除鹽水裝置陽床再生液的選用

趙興旺，王慶龍

（1 遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責任公司，遼寧阜新123000；2 遼寧省煤制天然氣工程技術研究中心，遼寧阜新123000；3 遼寧省煤制天然氣工程研究中心，遼寧阜新123000；4 遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責任公司企業博士后科研基地，遼寧阜新123000）

隨著硫磺制酸工業的國產化、大型化，與之配套的樹脂離子交換器水處理裝置單套生產能力也大幅度提高，在H型強酸性陽離子交換過程中，當水中出現鈉離子并超過一定的控制值時則視該樹脂已經失效。為恢復其交換能力，離子交換樹脂就需要進行再生，其再生過程是用酸液通過失效的樹脂層，使樹脂中的其它陽離子被排到溶液中去，而酸液中的氫離子則被樹脂吸附著，再次形成HR型樹脂而恢復其交換能力。

陽床失效后的再生工藝流程如圖1。

圖1 陽床失效后再生工藝流程

由于陽床再生時的再生劑有鹽酸和濃硫酸兩種選擇，其再生過程反應如下所述。

（1）用鹽酸再生時反應為

（2）用濃硫酸再生時反應為

1 鹽酸和濃硫酸的性能及優缺點

1.1 鹽酸的性能及優缺點

1.1.1 鹽酸的性能

鹽酸為無色透明液體，工業鹽酸因帶有FeCl2等雜質略帶黃色，有極強腐蝕性，相對密度為1.19。

1.1.2 鹽酸的優缺點

以鹽酸作再生劑時，再生操作簡單，只要將一定量的稀鹽酸以一定的流速通過樹脂就可以進行再生；離子交換容量比較高，可達到樹脂全交換容量的50%～60%。所以用鹽酸再生時不僅操作簡便，對樹脂再生后的效果也起到較好的改善，并且可以除去樹脂層內的鐵污染。

但是鹽酸再生時大多以工業鹽酸作再生劑，工業鹽酸的濃度低 （一般為30%左右），相對用量大，而且鹽酸的腐蝕性較強，所以對配酸系統作防腐工作提高了要求，使其系統增加而變得復雜；尤其當使用不慎時，有可能使水中的Cl－濃度增加，引起不銹鋼設備的局部腐蝕。

1.2 濃硫酸的性能及其優缺點

1.2.1 濃硫酸的性能

濃硫酸為無色透明油狀液體，強烈吸收水分，有極強腐蝕性和氧化性，相對密度為1.84。

1.2.2 濃硫酸的優缺點

以濃硫酸作再生劑時，由于濃硫酸的濃度高（一般為96%左右），故其相對用量較小；由于碳鋼耐濃硫酸的腐蝕，故可直接用碳鋼儲槽存放、運輸，配酸系統比較簡單，防腐措施易解決；又因硫酸中不含Cl－故可避免不銹鋼設備的局部腐蝕。

但以濃硫酸作再生劑時，由于硫酸二級離解度低，所以再生后樹脂工作交換容量相對于鹽酸再生就比較低，僅為全交換容量的30%左右；而且為了防止再生過程中硫酸鈣沉淀析出和提高再生后工作交換容量，常采用先低濃度、高流速的硫酸再生液再生，然后逐步提高濃硫酸濃度，降低流速分步再生的方法，而這樣再生后就使再生操作變得復雜。

2 鹽酸與濃硫酸的儲存與注意事項

2.1 使用濃硫酸或鹽酸作再生劑時儲存的不同點

鹽酸為非氧化性酸，對鐵等金屬有強烈的腐蝕作用。隨著鹽酸濃度的增加，對鐵等的腐蝕速度加快，而且鑄鐵在鹽酸中的腐蝕速度要比碳鋼受腐蝕的程度更加劇烈。

所以在儲存鹽酸時，使用鐵制容器必須進行防腐。如采用涂刷環氧玻璃鋼、輝綠巖襯里或襯膠等防腐。

稀硫酸可以與電位序在氫以前的金屬，如鐵金屬等作用放出氫氣。

所以在儲存和使用70%以下的硫酸時，儲存用的鐵容器必須進行防腐。對于高于70%以上的硫酸，由于此時顯示了其氧化性，即濃硫酸不與鐵金屬作用，就是因為鐵在濃硫酸中產生了 “鈍化”，也即在濃硫酸的氧化作用下，鐵的表面生成了一層致密的保護膜，保護了鐵金屬，使其不能與濃硫酸繼續反應。

