刚性高分子微孔精密过滤关键技术及其工业应用.doc

刚性高分子微孔精密过滤技术及其工业应用 

       作者： 1孙斌 ，  2宋志胜，   3宋显洪

【摘要】液体精密过滤是工业生产特别是化工生产中普遍应用一种重要单元操作。研究开发成功刚性高分子精密微孔过滤技术具备过滤效率高、过滤管可反吹再生、耐化学性能好、操作简朴、使用寿命长等特点，既可用作高效精密滤饼过滤，也可用作高效液体精密澄清过滤，通过对的过滤工程设计，已获得广泛应用，并获得了明显经济效益。
【核心词】高分子，微孔，精密，过滤，滤饼，澄清，再生，设计，工业，应用

1　高分子精密微孔过滤技术概述
1.1 液体精密过滤及当前应用状况
化工生产中液固分离是常用化工操作单元,涉及沉降和过滤分离两大类。由于前者规定固液两相必要有一定密度差,而后者不受限制，因而过滤分离在工业生产中应用较广。非均相液固过滤分为粗级过滤(>100μｍ过滤精度)、亚精密过滤(100～10μｍ过滤精度)、精密过滤(10～1μｍ过滤精度)与超精密过滤(1～0 1μｍ过滤精度)。而过滤精度不大于0 1μｍ应归属于均相分离超滤、纳滤及反渗入。对于大多数化工液体而言，须要进行精密过滤。
当前,不不大于10μｍ粗级过滤与亚精密过滤，通过采用以各种非金属、金属滤布或滤网作过滤介质，各种间歇或持续过滤机基本可满足规定。精度不大于1μｍ液体采用超精密过滤,如各种有机或无机微孔膜也可获得较好解决。
10～1μｍ液体精密过滤，按形成滤饼与否分为两种方式，即可形成滤饼层 “液体精密滤饼过滤”和不形成滤饼层 “液体精密澄清过滤”。当前工业生产精密滤饼过滤其过滤介质大多采用整体型用作亚精密过滤滤布、滤网或滤毡。过滤前期,某些不大于10μm微粒会穿漏,只有进行重复循环,待10μm左右微粒形成一定厚度滤饼,过滤精度才逐渐提高至精密过滤规定，即存在过滤效率较低问题。另一方面，由于滤布或滤网为非刚性,对较黏细颗粒形成滤饼难以简便卸除。
作为精密澄清过滤过滤介质,涉及整体型和分散型两类。整体型普通是厚度较厚烛型滤芯、滤毡或滤板等，当其内部孔隙被微粒堵塞无法继续过滤时，常因难以有效再生而丢弃，故这种过滤办法需消耗大量滤材。分散型滤材有颗粒分散型与长纤维分散型两种，它们均可再生,并可长期重复使用。但是当其孔隙内截留了相称量粘细微粒后,容易产生板结或结块现象,导致过滤发生沟流,严重影响过滤效率；同步由过滤介质孔隙率大,细颗粒很容易穿滤出去,因而过滤精度往往不稳定；此外,这些过滤介质再生时消耗大量反冲洗水,而解决这些反洗水,另需过滤装置,否则会严重污染环境。
不难看出，虽然应用最广泛精密过滤具备构造简朴、操作简便特点，但存在过滤效率不高、产品质量不稳定、收率和劳动生产率不高、成本较大、甚至污染环境问题，因而成为当前较薄弱过滤分离操作。
1.2　新型高分子精密微孔过滤技术
为解决液体精密过滤存在局限性，国内科技工作者从20世纪 60年代开始从事以刚性高分子为过滤介质微孔过滤技术研制与开发。当前，已完毕了刚性高分子烧结管成型机理、制造工艺与装备、过滤性能与化学性能、烧结管应用技术等基本研究,并完毕了各种精密滤饼过滤机与各种精密澄清过滤机构造开发以及它们在化工生产上几百种液体过滤实验测试，同步过滤成功进行了几十种工业生产高分子精密应用,已形成硬件(涉及高分子微孔烧结过滤管与各种微孔精密机制造)与软件(物料过滤性能测试、过滤工程设计、计算、应用)都比较成熟与完整新型液体精密过滤技术。　
