节能新技术在化工分离过程中的应用

节能新技术在化工分离过程中的应用摘要：分离过程是化工过程中耗能很大的操作。所有的分离过程都需要以热和（或）功的形式加入能量，其能量费用与设备折旧费相比，前者占首要地位。由于世界能源日趋紧张，化工节能问题显得越来越重要。因此，研究化工分离过程的节能新技术也显得越来越重要。关键词：化工分离；节能；新技术；研究进展1概述膜分离作为一项高新技术，在近几十年来迅速发展为产业化的高效节能分离过程。几十年来，膜分离技术在能源、电子、石油、化工、医药卫生、重工、轻工、食品、饮料行业和人民日常生活及环保等领域均获得广泛的应用，产生了显著的经济和社会效益。社会的需求促使膜技术发展迅速，使膜技术不断创新、进步、完善，成为单元操作，成为集成过程中的关键[1]。近年来，各行业工业废水深度处理回用与资源化，已经引起了人们的广泛重视，不断有应用膜分离技术进行工业废水深度处理回用成功的报道。这表明我国工业废水深度处理回用已进入大规模应用阶段，石油化工、氯碱化工、造纸、钢铁、电力等行业相继建立了示范工程，并进行行业推广，工程规模已从日处理量百吨级跨入到万吨级，并将跨入十万吨级的规模。在国家大力提倡节能减排的大形势下，大力发展膜分离技术对于化工行业、乃至各行各业的节能减排工作均具有重要而深远的意义。2膜分离技术在石油化工节能减排中的应用2.1微滤技术在石油废水处理中的应用采用南京化工大学膜科学技术研究生产的0.2um和0.8um陶瓷膜进行陆上和海上采油平台的采出水处理研究，经过适当的预处理后取得了较好的效果，悬浮物含量由73-290mg/L降到1mg/L以下，油含水量由8-583mg/L降到5mg/L以下。探讨了不同温度、压差、膜面流速、孔径等参数对过滤特性的影响。针对膜处理中最为关键的清洗问题，他们设计了脉冲及预处理工艺，有效地延长了过滤周期。同时根据油田采出水对膜面的污染特征，确定了B,C两种清洗剂交替使用的清洗方案，并验证了所采用的预处理工艺、清洗工艺、脉冲工艺的可重复性和稳定性，为工业性放大试验奠定了技术基础。顾文滨[2]等针对低渗透油田注入水而研制的新型含油污水精细过滤装置，该装置采用表层过滤技术，用陶瓷微滤膜(无机膜)作滤芯，采取交叉流过滤方式(即过滤液体平行于滤膜表面流动)对含油污水进行精细过滤，对于以小细粒(8um)为主的含油污水颗粒去除率达90%以上，精度可达lum。2.2超滤技术在石油、化工废水处理中的应用油田含油污水量较大，大约占油田总污水量的三分之一，且成分复杂，用超滤技术处理油田含油废水。既可以避免对环境和水体产生污染，又可以提供高质量的油田回注用水。国内外都有此方面的研究报道。李永发[3]等用超滤膜对油田采油预处理过的废水进行了再处理，试验研究证明，经过超滤膜处理的废水，膜对油的截留率为97.7%以上。水质指标可以达到低压渗透油田注水站的回注水标准。用外压管式聚砜超滤膜装置现场处理采油污水，研究了操作压力、膜面流速等操作条件对超滤膜通量的影响及膜污染的清洗方法。在适宜的操作条件下，膜通量为80-490L/m2.h，所处理过的污水达到了低渗透油田注水标准。采用分步清洗的方法能有效地清除膜面污物。为进一步工业试验装置的放大提供了基础数据。方忠海[4]等针对石化炼油废水回用至锅炉补给水的节水技术进行工艺研究。根据该石化厂具体情况设计了专为废水处理和反渗透预处理所使用的超滤设备，采用改性的PVC材质，耐污染、抗氧化。反渗透选用的是LFC1抗污染膜。经过超滤处理的污水，保证出水浊度小于1.ONTU，SDI值小于3。降低浊度后，完全能够满足下游反渗透的进水要求，并最终实现整个回用水系统的可靠运行。2.3膜生物反应器(MBR)在石油、化工废水处理中的应用膜生物反应器(MBR)是结合了膜分离技术和传统活性污泥法的一种高效污水处理技术，由于膜的过滤作用，生物完全被截留在生物反应器中，实现了水力停留时间和污泥龄的彻底分离，使生物反应器内保持较高的MLSS，硝化能力强，污染物去除率高，出水悬浮物和浊度接近于零，出水细菌和病毒大部分被去除，出水水质好，回用率高。