樹脂塔運行周期的延長

2022-12-18 05:17:56林暾

氯堿工業 2022年10期

林暾

(萬華化學(寧波)氯堿有限公司，浙江寧波 315812)

氯堿工業是基礎化工工業之一,在經濟發展中具有重要地位。氯堿工業經歷了苛化法、水銀法、隔膜法、離子膜法等生產方法,無論何種生產方式,電解過程中使用的飽和鹽水質量尤為重要,精制鹽水的質量直接影響裝置的安全高效運行和下游產品質量。目前在二次鹽水精制工序普遍采用樹脂塔過濾方式。下面討論螯合樹脂塔理論運行周期及其影響因素，分析樹脂塔切塔周期由48 h延長到72 h的可行性及經濟效益，以減少離子交換樹脂再生用高純鹽酸、燒堿和純水的消耗，達到節能降耗的目的。

1 生產現狀及樹脂塔介紹

1.1 生產現狀

目前萬華化學(寧波)氯堿有限公司(以下簡稱“寧波萬華”)二次鹽水精制全部采用進口螯合樹脂，三期裝置共有4套樹脂塔裝置，樹脂塔一直運行良好，鹽水指標合格，樹脂的破碎率低，樹脂顏色正常。三期裝置每臺樹脂塔運行周期見表1。

經計算發現,樹脂塔理論運行周期遠大于目前的運行周期，所以選擇一期樹脂塔測試延長樹脂塔運行周期后的鹽水指標，如果延長后鹽水中雜質含量沒有太大變化，則可以節約成本和人工。

1.2 樹脂塔的特性

螯合樹脂的組分為具有活性離子交換基團的有機聚合物，并且帶有固定的負電荷。在給定的條件下，這些固定的負電荷和具有正電荷的離子有相對親和力，當螯合樹脂與含有鈣鎂離子的鹽水接觸時，其中的鈣鎂離子取代樹脂中不穩定的鈉離子，達到精制鹽水的目的。

表1 樹脂塔運行周期

1.3 樹脂塔的運行和螯合樹脂的再生

寧波萬華A線一期裝置二次鹽水精制工序每套共用3臺螯合樹脂塔，采用兩塔串聯上線運行、另外一塔線外再生的循環下線再生的方式。對過濾鹽水進行再處理后，鹽水質量達到離子膜電解的要求。螯合樹脂塔每隔48 h進行一次樹脂塔運行和再生的自動切換。每臺樹脂塔運行96 h后下線再生，下線樹脂塔再生步驟如表2所示。

表2 下線樹脂塔再生步驟

1.4 螯合樹脂再生的原理和意義

離子交換樹脂對鹽水的精制是通過螯合樹脂對金屬離子吸附和脫吸的反復循環而完成的，樹脂吸附離子的性能依次為Mg2+>Ca2+>Sr2+>Ba2+。螯合樹脂是一種具有環狀結構的絡合物。

螯合樹脂吸附鈣鎂離子后，失去了交換能力。為了恢復樹脂的交換能力，必須進行再生。再生時，首先用鹽酸將樹脂吸附的鈣鎂離子等金屬陽離子溶離下來，再用NaOH溶液進行轉型，使其轉變成具有交換能力的鈉型。

1.5 樹脂塔理論運行周期

樹脂塔運行時間=樹脂全體交換容量×樹脂再生交換率×樹脂利用率×鈣的克當量×樹脂總體積÷(鹽水流量×鈣鎂離子含量),各樹脂塔樹脂層數據如表3所示。

表3 樹脂塔樹脂層數據

寧波萬華目前一期樹脂塔的體積全交換容量為2 000 mol/m3；一次鹽水的鈣鎂質量濃度為5 mg/L；樹脂再生交換率為70%～80%，暫定樹脂再生交換率為70%；樹脂利用率為30%～90%，暫定樹脂利用率為50%；鈣的克當量為20 g/mol；鹽水流量136 m3/h。因此，單塔運行時間=(2 000×0.7×0.5×20×9.98)÷(136×5)=205 h，約8.5天，遠大于目前單塔的運行時間(4天)。

