化學水站陰陽床再生控制優化

摘要：介紹采用雙室雙層浮動床的程序控制優化。通過對陰陽床再生酸堿用量的理論計算，優化再生工藝；通過對陰陽床再生過程的分析，摸索出可靠的優化方案，減少再生水用量，減少污水總量，達到降物耗和減排水。

關鍵詞：除鹽水站；雙室雙層浮動床；酸堿耗量；酸堿濃度雙室雙層浮動床是強弱樹脂聯合應用工藝，利用強型和弱型不同的特點，充分發揮各自的優點。制水時，弱型樹脂減輕了強型樹脂的負荷，同時發揮強型樹脂交換的徹底性，保證了出水質量；再生時，全部再生劑先通過強型樹脂，再生后的廢液再通過弱型樹脂。這樣發揮了弱型樹脂易再生、省再生劑的長處，使再生劑的比耗能夠降到1.0～1.2。本文以中國石化青島煉油化工責任有限公司化學水站對陰陽床的再生控制進行分析和優化。

1裝置簡介

本公司一級除鹽工藝采用陰陽雙室浮床+除碳工藝，預處理系統出水進入陽床底部入口，水由下至上運行。下室D111FC型大孔弱酸性丙烯酸系陽離子交換樹脂，下室出水由塔內進入上室。上室裝有D001FC大孔強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂。陽床出水進入對應的除CO2器，水中的CO2被除CO2器風機的鼓風空氣帶走。通過中間水泵送至陰床底部入口，水由下至上運行。陰床下室裝有SQD92大孔弱堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂，除去水中強酸陰離子。上室裝有D201FC大孔強堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂，可以除去水中余下的強酸陰離子和弱酸陰離子。陰床出水即為一級除鹽水（其電導率小于5 μS/cm），并送入二級除鹽系統。

2樹脂再生劑耗量調整

傳統再生技術為了保證再生效果，采用的均是過量再生，即用離子交換樹脂交換容量的1.5倍物質的量來確定再生劑的用量，這樣必然造成再生廢液中有大量的過量酸堿隨著排出。而且再生液是用大量的除鹽水配制，這也勢必造成大量的除鹽水浪費，廢酸液、廢堿液不能等物質的量排出，中和廢酸堿液問題，又造成了再生劑的二次浪費。

2.1樹脂再生劑耗量計算

以設計條件下的數據推算理論酸堿用量，除鹽水站的工藝設計主要參照HG/T 20552—2016《化工企業化學式處理設計計算標準》執行，列舉了主要的計算過程（見表1）。

2.1.1實際樹脂裝填量

在化學水站對流再生離子交換器（雙室床）陽離子交換器中，強酸陽樹脂量為22 m3，弱酸陽樹脂量為7.01 m3；陰離子交換器中強堿陰樹脂量為7.5 m3，弱堿陰樹脂量為18.1 m3。其中濕視密度分別取：弱酸陽樹脂為0.82 g/cm3，強酸陽樹脂為0.8 g/cm3，弱堿陰樹脂為0.82 g/cm3，強堿陰樹脂為0.7 g/cm3。

2.1.2樹脂工作交換容量

理論上全交換容量與工作交換容量沒有固定的比值關系，不能以全交換容量換算工作交換容量。但是由于工作交換容量的難以測定和不可控因素過多，再加上是理論上計算酸堿耗量，所以一般取體積交換容量的50%來計算。

取弱酸陽樹脂的工作交換容量為1 750 mmol/L，強酸陽樹脂的工作交換容量為998 mmol/L。SQD92弱堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂是蘇青集團制備的樹脂，可以參考樹脂設計數據，取弱堿性樹脂的工作交換容量為800 mmol/L，取強堿陰樹脂的工作交換容量為500 mmol/L。

2.1.3再生劑耗量計算

（1） 陽床再生用酸量按下式計算：G1=（V′C1×EC1+V′C2×EC2）×gC×10-3

V1=100×G1C1×ρ1式中：

G1——100%純度酸再生劑質量耗量（kg）；

gC——酸再生劑耗量（mg/mmol），酸耗取值范圍為：40～50 g/mol，取47 g/mol；

V1——液體工業產品酸再生劑體積耗量（m3）；

C1——液體工業產品酸再生劑的質量分數（%）；

ρ1——液體工業產品酸再生劑的密度（kg/m3），取1.155 kg/m3。

由樹脂裝填數據可知，強酸性陽樹脂是弱酸性陽樹脂的3倍，根據雙室雙層浮動床的再生原理，下室所填裝的弱酸性陽樹脂可利用上室強酸性陽樹脂再生后的廢酸再生，所以計算時可將弱酸性陽樹脂所需的酸耗量忽略不計。