3膜分离技术在氯碱化工节能减排中的应用随着近几年我国氯碱行业的迅猛发展，如何治理和回收利用氯碱生产过程中产生的大量废水，成为企业所关注的重要课题。废水不仅对环境产生极大的危害，同时也严重地浪费了资源。3.1淡盐水的膜法回收[5]在氯碱行业离子膜制烧碱的工艺工程中，精制盐水内硫酸根含量过高会发生硫酸根离子与其他金属离子反应生成硫酸盐沉积在膜内，使槽电压升高，电流效率下降。硫酸根质量浓度超过5g/L时，电流效率会明显下降。所以一次精制盐水时必须脱除硫酸根。传统的一次盐水硫酸根去除工艺采用的是钡法，因为环保原因和氯化钡本身的毒性及价格方面的原因，目前可采用膜法脱硝来替代该工艺(即CIM工艺)，其实，二者的本质区别在于一个是化学方法，一个是物理方法。据测算在一次性投资方面，CIM法的投资将会比钡法超出400万元左右，在后续的运行费用方面，可以节约200万元每年，再加上其他运行费用，可以说，多投资的400万元在一年~二年内可以回收回来。CIM法脱硝的关键在于膜分离及冷冻脱硝的组合:淡盐水通过高压泵和循环泵送入到膜装置，利用膜分离的特性进行脱硝，其中脱硝淡盐水透过膜送至化盐单元配水槽，部分浓缩液进入膜系统进行循环浓缩，部分浓缩液连续送至冷冻脱硝装置。通过冷冻脱硝装置回收浓缩液中的芒硝和脱销盐水，脱销盐水则通过预冷器回收部分冷量后送至化盐单元配水槽待用。3.2PVC离心母液的处理回收作为PVC合成的主要工艺，悬浮法PVC生产过程中所使用的去离了水在聚合反应完成后，经过离心分离工序作为离心母液废水排出，成为整个生产废水中的主要来源。但由于其中钙镁离了含量很低，因此离心母液又是受污染的软水。近年来，不少单位在离心母液的处理回用方面进行了研究和开发，推出了一些处理工艺，并相继进行了产业化应用。目前，通过对国内PVC离心母液回收主要的几种类型工艺组合的技术和经济的综合比较，除了第一种工艺组合以外，其余三种均实现深度回用(作为聚合纯水回用)。因此，实现PVC母液深度处理回用于聚合釜PVC聚合用水将是今后PVC母液回用的主要方向。近年来，中水回用和废水资源化成为各行各业节能减排工作中的重点。在中水回用和废水资源化的各项工艺技术中，在纯水制备和海水淡化基础上发展起来的废水回用膜集成技术无疑成为最热门的应用技术。在各项大中型的废水、中水回用工程中，只要是涉及高品质深度回用的项目，均使用了超滤和反渗透的双膜组合工艺作为核心工艺，同时配套了其他的物化或生化技术来保障双膜工艺的运行。4膜分离技术在农药化工清洁生产中的应用概况[6]农业是国民经济的基础，病菌、害虫、杂草是农业生产中的三大敌害，应用农药进行防治是主要的手段。农药的种类比较多，可分为杀菌剂、杀虫剂、除草剂以及植物生长调节剂等四大类。膜分离是一种新型的高效分离、浓缩、提纯及净化技术，近30年来发展迅速，在能源、资源、电子、石化、医药卫生、重工、轻工、食品、饮料行业和人民日常生活及环保等领域均获得广泛的应用，经济和社会效益显著。与传统的分离技术如蒸发、蒸馏、萃取、吸收、吸附等相比，膜分离具有无相变、可在常温下连续操作、设备简单、操作容易、能耗低、分离效率高、无二次污染等优点。因此，膜分离已成为解决当代能源、资源、环境污染等问题的重要高新技术及可持续发展技术的基础，是21世纪最有发展前途的高新技术之一。农药生产过程的分离、过滤、纯化、浓缩、提取等过程，大都采用传统的鼓式真空过滤、板框压滤、离子交换、离心分离、溶媒抽提、吸附、絮凝、沉淀、蒸发、结晶等生产工艺，传统工艺存在技术落后、工艺繁杂、资源浪费、污染严重等问题，经济效益甚低，产品质量差。运用膜集成分离技术，科学地整合上下游工艺，可以实现改造传统生产工艺，提升企业技术水平，提高产品收率，减少能耗，降低成本，为企业增加效益，提高产品质量，大幅度地减少污染，实现清洁生产，符合环保标准与要求。