高分子精密微孔过滤核心元件—过滤介质，是一种以烧结聚乙烯为重要原料微孔管，通过活化、改性、复合等特殊工艺而制成，其形状重要有管形与板形两大类。管形直径为13～120ｍｍ、厚度2.5-30um，最长为1500ｍｍ；板型直径最大为1200ｍｍ、最大厚度为40ｍｍ。它们管（板）壁上布满了毛细小孔，平均孔径为2～140μｍ，最高过滤精度为0.3μｍ,普通为0.5～1μｍ。微孔管具备一定刚性，耐外压0.2～0.5ＭＰａ,耐内压0.4～1ＭＰａ。
刚性高分子精密微孔过滤基本原理是:运用微孔管正向过滤，反向冲洗、再生（参见图1）。工作时，待过滤物输送到过滤器内，由于压力推动，迫使滤液流向微孔管，其中固体杂质微粒被微孔管捕获，在管外形成滤渣，由渣料出口定期排出；而过滤液穿越微孔后，汇集到过滤溶液出料口流出，从而实现溶液过滤分离。当微孔管工作一段时间后，微孔堵塞严重时，可暂停过滤,从反向冲洗口或正向冲洗口通入清洗物,将微孔管冲洗（反向冲洗为主），使微孔管再生而继续进行溶液过滤，如此循环……

                                          图1  刚性高分子精密微孔过滤原理
                        1. 过滤液进口    2. 正向冲洗入口    3. 过滤液出口(反向冲洗入口)
                                             4. 过滤器外壳    5. 微孔管    6. 渣料出口

1.3　高分子精密微孔过滤重要特点
它重要长处是：
(1)过滤效率高。用于液固精密过滤,最小可过滤0 5μｍ，过滤效率可不不大于99.9%;　
(2)缷除滤饼简便。运用压缩气体,对微孔过滤管进行迅速反吹,可很以便地将缷除微孔管外表面形成滤饼，劳动强度低;　
(3)再生效率高。用“气-水混合流体”迅速反吹法，可对微孔管进行高效、简朴物理再生，微孔管可长期使用；
(4)耐腐蚀性能好。微孔过滤管耐酸、碱、盐及大某些有机溶剂；
(5)维护检修以便。精密微孔过滤机构造较简朴,微孔过滤管相对密度小,维护与检修均较以便;
 (6)动力消耗小。过滤压差普通不超过0.3ＭＰａ,动力消耗较小；
(7)占地面积少。大某些精密微孔过滤机为立式,每单位过滤面积所需占地面积较少；
(8)自动化限度较高。精密微孔过滤机如配以自动阀门与控制装置,可以达到全自动或半自动操作；　（9）适应性广。精密微孔过滤机已有各种构造和类型，几乎可以满足所有化工生产各种工况液体精密过滤；
（10）工作环境好。过滤操作为密闭操作，生产场地干净、卫生。
　这种新型精密过滤技术重要缺陷有:　
(1)耐温不高：微孔ＰＥ过滤管最高使用温度不超过80℃,微孔ＰＡ过滤管最高使用温度不超过120℃（但是，大多数工业过滤应用中，其工作温度都不超过120℃）;　
(2)滤饼干度不高:由于采用压缩气体正吹法对滤饼脱水(液),滤饼干度不及皮膜挤压板框式压滤机与三足式离心机。
1.4　与刚性陶瓷、金属微孔过滤技术比较
20世纪60年代至今，相继诞生陶瓷类粉末烧结微孔过滤管、金属类粉末烧结微孔过滤管与高分子类粉末烧结微孔过滤管等三类刚性烧结微孔过滤管，均可作为微米级精密过滤介质,既可用作精密滤饼过滤,也可用作精密澄清过滤。这几类过滤管均可重复再生使用,寿命均较长。
陶瓷类最大特点是耐温高,耐大多数化学物质与各种溶剂;重要缺陷是重量重,抗拉强度不高,有还很脆,安装与维修不以便。此外，反吹再生效率较低。
金属类最大特点是耐温高,机械强度高;重要缺陷是价格昂贵,耐无机酸等某些化学物质性能不抱负。
