12萬(wàn)t/a螯合樹(shù)脂塔運(yùn)行總結(jié)

馮斌

(新疆華泰重化工有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830019)

新疆華泰重化工有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱“華泰重化工”)是新疆中泰集團(tuán)旗下主營(yíng)氯堿生產(chǎn)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(chǎn)線，以及配套的兩線二次鹽水精制系統(tǒng)，燒堿產(chǎn)能總計(jì)30萬(wàn)t/a。隨著離子膜電解槽的擴(kuò)能改造，樹(shù)脂塔的鹽水精制能力已不能滿足裝置生產(chǎn)的需求。如果樹(shù)脂塔處于滿負(fù)荷狀態(tài)，二次鹽水質(zhì)量下降，鈣、鎂等離子含量長(zhǎng)期偏高，對(duì)電解槽的平穩(wěn)運(yùn)行影響很大。為解決這一生產(chǎn)問(wèn)題，2015年9月，12萬(wàn)t/a螯合樹(shù)脂塔在華泰重化工投入運(yùn)行。

1 原樹(shù)脂塔運(yùn)行狀況

1.1再生工藝

3#鹽水精制工序引進(jìn)進(jìn)口樹(shù)脂塔工藝，采用3塔設(shè)計(jì)，每24 h頭塔下線再生，期間中間塔作為頭塔，兩塔在線運(yùn)行，8 h后再生完畢的塔上線作為尾塔3塔運(yùn)行，再生周期為62 h(每個(gè)塔62 h再生1次)。下線塔中螯合樹(shù)脂吸附了大量的鈣、鎂等陽(yáng)離子，須用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的鹽酸和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氫氧化鈉溶液進(jìn)行再生。再生過(guò)程程序控制及閥門開(kāi)關(guān)由DCS自動(dòng)控制[1]。 精制后的鹽水經(jīng)過(guò)樹(shù)脂捕集器后，送往電解槽。

樹(shù)脂塔再生步驟見(jiàn)表1。

1.2存在問(wèn)題

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

考慮到樹(shù)脂塔內(nèi)部返廠重新襯膠工作量大，維修周期長(zhǎng)。初步設(shè)定方案采用兩塔在線的自動(dòng)模式，即1塔切出系統(tǒng)進(jìn)行檢修，另外兩個(gè)樹(shù)脂塔按照正常程序1塔在線運(yùn)行，1塔下線再生。

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

為了補(bǔ)足鹽水生產(chǎn)系統(tǒng)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(tǒng)富余的精鹽水(總計(jì)70 m3)送至3#裝置D-160罐，以滿足電解槽生產(chǎn)負(fù)荷的鹽水需求。

電解生產(chǎn)要求的鹽水指標(biāo)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(zhì)量，在精鹽水管線改造后，分別對(duì)樹(shù)脂塔兩塔在線狀態(tài)的頭塔和尾塔進(jìn)行了取樣分析，數(shù)據(jù)如表2、表3所示。

由表2、表3分析可知：在系統(tǒng)滿負(fù)荷狀態(tài)下，如果切換兩塔運(yùn)行，再生過(guò)程中，單塔運(yùn)行二次鹽水中的Ca2+嚴(yán)重超標(biāo)，無(wú)法滿足電解槽對(duì)二次鹽水的質(zhì)量要求。

考慮到裝置產(chǎn)能、檢修周期與經(jīng)濟(jì)效益等因素，華泰重化工決定新增1套12萬(wàn)t/a樹(shù)脂塔項(xiàng)目，在樹(shù)脂塔出口管線分別設(shè)計(jì)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(shù)脂塔檢修問(wèn)題。

表2 頭塔出口處鹽水分析數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)Table 3 Analysis data of brine out of the end column outlet mg/L

2 新樹(shù)脂塔工藝

2.1螯合樹(shù)脂塔選型

考慮到新增加的12萬(wàn)t/a螯合樹(shù)脂塔主要作為備用的鹽水精制裝置，在提升裝置負(fù)荷時(shí)可以在4套鹽水裝置之間進(jìn)行鹽水量的調(diào)配，運(yùn)行負(fù)荷相對(duì)較低。由于無(wú)閑置廠房，在現(xiàn)有廠房新增1套裝置要求占地面積小，同時(shí)考慮到減少崗位操作頻次，因此選取工藝流程步驟少、相應(yīng)配套氣動(dòng)閥少、投資額度低的樹(shù)脂塔工藝。

華泰重化工對(duì)新增樹(shù)脂塔的設(shè)備規(guī)格、樹(shù)脂規(guī)格、鹽水要求如下。

(1)螯合樹(shù)脂塔規(guī)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(shù)脂主要規(guī)格。

