12萬t/a螯合樹脂塔運行總結

馮斌

(新疆華泰重化工有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830019)

新疆華泰重化工有限責任公司(以下簡稱“華泰重化工”)是新疆中泰集團旗下主營氯堿生產的子公司。華泰重化工擁有3套離子膜電解裝置，其中3#裝置有A、B兩條生產線，以及配套的兩線二次鹽水精制系統，燒堿產能總計30萬t/a。隨著離子膜電解槽的擴能改造，樹脂塔的鹽水精制能力已不能滿足裝置生產的需求。如果樹脂塔處于滿負荷狀態，二次鹽水質量下降，鈣、鎂等離子含量長期偏高，對電解槽的平穩運行影響很大。為解決這一生產問題，2015年9月，12萬t/a螯合樹脂塔在華泰重化工投入運行。

1 原樹脂塔運行狀況

1.1再生工藝

3#鹽水精制工序引進進口樹脂塔工藝，采用3塔設計，每24 h頭塔下線再生，期間中間塔作為頭塔，兩塔在線運行，8 h后再生完畢的塔上線作為尾塔3塔運行，再生周期為62 h(每個塔62 h再生1次)。下線塔中螯合樹脂吸附了大量的鈣、鎂等陽離子，須用質量分數為4%的鹽酸和質量分數為5%的氫氧化鈉溶液進行再生。再生過程程序控制及閥門開關由DCS自動控制[1]。 精制后的鹽水經過樹脂捕集器后，送往電解槽。

樹脂塔再生步驟見表1。

1.2存在問題

3#裝置樹脂塔因內部低鈣、鎂襯膠破裂，樹脂大量從斷裂位置流失進入鹽水系統，樹脂層高度低于觀察試鏡(1.2 m以下)，給電解生產系統帶來極大的隱患。

考慮到樹脂塔內部返廠重新襯膠工作量大，維修周期長。初步設定方案采用兩塔在線的自動模式，即1塔切出系統進行檢修，另外兩個樹脂塔按照正常程序1塔在線運行，1塔下線再生。

表1 樹脂塔再生操作步驟和條件Table 1 Regeneration steps ofchelating resin column and required conditions

為了補足鹽水生產系統的缺額量，從1#、2#裝置分別配置兩根DN 200的CPVC管線，將兩套系統富余的精鹽水(總計70 m3)送至3#裝置D-160罐，以滿足電解槽生產負荷的鹽水需求。

電解生產要求的鹽水指標為：ρ(Ca2+)≤0.002 mg/L，ρ(Mg2+)≤0.002 mg/L，ρ(Fe2+)≤0.002 mg/L，ρ(Ba2+)≤0.5 mg/L，ρ(Si2+)≤5 mg/L，ρ(Al3+)≤0.1 mg/L，ρ(Sr2+)≤0.05 mg/L，ρ(Ni2+)≤0.02 mg/L，ρ(Mn2+)≤0.01 mg/L。

為確保精鹽水質量，在精鹽水管線改造后，分別對樹脂塔兩塔在線狀態的頭塔和尾塔進行了取樣分析，數據如表2、表3所示。

由表2、表3分析可知：在系統滿負荷狀態下，如果切換兩塔運行，再生過程中，單塔運行二次鹽水中的Ca2+嚴重超標，無法滿足電解槽對二次鹽水的質量要求。

考慮到裝置產能、檢修周期與經濟效益等因素，華泰重化工決定新增1套12萬t/a樹脂塔項目，在樹脂塔出口管線分別設計連接4套鹽水裝置的精鹽水管線，可以解決任意一套裝置樹脂塔檢修問題。

表2 頭塔出口處鹽水分析數據Table 2 Analysis data of brine out of the first column outlet mg/L

表3 尾塔出口處鹽水分析數據Table 3 Analysis data of brine out of the end column outlet mg/L

2 新樹脂塔工藝

2.1螯合樹脂塔選型

考慮到新增加的12萬t/a螯合樹脂塔主要作為備用的鹽水精制裝置，在提升裝置負荷時可以在4套鹽水裝置之間進行鹽水量的調配，運行負荷相對較低。由于無閑置廠房，在現有廠房新增1套裝置要求占地面積小，同時考慮到減少崗位操作頻次，因此選取工藝流程步驟少、相應配套氣動閥少、投資額度低的樹脂塔工藝。

華泰重化工對新增樹脂塔的設備規格、樹脂規格、鹽水要求如下。

(1)螯合樹脂塔規格。

塔速27.5 m3/h，鹽水流量144 m3/h，筒體高度3.5 m，封頭體積2.105 m3，直徑2 600 mm，總體積22.78 m。

(2)螯合樹脂主要規格。

球形；螯合樹脂交換容量c(Na+)為0.6 mmol/(mL·R-Na)；

耐用溫度：Na型為120 ℃，H型為80 ℃；

在水中的體積變化R-H/R-Na為0.75；

含水質量分數為52%～60%；

粒徑0.3～1.2 mm，有效粒徑0.35～0.55 mm；

均一系數<1.7；

操作溫度為15～65 ℃；

pH值適用范圍為9～12。

(3)鹽水要求。

出塔鹽水：ρ(Ca2+)≤0.002 mg/L，ρ(Mg2+)≤0.002 mg/L，ρ(Fe2+)≤0.002 mg/L，ρ(Ba2+)≤0.5 mg/L，ρ(Si2+)≤5 mg/L，ρ(Al3+)≤0.1 mg/L，ρ(Sr2+)≤0.05 mg/L，ρ(Ni2+)≤0.02 mg/L，ρ(Mn2+)≤0.01 mg/L；

