净化装置中的应用

超滤在一步法超级净化装置中的应用

在nacmn一步法中的腈联生产工艺中，nacmn作为溶剂被反复使用。在丙烯腈聚合反应、聚合体溶解、原液制备、纺丝双扩散过程中,系统中的副反应物、添加剂及其他过程中的各类杂质被带入到循环使用的NaSCN溶剂系统中,杂质在溶剂系统中逐渐积累,最终会影响到腈纶产品的质量。因此,NaSCN溶剂除杂回收工艺的先进与否直接反映了腈纶生产的先进水平。利用膜分离技术进行NaSCN溶剂超级净化的工艺,在国外已有在线应用的报导,国内上海石化腈纶事业部二步法NaSCN溶剂净化系统也应用了上述技术。2009年化动车间在一步法腈纶生产中引入超级净化装置,即纳滤膜过滤技术,用以改善一步法料液质量。所谓纳滤是以压力差为推动力,介于反渗透和超滤之间的截留水中粒径为纳米级颗粒物的一种膜分离技术。超级净化装置投用后,对料液质量的改善起到了积极作用,尤其是替代了萃取工艺,取得了降低化学需氧量(COD)排放和生产成本的双重作用。然而,长时间运行,一些存在的问题也越来越突出。其一,由于超净膜过滤精度为纳米级,而料液中存在小于50nm的微小颗粒(如硅藻土、硫酸钡和碳酸钡等),致使膜孔堵塞,长时间运行,受污染程度加深,不仅使膜通量下降,而且膜通量也难以恢复。其二,在生产处理过程中,为了回收NaSCN,超级净化装置需要补充纯水进行回收,每天每套补加水量为50m3,如此,约有97m3的纯水会进入到系统中,若以目前五效蒸发装置(SPC-3)平均汽水比4.55计算,每天进入的纯水将多消耗蒸汽21t,这样无形中增加了能源消耗。再者,在浓缩加水回收NaSCN过程中,大量杂质通过膜回到了系统,显著降低了超级净化装置的除杂效果。鉴于上述原因,提出对一步法超净工艺进行优化的方案,投用超滤装置,对一步法料液先进行预过滤,这样可以改善进入超级净化装置的料液状态,延长超级净化装置的运行周期;并利用现有一步法、二步法凝胶色谱装置处理超级净化装置中的高含杂循环液,减少纯水以及其它能源的消耗。1试验部分1.1试验原材料质量分数为13%的NaSCN溶剂,一步法超级净化装置高含杂循环液。1.2试验内容1.2.1超过滤预过滤投用超滤装置,对一步法料液进行预过滤后再供超级净化装置处理。1.2.2供两步法凝胶装置将一步法高含杂循环液15m3(两套装置共计30m3)供两步法凝胶装置V-1302、一步法凝胶装置6203-3处理,另5m3(两套装置剩余10m3)高含杂循环液仍由超级净化装置V-1370-C进行二级回收。1.3杂质离子和组分(1)总杂质含量:按标准GB/T6284—1986测试。(2)水不溶物:按浊度法测试。(3)NaSCN溶剂中的杂质离子:采用液相色谱仪LC-10ACVP(岛津)测试。(4)NaSCN浓度:引用标准Q/SH012.02.05—1997,滴定法。(5)SO42-、乙基羧酸磺酸盐(β-SPA)、氰乙基磺酸钠(β-SPN)含量:液相色谱法测试。(6)含油率:紫外分光光度法测试。2结果与分析2.1干预系统对超过滤的影响2.1.1除杂效果分析超滤,就是一种能够将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术,其截留物质的相对分子质量范围一般在1000~300000。表1给出了超滤除杂效果分析。由表1可知:一级超滤排放液中总杂质质量分数为1.03%,经计算可知一级膜堆总杂质截留率仅为1.33‰,表明超滤膜堆总体除杂能力有限。同样,从剩余料液中铁离子、钙离子、β-SPA等含量也能有所体现。此外,超滤装置一级、二级排放液中的水不溶物含量较高,表明对不溶性杂质有一定的截留效果,同样从清洗排放液浑浊程度也能有所反映,但由于水不溶物杂质在总杂质中所占比例较低,所以对总杂质影响较小。2.1.2除杂能力统计表2、表3分别给出了2#超级净化装置处理两批料液的分析数据、除杂能力统计。由表3可知:超级净化装置每天每套的除杂量为0.256t,总杂质截留率为14.55%,与超净性能考核期间一级平均除杂率7.95%相比,除杂率有所提高。2.1.3超滤装置投用情况图1、图2分别给出了2014年1—2月及2010年10月份超级净化装置运用复合清洗剂清洗后的运行时间统计。由图1、2可知:每天同样处理150m3/批次,料液事先经超滤装置处理,超级净化装置经清洗后一个月运行期内,1#的平均运行时间为9h,2#的平均运行时间为9.7h,运行时间明显比2010年10月份(1#、2#平均运行时间分别为12h、12.5h)缩短,表明超滤装置的投用对超级净化装置的运行效果起到积极影响。2.1.4滤过方式对1#超级净化装置的净化效果同样,超滤预过滤对于超级净化的影响也体现在料洗周期上。2014年1—2月料液经超滤处理后,期间1#超级净化装置采用NaSCN料洗2次,料洗周期分别为16d、12d(以膜初通量低于20m3/h为准),明显要高于2010年10月份(NaSCN料洗3次,料洗周期分别为10d、8d、7d),效果明显。2.2高粘度处理高含量杂溶液2.2.1凝胶处理效果利用二步法凝胶V-1302、一步法凝胶6203对超级净化30m3高含杂循环液进行处理,表4给出了凝胶处理一步法超净循环液的试验数据。由表4分析可知:以一步法4套凝胶及二步法2套凝胶一并处理超净循环液,6套凝胶装置每天除杂量为1.3532t。30m3超净循环液供凝胶处理,2套剩余10m3循环液则继续由超净V-1370-C进行二级回收,每天的除杂量为0.05t。如此,6套凝胶处理超净循环液,加上V-1370-C,每天的除杂量为1.4532t。对照目前每天1.365t的除杂量可知,超滤投用后,凝胶处理一步法超净循环液的除杂效果基本满足现有工艺能力,达到了预期的设想。此外,分析试验数据,6套凝胶每天的料液处理量为36.96m3。考虑到6套凝胶每周定期要进行常规反冲2次,每次反冲时间为6h,所以凝胶实际运行率为92.86%,故实际6套凝胶每天的料液处理量为34.32m3,能够满足生产平衡需求(30m3)。结合试验结果,2014年投用全部6套凝胶装置处理高含杂循环液,从生产运行情况看,生产平衡、稳定,与试验结果基本一致。2.2.2比优化前的回收水回收工艺表5给出了优化前后能耗分析对比。由表5不难看出:优化后,超级净化装置每天的纯水消耗为48.75m3,即比优化前减少了48.74m3的回收水进入生产系统,同时也减少了凝胶处理时将料液和纯水加热的蒸汽消耗7.35t。综合分析,优化后,每天可减少48.74m3纯水、18.05t蒸汽以及880kW电耗。3高含杂循环液的运行效果投用一步法超滤装置,对NaSCN稀溶剂进行预处理后,对于提高系统质量、降低生产成本均起到了积极作用。凝胶处理方面,2014年化动车间投用全部6套凝胶装置处理超级净化装置高含杂循环液,生产平衡、稳定。(1)投用超滤装置,对一步法料液进行预过滤,