相比之下，高分子类介质有如下明显长处：
（1）化学性能最优秀。对于各种酸、碱、盐等溶液非常稳定,能耐醇、醛与脂肪烃等溶剂侵蚀，基本上不与任何溶剂起反映；
（2）无毒、无害、无气味、无介质脱落,非常适当于生物、医药、食品及生活卫生等行业,而烧结金属、烧结陶瓷等过滤介质不也许具备这种性能；
（3）机械性能较好。特别抗冲击强度高,再加工性能好(车、刨、锯、焊等),不易损坏,可安装在各种设备上使用；
(4) 密度小。安装、使用与维修非常以便,这是陶瓷与烧结金属等介质不能比拟；
(5) 可制成各种形状与尺寸管,其毛细孔孔径可以控制到任何规格,当前做孔径为5—120μｍ；
(6) 可重复再生。操作简朴,再生效率较高,使用寿命长,最短3年，最长可达六年,这是任何其她过滤介质都达不到；
(7)价格比较低。
高分子介质重要缺陷是耐温不高,最高不超过120℃。但是,由于许多化工生产其液体过滤时温度不超过100℃,因而高分子类烧结微孔管在化工生产上有较好应用前景。
1.5   过滤设计及选型
微孔微米级高分子精密微孔过滤技术应用涉及过滤工程设计和建立过滤系统。一种完整过滤系统涉及如下三个某些：即高分子精密微孔过滤机（内装高分子微孔过滤管）、辅助装置（重要指物料输送泵和用于反吹再生空压机、储气罐）、过滤系统工艺管道连接及控制装置。为了在生产应用中完全发挥这种新型液体精密过滤技术功能,建立过滤系统前，必要进行对的过滤工程设计，它们涉及被过滤物料过滤性能测试，平均滤速计及过滤面积计算,微孔过滤管与精密微孔过滤机型号与规格选用,工艺管线连接、控制流程设计，过滤机安装与操作法制定等。其中最重要是过滤物料过滤性能参数测定与物料平均滤速计算。

高分子微孔过滤专家、国务院突出贡献津贴享有者、温州东瓯微孔过滤有限公司、宋显洪专家1]等提出了新型液体精密过滤物料平均滤速计算，简介如下：
(一)液体精密滤饼过滤滤速及关于参数　　
物料平均滤速W按下式计算:
W= =((Rm/αct)2+2ΔP/μαct)0.5-Rm/αct　　(1)　
式中，　W—物料平均滤速,m/s； Rm—微孔管阻力,1/m；α—滤饼平均比阻,1/m2；c—滤饼体积/滤液体积；ΔP—过滤压差,N/m2；t—每一周期过滤时间,s；μ—滤液动力粘度,Pa.s。　
　需要测定在不同压差下滤饼平均比阻,然后归纳出比阻α与ΔP之间关系式:
α=α0+λΔΡs　　(2)
式中　α0、λ、s—与滤饼性能关于参数。　
　在滤饼过滤中,特别是微米级精密过滤,往往存在一种最佳过滤压差ΔPopt。最佳过滤压差可按下式计算:
ΔPopt=[(α0+Rm/ΔS)/λ(S-1)]1/s　(3)
式中　ΔS——滤饼层厚度,m。
　　计算出ΔPopt后,按式(2)算出最佳压差下α值。将ΔP与α值代入式(1),即可算出t时间内平均滤速W,再依照工程所需过滤液流量,计算出所需过滤面积。由滤液流量、过滤面积、最大滤饼厚度等参数即可拟定精密微孔过滤机型号、规格、排渣口直径及其她有关尺寸。　
　　(二)液体精密澄清过滤计算　
　　由于基本不形成滤饼或只形成极薄滤饼,故不能按滤饼计算方式计算。　
　　精密澄清过滤平均滤速W按下式计算:
W=b/(t-a)　　(4)
式中　t—每一周期内过滤时间,s；a、b—与物料内微粒性质及浓度关于参数，可通过小型实验测定。a、b与t值密切有关,因而应测定不同t值下a、b值。　
同上，得出物料平均滤速后，即由流量计算所需过滤面积，再选用适当精密微孔过滤机参数。
