利用鈣、鎂在線分析儀檢測數據改變樹脂塔運行模式

胡順程，尹建平，馬海濱，侯偉，孔繁超

(新疆天業(集團)天偉化工有限公司，新疆 石河子 832000)

天偉化工有限公司(以下簡稱“天偉化工”)是新疆天業集團旗下離子膜法燒堿15 t/a的氯堿企業，2014年4月開車以來，天偉化工始終將技術創新作為第一生產力，經過不懈努力，在安全、環保、能耗、產品質量等方面取得了優異的成績。

1 鹽水二次精制的工藝流程及生產現狀

一次精制鹽水進行二次精制時，為了使樹脂對鈣、鎂等多價金屬陽離子表現出較強的吸附活性，需以脫氯淡鹽水或蒸汽為熱源將過濾鹽水溫度升至55～65℃［1］。

鹽水流經樹脂床時鹽水中的鈣、鎂等多價金屬陽離子會與樹脂分子形成鍵能更高的配位鍵，取代樹脂分子中的鈉離子，完成對鹽水的精制。樹脂不斷吸附鹽水中的多價金屬陽離子致樹脂床的吸附前沿下移，當樹脂塔運行至特定時長時，需要對樹脂進行再生。

樹脂塔再生的核心步驟是酸再生和堿再生。酸再生時因為氫離子是半徑最小的陽離子而且沒有外層電子，所以氫離子與樹脂分子的親和力遠大于其他陽離子，氫離子將與樹脂分子形成配位鍵的鈣、鎂離子和樹脂分子中具有吸附活性的鈉離子一起置換下來，生成不具備吸附活性且顯酸性的H型樹脂。H型樹脂再通過堿再生進行酸堿中和，生成具有吸附活性的Na型樹脂［2］。

氯堿行業鹽水二次精制所用的樹脂塔運行模式是雙塔串聯運行，一塔下線再生。一般情況下，樹脂塔一天切換一次，切換后前塔變再生塔，后塔變前塔，再生塔上線。

鈣、鎂在線分析儀的應用使天偉化工鹽水品質實現了在線控制，使樹脂塔再生頻率由24 h延長至48 h。通過鈣、鎂在線分析儀監測數據和化驗室做樣分析發現即使延長樹脂塔的再生頻率，樹脂塔進入再生流程時出口鹽水質量依然滿足工藝要求，也就是說樹脂吸附活性遠沒有達到飽和就進入再生流程，樹脂塔的部分吸附活性在再生時被浪費，高頻率的再生使螯合樹脂的機械強度下降，使用壽命縮短，氯堿生產水耗高。樹脂塔下線24 h或48 h內再生過程僅占10 h左右，長時間的等待狀態和高頻率的再生，降低了樹脂在生產中的利用率。

2 對新工藝的研發

目前樹脂塔再生采用固定頻率，鈣、鎂在線分析儀僅僅作為檢測設備使用，只有當鈣、鎂在線分析儀顯示鹽水質量不合格后，經化驗確認樹脂塔才會進行提前再生。為最大程度發揮樹脂的吸附活性和提高樹脂利用率，天偉化工創新性地將鈣、鎂在線分析儀檢測數據應用到工藝控制上(如圖1所示)，并改變了樹脂塔運行的傳統模式，使樹脂塔運行模式由雙塔串聯變成雙塔－三塔切換串聯。該項研發成果已申請了相關專利。

圖1 將鈣、鎂在線分析儀檢測數據應用到工藝控制上流程示意圖Fig.1 Process flow of applying the detection data of calcium and magnesium on-line analyzer to process control

預先設定A塔(14)、B塔(15)運行，C塔(16)塔再生，具體方法如下。

螯合A塔(14)、B(15)運行，一次精制鹽水流經遠程控制閥(1)、A塔、遠程控制閥(7)、B塔、遠程控制閥(5)，完成鹽水的二次精制，鹽水經過遠程控制閥(10)、(11)進入鈣、鎂在線分析儀，監測一次精制鹽水及A塔出口鹽水鈣、鎂離子含量;C塔(16)下線再生，再生合格后立即操作C塔上線，依次開遠程控制閥(6)、(8)，關遠程控制閥(5)，此時A塔(14)、B(15)、C(16)三塔串聯，一次精制鹽水依次流經遠程控制閥(1)、A塔(14)、遠程控制閥(7)、B塔(15)、遠程控制閥(8)、C塔(16)、遠程控制閥(6)，完成鹽水的二次精制，鹽水經過遠程控制閥(10)、(11)進入鈣、鎂在線分析儀監測一次精制鹽水及A塔(14)出口鹽水鈣、鎂離子含量。

當A塔(14)出口鈣、鎂離子含量與一次精制鹽水鈣、鎂離子含量的比值達到設定值時，操作A塔(14)下線再生，開遠程控制閥(2)，依次關遠程控制閥(1)、(7)，此時B塔(15)、C(16)雙塔串聯，一次精制鹽水流經遠程控制閥(2)、B塔(15)、遠程控制閥(8)、C塔(16)、遠程控制閥(6)，完成鹽水的二次精制，鹽水經過遠程控制閥(10)、(12)進入鈣、鎂在線分析儀監測一次精制鹽水及B塔(15)出口鹽水鈣、鎂離子含量。

A塔再生合格后立即操作A塔(14)上線，依次開遠程控制閥(4)、(9)，關遠程控制閥(6)，此時B塔(15)、C(16)、A(14)三塔串聯，一次精制鹽水流經遠程控制閥(2)、B塔(15)、遠程控制閥h8)、C塔(16)，遠程控制閥(9)、A塔(14)、遠程控制閥(4)，完成鹽水的二次精制，鹽水經過遠程控制閥(10)、(12)進入鈣、鎂在線分析儀監測一次精制鹽水及B塔(15)出口鹽水鈣、鎂離子含量。

其余塔再生與在線運行診此類推。

如此，螯合樹脂塔采用A→B→C、B→C、B→C→A、C→A、C→A→B、A→B雙塔、三塔切換串聯運行模式。螯合樹脂塔運行、再生及鹽水鈣、鎂離子監測均采用DCS自動化系統操作控制。

3 結語

天偉化工將鈣、鎂在線分析儀檢測數據應用到工藝控制上，壓縮了樹脂塔再生時間，改變了鹽水精制的工藝流程，提高了樹脂利用率。雙塔－三塔切換串聯，最大限度的發揮了樹脂的吸附活性，延長了樹脂塔的再生頻率，降低了樹脂再生的酸、堿、水耗，緩解了氯堿生產的廢水平衡壓力。三塔串聯時，在一定程度上還能提高了鹽水的品質。