所以：G1=22.8×998×47×10-3=1 070 kg

M1=1 0700.31=3 451 kg式中：

M1——31%純度酸再生劑質量耗量（kg）。

（2） 陰床再生用堿量按下式計算：

根據雙室雙層浮動床的再生原理，本次計算取弱堿陰樹脂量的2/3代入計算。G2=（7.5×500+12×800）×60×10-3=801 kg

M2=8010.32=2 503 kg式中：

M2——32%純度堿再生劑質量耗量（kg）。

2.2樹脂酸堿耗量調整對比試驗

在確定再生劑耗量的基礎上，進一步做了進酸量與單系列周期制水量對比試驗。從2021年5月6日起至6月8日，總計再生20套一級系統，以用酸量3 300 kg為分界，酸量高于3 300 kg時平均制水量為17 891 m3，酸量低于3 300 kg的平均制水量為18 991 m3。過量再生與陰陽床再生酸堿用量按上述計算控制量（HCl≤3 451 kg；NaOH≤2 500 kg）相比，其制水量相差不大。

實際應用時，根據來水水質變化、出水電導率變化、樹脂失效度情況，靈活調整酸堿用量。如電導率表現為陽床失效，則用酸量增大（≤3 451 kg），用堿量相應減少。若水質變化，電導率表現為陰床失效，則用堿量增大（≤2 500 kg），用酸量相應減少。達到再生時合理使用酸堿，節能降耗。

3雙室浮動床再生濃度的調整

當再生劑用量一定，適當增加再生劑濃度，可以提高再生效率。再生劑濃度太低，可能使再生反應不徹底，同時還會增加再生操作時間和自用水率；再生劑濃度太高，會縮短再生劑與樹脂的接觸時間，反而降低再生效率。所以在一定范圍內再生劑濃度的提高，不但節約了自用水量，還能使再生程度提高。目前，一級系統再生酸濃度控制在3%～5%，再生堿濃度控制在2%～4%。

3.1雙室浮動床酸濃度對比試驗

以試驗期間20套陰陽床為研究對象，分別研究再生酸濃度在3.0%～4.5%與gt;4.5%作對比試驗。其中再生酸濃度在3.0%～4.5%時，平均制水量為17 415 m3，當再生酸濃度gt;4.5%時，平均制水量為19 831 m3。

對于陽樹脂，在低再生濃度區，H+隨鹽酸濃度的增加而增多，置換的離子也相應增多，再生度提高。當鹽酸濃度增加到一定程度，進入高濃度區，此時，高濃度的鹽酸容易使樹脂發生破碎。所以陽床再生酸濃度提高1%，控制在4%～5%。

3.2雙室浮動床堿濃度的調整

陰樹脂再生時，再生劑先與強堿性樹脂交換，因強堿性樹脂主要吸著的是硅酸，故排出的再生液中含有大量硅酸鹽膠體物質，用此再生液再去再生弱堿性樹脂容易發生膠體硅析出，污染弱陰樹脂，故運行中需采取措施防止膠體硅析出。所以采用較低再生劑濃度為宜，故再生堿濃度仍控制在2%～4%。

4經濟核算

根據2020年數據，累計再生125套陰陽床。2021年至今陰陽床平均耗酸量3 395 kg，平均耗堿量2 940 kg，年平均可節約燒堿54.6 t（32%）。按再生時用再生水（二級除鹽水）稀釋成3%的再生液，可節約再生水522.5 t。根據試驗對比確定將酸濃度由3%～5%提升至4%～5%，酸濃度由3%提升至4%時，可節約再生水（二級除鹽水）約10 t，清洗水量總計節約25 t。故二級水年節約4 897.5 t；中和池外排污水4 897.5 t；按電耗1.124 kWh/t，除鹽水年可節約5 504.5 kWh。

按廠標價：32%液堿535.64元/t，31%鹽酸354.76元/t，電0.58元/kWh，二級除鹽水12.3元/t，污水處理費用5.62元/t，排污費0.3元/t。節約費用：液堿費用2.9萬元；電費用0.32萬元；二級除鹽水費用6.1萬元；污水處理費用2.8萬元；排污費用0.15萬元。總計年節約12.27萬元。通過對再生條件的優化，實現了良好的經濟效益和環保效益。