当前，广泛应用高分子精密微孔过滤机已有10各种系列，材料有不锈钢(304或316Ｌ)、碳钢或碳钢内衬防腐层(橡胶、塑料或其她防腐材料)，可按需选用。重要品种有：
（1）ＰＧＲ系列。过滤面积1～150ｍ2,用于含固体很少液体精密澄清过滤。构造为圆柱形壳体内垂直安装一系列微孔管,过滤机底部有小直径气缸操作排渣底盖；
（2）ＰＧＫ系列。过滤面积5～300ｍ2,用于含固量较多且需较干滤饼液体精密滤饼过滤。构造为圆柱形壳体内垂直安装一系列微孔管或由微孔管组装成过滤管排,过滤机底部是由气缸传动或油缸传动直径400～1200ｍｍ快开底盖；

（3）　ＰＧＨ系列。过滤面积3～60ｍ2,用于含固量较多,每批物料要所有滤完、无剩料回流、上下批料不混批,需要较干滤饼液体精密滤饼过滤,也可用于含固量很少、规定上下批不混批液体精密澄清过滤。构造为圆柱形壳体内垂直或水平安装微孔管,底部为气缸或油缸操作大排渣底盖,底盖上安装过滤介质；
（4）ＰＧＰ系列。过滤面积0 2～5ｍ2,用于液体总量较少而固体浓度很高液体精密滤饼过滤,如细结晶体过滤及滤饼洗涤。构造为圆柱形壳体内普通不装过滤介质,底部安装微孔过滤板。如上顶盖为快开盖,卸滤饼时筒体向下翻转,如底盖为快开底盖,卸滤饼时筒体不动,底盖打开从下部卸滤饼；
（5）ＰＧＸ系列。内装搅拌叶,重要用于解决量大并对滤饼进行搅拌打浆洗涤,最后排出干滤饼精密滤饼过滤；
（6）　ＰＧＷ系列。类似管道过滤器构造,重要用于含固量很少,总过滤量也很少液体精密滤饼过滤或液体精密澄清过滤。
2　刚性高分子精密过滤技术在工业（化工）生产中应用
2.1　含固体杂质较多精密滤饼过滤
在化工生产上,较广泛应用液体精密滤饼过滤有粉末活性炭脱色液精密过滤，由于较普遍采用粉末活性炭脱色,能否将脱色后细至0.5μｍ炭粒所有滤除,已成为影响产品质量核心操作之一。高分子精密微孔过滤技术解决了这些生产中长期影响产品质量炭粒易穿漏问题。
除粉末活性炭过滤外，PG系列过滤在滤饼过滤尚有诸多应用实例：
(1)发酵液或酶解决液过滤。已用于某些生物发酵液与酶解决液除渣过滤,滤液透明度高,排渣以便；
(2)催化剂过滤。催化剂精密过滤在精细化工、制药与石油化工等行业,无论催化剂生产工艺或催化剂应用工艺,都必要对催化剂进行过滤(有还要洗涤),大多数催化剂为颗粒很细贵重金属,用普通过滤装置难以达到高效分离,而ＰＧ型精密微孔过滤机可以做到100%分离,此外,排滤饼与微孔管再生等操作都很简便。已大量用于各种催化剂过滤，如某些石油催化剂与化肥催化剂制造中过滤很细催化剂,如钯催化剂，某些石油催化剂及某些化肥催化剂等，精细化工与制药等生产中过滤钯炭催化剂与铜镍催化剂等，也大规模用于某催化剂前体—氢氧化铝过滤与洗涤；
(3)超细粉末过滤。用于硫酸钡、硫化锌、硫化铁、氢氧化铁、氢氧化铝、二氧化钛、钛酸钡等超细产品过滤；
(4)植物油毛油精密过滤、天然药物提取液过滤。已用于各种植物油毛油精密过滤、各种中草药或动物提取液精密过滤；
(5)果汁过滤。用于果汁和蔬菜汁精密过滤,作为超滤前预解决；
（6）有色金属过滤。早在高分子精密微孔过滤技术初期研制开发阶段,就着眼于有色金属工业中应用,开发出翻转式快开精密过滤机,用于氢氧化钽与氢氧化铌过滤与洗涤,有5与10ｍ2两种规格,所有为液压传动。这种型号过滤机日后推广到超细硫酸钡过滤与洗涤。精密微孔过滤机于用于白钨结晶过滤,并开始用于仲钨酸铵结晶过滤。早在1983年某有色金属厂就用高分子精密微孔过滤技术从废水中过滤五氧化二钒；