工業用濃硫酸的濃度一般都是在92%以上，所以盛裝濃硫酸的鐵容器可以不作防腐，將酸直接儲存在鐵制容器中。

2.2 使用濃硫酸或鹽酸作再生劑時的注意事項

2.2.1 使用鹽酸作再生劑時的注意事項

（1）防止Cl－濃度增加對不銹鋼的腐蝕 如果鹽酸使用不當會造成Cl－增加，氯離子容易吸附在鈍化膜上，把氧原子擠掉，然后和鈍化膜中的陽離子結合形成可溶性氯化物；結果在露出來的機體金屬上腐蝕一個小坑，這些小坑被成為蝕核，為了中和腐蝕坑內的電中性，外部的Cl－不斷向坑內遷移使坑內金屬進一步水解，如此循環，不銹鋼不斷的腐蝕越來越快，并且向孔的深度方向發展直至形成穿孔，造成設備漏液，進而導致危及生產及人身安全。

（2）防止鹽酸貯槽上漂浮的酸霧 用鹽酸作為陽離子交換劑時，常見鹽酸的貯槽上漂浮著酸霧，這樣不僅嚴重腐蝕設備，而且造成大氣污染。所以要做好防止酸霧發生的措施 （常見有設置酸霧吸收器、石蠟油液封兩種）。

2.2.2 使用濃硫酸作再生劑時的注意事項

（1）防止 “結鈣” 在再生強酸性陽離子交換樹脂時，如采用硫酸再生，由于再生產物為CaSO4，而CaSO4在水中的溶解度較小，在樹脂層中有 “結鈣”的危險。所以用硫酸作再生劑時，再生時的再生液濃度和流速是兩大關鍵問題。

（2）防止再生時 “倒水” 濃硫酸溶解在水中產生大量的熱，如果由于再生不慎，酸抽子倒水，使再生液輸送水倒回濃硫酸計量箱時，則會由于濃硫酸的劇烈發熱而可能導致濃酸計量箱的損壞。

所以在采用濃硫酸作再生劑時，除了稀酸系統及有關閥門應采用防腐措施外，還應有預防酸抽子“倒水”的措施，以防不測。

3 兩種酸作再生劑時的選用

3.1 選擇再生效果好的再生劑

對于陽床的再生劑主要有兩種鹽酸與硫酸。從再生效果上講，鹽酸優于硫酸。實驗表明：當陽床運行流速均采用10 m／s，則再生劑用量均為4倍再生劑量。用鹽酸再生，離子交換樹脂的工作交換容量比用硫酸再生的可提高40%～50%。所以在各方面條件相似的情況下，可優先選用鹽酸作再生劑。

3.2 操作方便，避免采用能與離子交換樹脂所吸附的雜質產生不容性沉淀

在化學水處理工藝中，常采用鹽酸作再生劑，而較少采用硫酸的有一個原因是：在再生操作中，如果再生液的濃度和流速掌握不好，極易在床層中產生硫酸鈣沉淀。由于硫酸鈣是一種難溶物，會附著在離子交換樹脂顆粒的表面及內部網孔，較難洗出，因而引起樹脂交換能力的降低。

3.3 化學性能穩定，不應引起離子交換樹脂分解和氧化等作用

在再生陽床時，不選用硝酸作再生劑，就是由于其具有較強的氧化性，會對離子交換樹脂產生氧化作用，影響交換樹脂的使用周期。同時硝酸的價格也比較貴。

3.4 選用價格便宜、易購及儲存便利的再生劑

盡管鹽酸的再生效果優于硫酸，但鹽酸價格較高，而且濃度低，對設備、管道有較強的腐蝕作用，對儲存設備的防腐條件要求較高，而硫酸由于濃度高 （幾乎是鹽酸的3倍），而且價格便宜，使用較為經濟，并且有好儲運的特點。

3.5 不同床型的再生劑耗量

不同床型的再生劑耗量見表1。

表1 不同床型的再生劑耗量

4 結 論

由于鹽酸作再生劑與濃硫酸作再生劑時都具有自己的特點，所以在實際使用中應根據上述情況作技術比較。如果硫酸當地有生產，而鹽酸需從外地運來，則此時采用硫酸就為有利在再生操作中，只要妥善掌握硫酸的再生工藝條件 （濃度、流速等），也能取得滿意的再生效果；但是如果兩種酸液都在本地或者都不在本地，此時采用鹽酸就為有利，因為鹽酸作再生劑時再生效果較硫酸高出很多。所以在選擇除鹽水陽床再生劑時就需要因地制宜，用較為經濟有效的方式選擇使用濃硫酸還是鹽酸。

［1］ 宋業林.化學水處理技術問答 ［M］.北京：中國石化出版社，2008.

［2］ 周本省.工業水處理技術 ［M］.北京：化學工業出版社，2011.

［3］Seymour R B，Storey R F.Developments in styrenealkydresins［J］.Eourpean Coatings Journal，1990，42（10）：5－11.

［4］ 夏敏文.熱能工程設計手冊 ［M］.北京：化學工業出版社，1998.

［5］ 周柏青，陳志和.熱力發電廠水處理下冊 ［M］.北京：水利電力出版社，1977.

［6］ 崔玉川，李思敏，李福勤.工業用水處理設施設計計算［M］.北京：化學工業出版社，2003.