球形；螯合樹(shù)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為52%～60%；

粒徑0.3～1.2 mm，有效粒徑0.35～0.55 mm；

均一系數(shù)<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(shù)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(dòng)模式。樹(shù)脂塔的再生程序和上、下線是自動(dòng)進(jìn)行的。

(2)半自動(dòng)模式。樹(shù)脂塔上、下線切換手動(dòng)，再生程序是自動(dòng)的。

(3)手動(dòng)模式。樹(shù)脂塔上、下線和再生步驟都是手動(dòng)進(jìn)行的。

圖1新增樹(shù)脂塔工藝PID示意圖

Fig.1PIDdiagramofprocessfornewlyaddedchelatingresincolumn

再生過(guò)程分為9個(gè)步驟，再生條件如表4所示。

表4 新樹(shù)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(shù)脂塔對(duì)照

(1)反水帽材質(zhì)不同。3#裝置原樹(shù)脂塔反水帽為PVC材質(zhì)，長(zhǎng)期使用因再生過(guò)程中塔內(nèi)液體溫度急劇變化，本身材質(zhì)，在熱脹冷縮的應(yīng)力作用下發(fā)生螺紋松動(dòng)甚至斷裂，大量樹(shù)脂從斷裂處流失，進(jìn)入廢水系統(tǒng)。新樹(shù)脂塔采用RPP材質(zhì)，硬度高、剛性好,彈性模量高,線膨脹系數(shù)小具有極強(qiáng)的耐溫特性。

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

(3) 報(bào)警和連鎖。為保證樹(shù)脂塔再生效果，程序設(shè)置了再生步驟鹽酸閥連鎖和流量連鎖。當(dāng)鹽酸排液閥開(kāi)啟時(shí)，其總管閥與進(jìn)口閥關(guān)閉，總管閥與進(jìn)口閥開(kāi)啟則鹽酸排液閥關(guān)閉；當(dāng)純水流量低低時(shí)，燒堿進(jìn)口閥與鹽酸進(jìn)口閥關(guān)閉。設(shè)置再生流量連鎖，當(dāng)流量低于設(shè)定值，樹(shù)脂塔停止再生，等待故障處理完畢。控制方案自動(dòng)化程度高，設(shè)計(jì)合理，操作簡(jiǎn)便，大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 樹(shù)脂塔操作及再生應(yīng)注意的問(wèn)題

在日常的樹(shù)脂塔操作中，主要控制以下6個(gè)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(tài)，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(duì)精鹽水進(jìn)行換熱，一方面提高樹(shù)脂交換活性，另一方面提高槽溫，節(jié)約蒸汽。

(3)確保樹(shù)脂塔壓差小于0.1 MPa。壓差高于0.1 MPa會(huì)導(dǎo)致大量樹(shù)脂破碎，應(yīng)加大反洗時(shí)間沖出破碎樹(shù)脂，切換樹(shù)脂捕集器進(jìn)行反沖。

(4)確認(rèn)在過(guò)濾鹽水中不含游離氯(ClO-)：樹(shù)脂被鹽水中的游離氯氧化失活氧化，此時(shí)即使用倍量再生，吸附容量也不能恢復(fù)，應(yīng)采取更換樹(shù)脂的辦法來(lái)解決。

(5)觀察再生樹(shù)脂層高度。酸再生過(guò)程，由“Ca”、“Mg”型樹(shù)脂轉(zhuǎn)變?yōu)椤癏”型，樹(shù)脂體積將收縮近20%；堿再生過(guò)程，樹(shù)脂由“H”型轉(zhuǎn)變?yōu)椤癗a”型，體積最高膨脹40%。

在此期間，崗位操作人員一定要觀察樹(shù)脂層的高度變化，確認(rèn)其再生效果。

(6)定期進(jìn)行倍量再生。每月一次倍量的深度再生，可使樹(shù)脂全部完成再生，轉(zhuǎn)化為“Na”型，恢復(fù)樹(shù)脂的吸附性能。

4 運(yùn)行效果

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

5 結(jié)語(yǔ)

二次鹽水精制質(zhì)量的好壞取決于螯合樹(shù)脂良好的性能，因此要嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)。12萬(wàn)t/a螯合樹(shù)脂塔裝置的成功投用，大大緩解了鹽水二次精制系統(tǒng)的壓力，為裝置逐臺(tái)滾動(dòng)檢修提供了條件，為電解裝置滿負(fù)荷生產(chǎn)提供了鹽水保障。

表5 2015年10月二次鹽水指標(biāo)運(yùn)行指標(biāo)Table 5 Quality of secondary brine in October 2015 mg/L

[1] 武平麗，高國(guó)光.對(duì)樹(shù)脂塔的程序控制[J].氯堿工業(yè)，2000(8)：39-41.

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