(7)废水过滤。重金属废水过滤:已大规模用于电镀、线路板或其她金属制品厂含重金属废水解决,过滤中和法形成铜、铬、镍、锌、铅、镉等离子重金属氢氧化物;还用于分离草酸生产中形成硫酸铅与草酸铅、磁性材料生产中四氧化三铁、瓷瓶生产中四氧化三铅等。非金属元素废水:已大量用于含氟废水过滤,水可所有回用。煤矿矿井废水:已大规模用于煤矿矿井水,过滤水中煤粉与不溶性腐植酸等,水可所有回用。大型发电厂露天堆场煤产生细煤粉废水:可使水回用,煤粉所有回收。
上述这些含杂质微粒较多,能不久形成一定厚度滤饼，有效克服了整体型滤布、滤网或滤毡在过滤前微粒穿漏现象，精密过滤机底部均具备气动快开排渣底盖,当精密过滤机内所有微孔过滤管外表面所形成滤饼依托气体正吹法将其平均含水(液)量降到所需数值后,应先以气动打开底盖,然后用压缩气体迅速反吹法将所有滤饼反吹下来,通过排渣口落到精密过滤机外面。排渣后,运用气体与液体交叉反吹,将微孔过滤管再生。排渣与再生等操作均非常简便。应用证明，高分子精密微孔过滤技术应用，满足了高效精密滤饼过滤工业规定。　
2.2　含固体杂质较少精密澄清过滤
在各种化工生产上,有大量液体原料(涉及水)、液体中间体、液体产品及废水需要精密过滤,这些液体中杂质数量很少,往往形不成滤饼,但其粒度却非常细,许多微粒粘性还很大。对于这种物料,采用粗级过滤与亚精密过滤过滤介质,过滤效率差,过滤精度达不到规定,如采用超精密过滤过滤介质,虽精度可达到规定,但使用寿命短,操作费用太高。只有精密过滤过滤介质才适合此类料液。由于高分子类微孔过滤介质比陶瓷类、金属类具备较多优势,比分散类深层介质具备更多优势,因而高分子精密微孔过滤技术已大量用于各种化工液体精密澄清过滤。如工业生产用水过滤,工业冷却水循环过滤,氯碱生产上二次盐水过滤，各种有机酸与无机酸过滤,各种碱类液体过滤,各种糖类、醇类、酮类、胺类和表面活性剂类等液体过滤,各种精制植物油、酒类(涉及药酒)及各种含悬浮物很少废水过滤等。实践证明，采用这种新型精密过滤技术,不消耗滤材，过滤效率均在95%以上，滤液澄清度均很高,液体透光率有可达到99.8%以上，且过滤质量持续稳定，过滤成本低廉，凸显了高分子精密微孔澄清过滤高效优势。此外,许多超滤、纳滤、反渗入、离子互换、电渗析、精馏、蒸发和结晶等化工单元操作之前,已越来越多地采用这一新过滤技术作预解决保护装置,以提高这些单元操作效率及其设备寿命。　
精密澄清过滤应用举例如下：
（1）液体原料精密过滤许多精细化工产品原料为液体,为保证化学反映产品质量,需对液体原料先进行精密过滤。如制硫酸钡原料氯化钡与硫酸钠,采用精密微孔过滤后,使硫酸钡产品质量明显提高。ＰＧ型精密微孔过滤机还用于许多其她液体原料过滤,如制氢氧化铝原料之一硫酸铝精密过滤等；
（2）液体产品精密过滤许多化工产品是液体,如酸、醇及各种溶液等。在产品出厂前需要进行终端精密过滤,以提高产品澄明度,已用于许多液体产品精密过滤。如山梨醇、聚丙烯酰胺等产品精密终端过滤；
（3）结晶前液体精密过滤结晶前,如对液体进行精密过滤,去除不溶性杂质,提高了液体澄明度,则结晶产品纯度就可明；
（4）生产用水精密微孔过滤ＰＧ型精密微孔过滤机已大量用于生产用水精密过滤。如水源是较干净江湖水、水库水、自来水或地下水,直接运用精密微孔过滤机,可使水浊度降到1ｍｇ/ Ｌ左右。这种水可直接用于生产,或继续通过电渗析器、离子互换器、微孔膜滤器、超滤膜滤器或反渗入器,做进一步净化。由于微孔管去除率高,又易于反吹再生,使用寿命长,此类预过滤可大大延长电渗析膜、离子互换树脂、微孔膜、超滤膜及反渗入膜等介质使用寿命。如某一化学试剂厂制超纯水,运用ＰＧ型做预过滤,解决水量达30ｍ3 /ｈ。