操作溫度為58～62 ℃，再生溫度不低于室溫。

2.2再生工藝

華泰重化工樹脂塔的工藝流程如圖1所示，采用的DCS控制程序有3種操作模式[2]。

(1)自動模式。樹脂塔的再生程序和上、下線是自動進行的。

(2)半自動模式。樹脂塔上、下線切換手動，再生程序是自動的。

(3)手動模式。樹脂塔上、下線和再生步驟都是手動進行的。

圖1新增樹脂塔工藝PID示意圖

Fig.1PIDdiagramofprocessfornewlyaddedchelatingresincolumn

再生過程分為9個步驟，再生條件如表4所示。

表4 新樹脂塔再生操作步驟和條件Table 4 Regeneration steps ofnewly added chelating resin column and required conditions

2.3新舊樹脂塔對照

(1)反水帽材質不同。3#裝置原樹脂塔反水帽為PVC材質，長期使用因再生過程中塔內液體溫度急劇變化，本身材質，在熱脹冷縮的應力作用下發生螺紋松動甚至斷裂，大量樹脂從斷裂處流失，進入廢水系統。新樹脂塔采用RPP材質，硬度高、剛性好,彈性模量高,線膨脹系數小具有極強的耐溫特性。

(2)再生過程鹽水置換方式不同。原樹脂塔鹽水置換時，鹽水由塔頂進入，塔底流出；新樹脂塔鹽水置換時，鹽水由塔底進入，塔頂流出。相比較而言，后者更有利于樹脂的蓬松，能夠徹底地將純水置換干凈，防止進槽鹽水濃度過低而損傷離子膜。

(3) 報警和連鎖。為保證樹脂塔再生效果，程序設置了再生步驟鹽酸閥連鎖和流量連鎖。當鹽酸排液閥開啟時，其總管閥與進口閥關閉，總管閥與進口閥開啟則鹽酸排液閥關閉；當純水流量低低時，燒堿進口閥與鹽酸進口閥關閉。設置再生流量連鎖，當流量低于設定值，樹脂塔停止再生，等待故障處理完畢。控制方案自動化程度高，設計合理，操作簡便，大大降低了操作人員的勞動強度。

3 樹脂塔操作及再生應注意的問題

在日常的樹脂塔操作中，主要控制以下6個方面[3]。

(1)一次鹽水的pH值為8.5～9.5。鹽水中的Ca2+、Mg2+在弱堿性條件下呈游離狀態，便于除去。

(2)控制精鹽水鹽水溫度為(60±2)℃。使用脫氯淡鹽水對精鹽水進行換熱，一方面提高樹脂交換活性，另一方面提高槽溫，節約蒸汽。

(3)確保樹脂塔壓差小于0.1 MPa。壓差高于0.1 MPa會導致大量樹脂破碎，應加大反洗時間沖出破碎樹脂，切換樹脂捕集器進行反沖。

(4)確認在過濾鹽水中不含游離氯(ClO-)：樹脂被鹽水中的游離氯氧化失活氧化，此時即使用倍量再生，吸附容量也不能恢復，應采取更換樹脂的辦法來解決。

(5)觀察再生樹脂層高度。酸再生過程，由“Ca”、“Mg”型樹脂轉變為“H”型，樹脂體積將收縮近20%；堿再生過程，樹脂由“H”型轉變為“Na”型，體積最高膨脹40%。

在此期間，崗位操作人員一定要觀察樹脂層的高度變化，確認其再生效果。

(6)定期進行倍量再生。每月一次倍量的深度再生，可使樹脂全部完成再生，轉化為“Na”型，恢復樹脂的吸附性能。

4 運行效果

精制二次鹽水中Ca2+、Mg2+的含量越高，則證明樹脂塔運行效果越好；反之樹脂塔吸附雜質離子的效果越差。12萬t/a螯合樹脂塔2015年9月投入運行，10月出塔鹽水中Ca2+、Mg2+的含量如表5所示。由表5可見：新樹脂塔投用以后，鈣鎂鐵等主要離子含量均未超標，表明新設計的12萬t/a螯合樹脂塔完全滿足裝置生產的需要。

5 結語

二次鹽水精制質量的好壞取決于螯合樹脂良好的性能，因此要嚴格控制工藝指標。12萬t/a螯合樹脂塔裝置的成功投用，大大緩解了鹽水二次精制系統的壓力，為裝置逐臺滾動檢修提供了條件，為電解裝置滿負荷生產提供了鹽水保障。

表5 2015年10月二次鹽水指標運行指標Table 5 Quality of secondary brine in October 2015 mg/L

[1] 武平麗，高國光.對樹脂塔的程序控制[J].氯堿工業，2000(8)：39-41.

[2] 高文群，董海棠.離子膜法燒堿電解系統中螯合樹脂塔的模塊[J].氯堿工業，2007(9)：10-12.

[3] 高鎖成.鹽水二次精制工藝控制[J].中國氯堿,2008(1)：20-22.