陶瓷膜过滤器在对氨基苯酚生产中的应用

对氨基苯酚是一种重要的化工和医药中间体, 主要用于合成解热镇痛药扑热息痛以及橡胶助剂。该产品生产工艺主要包含: (1) 对硝基苯酚溶液液相加氢; (2) 催化剂过滤分离回收; (3) 结晶分离、精制、烘干、包装。催化剂过滤分离回收采用传统的过滤工艺及设备, 存在过滤精度不够、强度差、运行费用高、过滤周期长、催化剂消耗大、溶剂酒精消耗高等一系列弊端, 严重影响了产品的品质, 制约着对氨基苯酚产品的生产。为了提高对氨基苯酚装置的生产能力, 我们通过对催化剂分离工艺的认真研究, 结合对氨基苯酚物料体系本身的特殊性, 以科学态度开拓、创新, 进行了不同的技术方案反复论证, 选择了近年来国际上先进的无机陶瓷膜分离技术作为研究的主攻方向。通过实验室小试, 模拟工业化实验, 积累了较为详细的第一手实验数据。在取得实验数据的基础上, 我们开始了4000t/a对氨基苯酚过滤单元的设计与实施, 经过近10个月的生产运行表明, 这套工业化研究装置无论是在设备配制、流程泵设计与选型、仪表设计与选型, 还是工艺流程设计方面都是比较合理的, 达到了预期的目的。此套研究装置的成功运行, 解决了10000t/a对氨基苯酚装置的瓶颈问题, 为下一步提升装置综合能力提供了可靠的技术保证。同时也促进了我国加氢还原对氨基苯酚整体生产技术水平的提高, 填补了我国这一领域的一项技术空白, 意义十分重大。

1 过滤原理

无机膜分离技术是近年来国际上发展迅速的高新技术之一, 陶瓷膜作为无机膜的一种, 以无机陶瓷材料经特殊工艺制备而成的非对称膜, 呈管状及多通道状, 管壁密布微孔, 分离机理主要是筛分效应。根据对氨基苯酚物料的组成、催化剂颗粒的直径大小、粒径分布等特殊分离要求, 我们选取了合适孔径的膜管, 采用两级串联动态错流过滤工艺流程 (即:原料液的流动方向与滤液的流动方向呈直角交叉状态, 通过一定的膜面流速使膜表面沉积物不断地为原料液的纵向液流冲跑, 因而不易将膜表面覆盖避免滤速迅速下降) , 在一定的压力下, 原料液在膜管内侧流动, 清液侧滤透过膜, 催化剂及机械杂质被膜截留, 从而达到液固分离, 催化剂回收再使用之目的。

1.1 工艺流程示意图

如图1所示。

1.2 主要设备

见表1所示。

1.3 工艺流程简述

首先将系统抽成负压状态, 真空度≥-0.09MPa, 然后向原料罐充入800L50%酒精水溶液, 升温至105±5℃。

向膜系统充入50%酒精水溶液, 开启系统保温蒸汽, 控制系统温度105±5℃。

将氢化釜沉淀后的物料压入原料釜中, 控制原料罐温度105±5℃, 压力0.15MPa~0.25MPa。

控制好结晶釜温度85℃~90℃, 压力0.1 M P a~0.2 M P a, 浓缩罐温度1 0 5±5℃, 压力0.1MPa~0.2MPa。

开启进料泵、循环泵, 控制进料流量3 m3/h~4 m 3/h, 调整渗透侧流量是浓液侧流量的10~12倍, 控制系统最高压力≤0.75m Pa, 系统开始正常过滤, 清液去结晶釜, 浓缩液进入浓缩罐, 待下一批进料时压回氢化釜循环套用。在过滤过程中, 若原料釜液位指示低位时 (10%) , 切换至酒精清洗。利用酒精罐中50%酒精水溶液将系统中物料置换5min~8min, 防止系统对氨基苯酚结晶, 关闭系统待料。

若过滤过程中, 渗透侧流量衰减较大, 切换至酸、碱、水清洗状态, 直至恢复原通量。

1.4 运行控制参数

(1) 原料罐进料前温度105±5℃, 压力0.1M P a~0.2MPa, 进料后温度1 0 5±5℃, 压力0.15MPa~0.25MPa

(2) 浓缩罐进料前温度105±5℃, 压力0.05M P a~0.1MPa, 进料后温度105±5℃, 压力0.2±0.05MPa。

(3) 结晶釜进料前温度85~90℃, 压力0.1~0.2 M P a, 正常过滤温度85~95℃, 压力0.1~0.28MPa。

(4) 进料泵出口流量3~4m 3/h, 压力0.4~0.55 MP a。

循环泵出口压力0.6~0.75MPa, 循环流量≥28m3/h。

清液流量2.5m3/h~3.5m3/h, 浓液侧与清液侧压差≤0.2MPa。

浓液侧流量0.25m3/h~0.35m3/h。

(5) 酒精罐酒精浓度 (v/v%) 50%, 温度70℃~80℃;

(6) 碱罐Na OH浓度1%~2%, 温度70±5℃。

(7) 酸罐HNO3浓度6%, 温度70℃~80℃。

(8) 热水罐温度90℃~95℃。

2 运行情况及效果

每组膜过滤能力2.5m3/h~4m3/h, 正常过滤能力3m3/h。

正常过滤状态下, 每过5批料液 (每批3.5 m3) , 用5 0%酒精水深液2 0 0m l置换一次后再恢复正常过滤;当累计过滤达到60~70批时, 膜渗透量<2.5 m 3/h, 膜循环量下降到28m3/h以下, 系统总压超过0.75Mpa时, 进行酸、碱清洗, 先用1%~2%Na OH, 温度70±5℃, 清洗20min~30min后, 再用6%H N O3溶液, 温度70℃~80℃, 清洗30min~50min, 再用清水置换到中性, 基本能恢复原来的过滤通量。

过滤的浓缩比为10~12倍, 过滤温度9 8℃~1 1 0℃, 膜面压差≤0.2 5 M Pa, 系统最高压力≤0.75MPa。

通过对陶瓷过滤产品用原子吸收光谱跟踪化验分析, 镍含量基本为0, 超过当初装置设计中产品质量保证值Ni<20ppm, 期望值5ppm, 大大提高了对氨基苯酚产品的质量品质, 满足了出口产品的质量要求, 增强了市场竞争能力。

降低了产品主要原材料对酚、酒精、催化剂的消耗。缩短了每批料液的过滤时间提高了装置能力, 降低了能源消耗, 提高了企业经济效益。采用陶瓷膜过滤与用金属丝网过滤比较, 每吨对氨基苯酚节约成本约1500元。

3 结语

陶瓷膜过滤器应用于对氨基苯酚生产装置, 提高了过滤能力, 过滤后产品质量稳定, 降低了主要原材料对酚、催化剂、酒精消耗, 运行费用低, 为进一步对氨基苯酚改造、设计生产装置提供了可靠的技术保证填补了无机陶瓷膜过滤在这一体系领域的空白, 拓宽了陶瓷膜应用领域, 为我国陶瓷膜过滤技术推广、应用起到了积极作用, 具有广泛而深远的意义。

摘要：介绍了无机陶瓷膜过滤器在对氨基苯酚生产中的应用, 拓宽了陶瓷膜的应用领域, 促进了催化加氢还原法生产对氨基苯酚技术水平的提高, 为陶瓷膜过滤技术推广应用起到了积极作用。

关键词：陶瓷膜,过滤器,对氨基苯酚,催化剂,过滤分离