（5）生活用水精密微孔过滤江湖原水经絮凝与砂滤制成自来水,由于各种因素,进入顾客自来水浊度往往较高。采用ＰＧ型微孔过滤机继续进行复滤,可使水浊度降至1ｍｇ Ｌ左右。如果江湖水水质较好,不必先做絮凝与砂滤,可直接采用微孔精密过滤机制取低浊度水。微孔精密过滤解决江湖水,其生产能力平均为0 4～0 5ｍ3 (ｍ2·ｈ)。由于微孔管可用压缩空气反吹再生,使用寿命普通可达2年以上。
2.3　精密过滤在三废解决上应用
（1）重金属废水解决各种形态重金属废水,如Ｎｉ2+、Ｐｂ2+、Ｃｕ2+、Ｃｄ2+、Ｚｎ2+、Ｃｒ6+及Ｃｒ3+等酸性重金属离子废水与ＭｎＳＯ4、ＣｕＯ、ＰｂＳＯ4等重金属化合物废水,均可应用ＰＧ型精密微孔过滤机进行有效解决。对酸性重金属离子废水需预先进行中和解决,然后进行精密微孔过滤(对Ｃｒ6+需先还原,后中和)。对中性重金属氧化物废水,普通只需进行精密微孔过滤即可。这些解决技术已在国内大规模推广应用,已持续应用以上。
（2）非金属有害元素废水解决对氟、硫等元素,先经化学预解决,使之形成不溶性沉淀,然后采用ＰＧ型精密微孔过滤机,一次过滤就可达到排放规定,已成功用于某些厂含氟与含硫等废水解决。
（3）除尘洗涤废水解决湿法除尘后,某些厂采用自然沉淀池,占地面积大,投资大,由于沉降分离不完全,回用水易堵塞喷头;采用ＰＧ型精密微孔过滤机,过滤效率高,水质清澈透明,回用后不会堵塞喷头。本办法占地面积小,从ＰＧ型精密微孔过滤机就可直接排出较干渣,已用于某些厂烟尘废水过滤。
（4）化工生产流失产品回收许多化工生产结晶或聚合物产品采用以滤布为过滤介质各种过滤机,过滤许多微米与亚微米级固体微粒穿漏滤布,无法回收,跟着废水流走,不但财富损失,也污染环境。ＰＧ型精密微孔过滤机已用于回收化工产品,如ＴｉＯ2、Ｖ2Ｏ5及炭黑等。
（5）其她化工废水过滤ＰＧ型精密微孔过滤机还大量用于乳胶漆废水,硫酸或磷酸废水,颜料废水等过滤。微孔ＰＥ管还可用于曝气法解决化工等废水。微孔ＰＥ管是非常抱负气体鼓泡器,气泡细而均匀,溶解氧高,已用于石化生产上含油废水曝气,解决后水中油质量浓度只有2～3ｍｇＬ,ＣＯＤ也符合排放原则。
（6）气流消声解决由于微孔ＰＥ管消声效果极好,压缩气体从储气柜直接向大气排放时,噪音可达100～120ｄＢ,如果通过微孔ＰＥ管排放,普通只有20～30ｄＢ。此技术已大量用于气动元件排气时消声以及压缩气体向大气排放时消声。
（7）气体除尘微孔ＰＥ管除尘效率非常高,如0 3μｍ微粒,可超过99%,通气速度可达4ｍ3 (ｍ2·ｈ),压差只有0 01ＭＰａ左右,已成功用于某些化工生产上原料气体除尘与除油水过滤,持续应用多。只要气体温度不超过120℃,微孔ＰＡ管就可用于这些热气体除尘过滤。
2.4　合成氨净化系统精密澄清过滤应用
2.4.1　应用精密微孔过滤技术改造脱碳液过滤
湖南金信公司年产合成氨18万吨。净化气体脱碳工序采用改良DEA循环脱碳工艺。其脱碳液重要技术参数为：①成分：K2O，210g/L、KVO3，8g/L、DEA，22g/L；②循环量：520m3/h；③温度：≤110℃；④杂质粒度：＜50um；⑤杂质含量：＜5g/L。
原装置对于脱碳液吸取CO2再生后过滤，采用老式活性炭吸附提纯，它存在三大局限性：①过滤效果不佳、效率较低，且易饱和失效，因而填料更换频繁（每年必要更换一次）；②在新填料使用初期，脱碳系统易浮现不稳定现象；③过滤能力受限，使净化系统气体解决量受到制约。