2 延長樹脂塔運行周期

2.1 執行計劃

目前工藝樹脂塔為2天切換1次，目標是延長至3天切換1次。

(1)將樹脂塔切換周期延長至2.5天，測試期間每天安排前塔分析，每個下線塔的再生按照樹脂塔再生效果評價的步驟進行，關注每個下線塔的再生效果，如果某個塔連續3次下線再生和運行都正常，則該塔的切換時間可以固化。

(2)將樹脂塔切換周期延長至3天，重復上述步驟。測試期間若出現在線檢測的鹽水中鈣鎂含量超標，按照目前的鈣鎂超標處理程序進行處理，若下一次上線運行到該時間前還出現異常，則該塔判斷為測試極限，停止測試。

(3)鈣鎂超標處理程序。

①有備用塔。

當2×10-8≤w(Ca2++Mg2+)<3×10-8時，將剛上線的樹脂塔下線重新充液，充液2 h后，切換上線。觀察ICP測得的Ca2+和Mg2+質量分數，若Ca2+和Mg2+質量分數正常，繼續運行；若充液完成后的樹脂塔上線后w(Ca2++Mg2+)≥2×10-8，須下線重新再生。若w(Ca2++Mg2+)≥3×10-8，則剛上線的樹脂塔直接下線再生。

②無備用塔。

根據ICP測得的Ca2+和Mg2+質量分數適當降電流：當w(Ca2++Mg2+)為(2～3)×10-8時，電流降至10.80 kA；當w(Ca2++Mg2+)為(3～5)×10-8時，電流降至8.00 kA；當w(Ca2++Mg2+)為(5～8)×10-8時，電流降至6.00 kA；當w(Ca2++Mg2+)為(8～10)×10-8時，電流降至4.00 kA；當w(Ca2++Mg2+)>10×10-8時，電解槽采取緊急停車措施。

對前塔進行取樣分析，如前塔w(Ca2++Mg2+)<2×10-8時，將鹽水切換至單塔運行，電流回升。

2.2 延長再生周期的危害及應對措施

2.2.1 危害

(1)運行時間過長會造成樹脂結塊，鹽水偏流；反應不完全，鹽水中鈣鎂含量上升；樹脂塔塔壓上升。

(2)樹脂破碎，細小樹脂會堵塞過濾器，樹脂失去去除鈣鎂能力。

(3)下線后再生效果無法保證。

(1)將樹脂塔切換周期延長至3天，待樹脂塔下線后觀察再生效果。

(2)日常巡檢跟蹤樹脂狀況，關注精鹽水中鈣鎂含量趨勢。

(3)增加取樣分析頻次，保證鈣、鎂、鍶、鐵等含量在正常指標內。

2.3 其他注意事項

(1)鹽水溫度。

溫度高可以提高化學反應速率，但是鹽水溫度過高又會破壞樹脂的性能。所以設置65 ℃為溫度高報警值，65 ℃停止加熱鹽水。

(2)pH值。

過濾鹽水的pH值一般控制在9～10.5，過低會影響樹脂的吸附能力，過高則會使Mg2+形成沉淀，影響精制鹽水質量。

另外，還可以將每章章節和大小標題作為線索，標題是文章的眼睛，透過標題能夠大致了解文章圍繞的中心內容。也可以從自身理解的角度進行復習，搞清楚歷史狀況本質以及結論的變化，結合歷史事件的發展對因果關系進行總結，對所有事件的發生都需要懷揣著為什么會發生的態度去學習，盡可能多方面多角度探索歷史軌跡，用理性思維記住整個歷史發展進程。高三學生一輪歷史復習應該是系統理性思維以及多元化的，并且切記不可粗略的對知識進行回顧，時間一長就會忘得一干二凈。

(3)倍量再生。

根據生產經驗，定期進行倍量再生，對延長樹脂塔的使用壽命很有意義。

(4)大流量反洗。

大流量反洗主要是去除破碎的樹脂，降低塔的壓降，對于破碎率高的樹脂，大流量反洗的頻率就高一些，甚至還要在反洗時加鼓泡操作。

(5)樹脂床層高度及平整度。

定期檢查樹脂床層高度，低于1.2 m 則及時添加樹脂。定期檢查樹脂床層平整度，防止出現溝流。