4.1膜分离技术在农用抗生素生产中的应用目前农用抗生素大多数是采用微生物发酵的方法制成的，其生产成本主要包括原料成本和能耗成本两大部分，分别占总成本的70%和30%左右。目前国内外生产企业主要通过提高农用抗生素的发酵水平即改善发酵工艺来节约原料成本。而能耗成本则主要集中在后处理提取工艺和剂型加工工艺上。但目前绝大多数的生产企业仍然采用原有的后处理工艺来提取产品，而随着能源水、电使用的日趋紧张，节约能源、降低能耗也势必成为企业亟待解决的问题。农用抗生素的化学发酵液中有效成分较低，其后处理工艺主要采用板框过滤、蒸发浓缩法。4.2膜分离技术在草甘磷生产过程中的应用采用IDA法制备草甘麟母液中仍含有1%-4%草甘麟以及微量的甲醛、甲酸和未反应完全的双甘麟等。而且由IDA工艺合成的草甘麟母液质量分数较低，对于运输和销售极为不利，目前的草甘麟企业多采用蒸发的方法除去大部分的水，但是蒸发过程能耗很大，而且蒸发容易造成草甘麟的分解从而降低产品收率，同时蒸发过程会产生大量的氨气，对环境造成严重的污染。而且作为一种有机物质，在受到高温处理时，往往会出现物质的分了结构改变，如分子的分解等化学现象的出现。因此，解决草甘麟生产过程中现有提纯、浓缩工艺中存在的能耗大、资源浪费等弊端，开创高效、清洁的分离浓缩工艺，以提升企业生产技术水平，节约能耗、实现资源回用，降低生产成本、提高产品质量，是草甘麟生产企业亟待解决的问题之一。采用膜分离技术替换草甘麟原提取工艺中的薄膜蒸发浓缩过程，草甘麟母液进入一级纳滤膜分离，浓缩液中草甘麟质量分数达到10%以上的收集到储槽，浓缩液中草甘麟质量分数达到10%以下的则继续循环分离，直至浓缩液中草甘麟质量分数达到10%以上后收集到储槽，一级纳滤透过液进入二级纳滤膜分离，二级纳滤浓缩液返回进入一级纳滤膜分离，二级纳滤透过液进入反渗透膜分离，反渗透膜浓缩液返回进入二级纳滤膜分离。浓缩后的草甘麟母液经冷却、结晶、过滤得到固体草目一麟原粉。浓缩液中草甘麟质量分数在10%以上。膜透过液中草甘麟质量分数在0.1%以下，水回收率100%，可循环回用。其主要经济指标为：按每小时脱水4吨计，脱水费用约为25元/吨，与传统蒸发浓缩工艺(脱水费用约为90元/吨)相比，脱水成本降低约65元/吨。5膜分离技术在化肥工业节能减排中的应用[7]随着膜科学技术的发展，膜分离的应用亦愈来愈广，从早期脱盐发展到今天的工业废水废气处理、生产原料净化、产品分离和高纯水生产等。化肥工业中已成功应用、正在开发或有发展前景的膜技术有膜法水处理、包膜化肥和气体净化及回收等。其中，水处理包括工艺用水和废水处理，包膜化肥主要有包膜尿素和包膜碳铵，气体净化及回收包括天然气脱除CO2,H2S和水蒸气，合成氨弛放气回收HZ以及烟气和尾气脱SO2,NOx和CO2等。5.1废水处理我国液膜技术的研究始于1979年，虽起步较晚，但起点较高。液膜法处理工业废水的原理在于液膜能够选择性地渗透离子，并在内水相富集而不破裂。乳状液膜法处理工业废水分步进行制乳、传质、破乳。目前，液膜技术在化肥工业废水处理中的应用研究主要有含磷酸盐、硫化物、亚硫酸盐、硝酸盐、砷化物、氰化物、氟化物或氨等废水的处理。5.2含NH4+废水处理在国内用液膜法处理含NH4+废水时问不长，LiNN和CaHnRP发明了用乳状液膜去除溶液中弱酸弱碱的方法，此法最适用于溶于水中的少量硫化铵和碳酸铵。目前主要存在的问题是当被处理废水含氨浓度较高时液膜强度差，破损率高等，脱氨效率还远不能与气提法的90%以上相比。徐又一等人通过初步放大实验表明，在一定的操作条件下，采用聚丙烯中空纤维膜组件能够脱除含氨水溶液和含氨混合气中的绝大部分氨同时，回收了氨，降低了综合治理的成本，并且不造成二次污染。5.3其他废水处理宋德政采用离了交换膜电渗析法对生产硝酸磷酸氨复合肥料中冲洗设备和地面的高浓度废水进行了浓缩和脱盐研究，取得了浓缩浓度、耗电量、膜的盐迁移量及渗水量等技术经济参数，并认为用此技术回收化肥和再利用水会收到显著的经济效益和社会环境效益。6结论与很