为解决脱碳液过滤问题，该公司通过技术招标，采用了浙江温州东瓯微孔过滤有限公司提出改造方案，即以精密微孔过滤工艺取代原活性炭过滤。过滤改造后工艺流程见图2。该流程为旁路过滤方式，即逐渐完毕系统脱碳液清洁工艺；改造中，依照脱碳液过滤特性实验选用了适当微孔过滤参数；由于介质温度达110℃，为延长微孔管使用寿命选用了适当微孔过滤参数；由于介质温度达110℃，为延长微孔管使用寿命，采用先冷却再过滤方案；为克服阻力，并提供过滤液压差，配备了管道泵；设计了空气和软水接口，当微孔管需要再生时，用空气或软水分别反吹（洗）或正吹（洗），使其再生。 

                          图2  脱碳液高分子精密微孔过滤工艺流程示意 
微孔过滤改造后效果较好。过滤精度达0.5um，分离效果可达96%以上，能满足脱碳液澄清过滤规定；投运后，系统脱碳液能在较短时间达到清彻透明抱负状态。其运营状况参见表1。与此同步，操作、再生以便，避免了活性炭过滤易饱和失效难题，系统生产稳定。由于脱碳液品质提高，提高了其工作时吸取效果，除每年可节约活性炭6t外，经测算，该技术应用可提高生产能力1%，年新增收益在26万元以上，不到一年收回投资。
                       表1  脱碳液过滤效果、效率对比（新、老系统记录平均值）
时间         过滤方式      系统、进口杂质含量    出口杂质含量   过滤效果   30天后系统杂质含量   过滤效率
                                              mg/L            mg/L            %           mg/L       　　mg/d
. 6. 8.   活性炭(改造前)       1982             516           73.4             1598            12.8
. 6. 8.   微孔管(改造后)       2097              82           96.1             786             43.7

2.4.2　 应用微孔过滤器改造铜氨液过滤
金信公司合成氨原料气体中CO等杂质，经中压变换、甲醇合成塔反映吸取后，余下约3%CO在铜氨液洗塔（简称铜洗塔）中洗涤、吸取去除。上述铜洗塔内洗涤吸取介质称为醋酸铜氨液（简称铜氨液），其工艺技术参数如下：①成分：Cu，2.2-2.5mol/L、NH3，10-13mol/L、HAc，2.2-2.5mol/L；②酸碱度：PH=10；③压力：0.20MPa；④温度：≤40℃；⑤循环量：54m3/h；⑥杂质粒度：＜50um；⑦杂质含量：＜5g/L。
铜氨液吸取CO还原、再生后，循环使用前，原系统在铜氨液循环使用前，始终沿用丝瓜络作为过滤材料以去除其杂质。它存在如下弊端：①过滤效果较差、效率较低。进铜洗塔铜氨液品质长期不能达标，限制了该系统气体净化解决量；②易引起事故。在丝瓜络使用初期，因其中具有较多灰尘，加剧了铜氨液污染限度。除减少吸取效果外，易引起铜氨液发泡，并易引起出铜洗塔净化气带液严重事故；③使用寿命较短、更换很不以便。丝瓜络使用较久后，容易饱和失效，每年必要更换，不但费力费时，并且检修现场卫生状况很差；④过滤效果不能适应铜洗塔内件由散堆填料改造为规整填料后对铜氨液品质更高规定。
        为克服丝瓜络过滤工艺严重局限性，金信公司通过技术招标，采用了温州东瓯微孔过滤有限公司提出改造方案，即将原丝瓜络过滤器更换成微孔管过滤器。其过滤工艺流程见图3。该工艺也采用了旁路过滤，即逐渐完毕系统铜氨液清洁工艺；改造中依照顾客铜氨液特性实验选用了适当规格微孔管及其过滤器；由于系统待过滤铜氨液位差较小，为提供过滤压差，配设了小扬程管道泵；该工艺还配备了空气和稀氨水接口，当微孔管需要再生解决时，可酌情选取空气或稀氨水分别反吹（洗）或正吹（洗），达到去污和再生目。 

                    图3 铜氨液高分子精密微孔过滤工艺流程示意 
铜氨液过滤器与铜洗塔改造同步配套完毕，改造效果明显。重要涉及：①过滤效果好，效率高(参见表12])。微孔管过滤粒度可达0.5um，分离效果可达97%以上，系统杂质含量下降明显加快，满足了铜洗塔规整填料改造后对铜氨液更高品质规定，为提高铜洗塔吸取效果、增长其气体净化能力创造了重要条件；②出口铜氨液不发泡。由于微孔过滤后铜氨液非常清洁，未再因而而引起铜洗塔带液和再生系统运营不正常事故，消除了安全隐患；③操作以便、再生简揵；④使用寿命较长。微孔管已运营3年多尚不必更换；⑤经济效益好。该改造与铜洗塔规整填料改造同步峻工后,由于进铜洗塔铜氨液质量和铜洗塔传质效率大步提高,致使铜氨液吸取CO效率明显提高（参见表2），在提高了铜洗系统生产能力同步，获得了明显节能降耗效益，每年直接效益达220万元3],不到3个月即收回了改造投资。 
                            表2  铜氨液过滤效果、效率对比（1、2#系统平均值）
时间    过滤工艺   系统、进口杂质含量  出口杂质含量  杂质去除率  30天后系统杂质含量  系统杂质下降速度
                                                mg/L            mg/L            %           mg/L         mg/d
. 5. 10.   丝瓜络(改造前)       726              172            76               518            6.9
. 5. 10.   微孔管(改造后)       758               19            97               287           15.7

3　总结
　  新型刚性高分子液体精密过滤技术既可用作高效液体精密滤饼过滤,也可用作高效液体精密澄清过滤。由于其过滤效率高,卸除干滤饼与过滤管再生效率高,操作简朴,耐化学性能好,使用寿命长,与陶瓷、金属过滤介质相比，具备明显综合优势，是对老式精密过滤技术重大革新，在各种工业特别是化工生产中具备较好应用前景。只要选型（涉及供应商）恰当、设计合理、操作规范，可获得良好经济效益。

                                              参照文献
1. 宋显洪、宋志黎， 化工生产上液体精密过滤与最新过滤技术，化工装备技术，，第3期。
2. 孙斌、何杰、宋志胜，合成氨铜洗系统综合改造，化肥设计，，第1期。
3. 孙斌，规整填料在铜洗塔改造中应用，化工装备技术，，第4期。

                         （谢谢欣赏）