除盐水装置阳床再生液的选用

赵兴旺，王庆龙

（1 辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司，辽宁阜新123000；2 辽宁省煤制天然气工程技术研究中心，辽宁阜新123000；3 辽宁省煤制天然气工程研究中心，辽宁阜新123000；4 辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司企业博士后科研基地，辽宁阜新123000）

随着硫磺制酸工业的国产化、大型化，与之配套的树脂离子交换器水处理装置单套生产能力也大幅度提高，在H型强酸性阳离子交换过程中，当水中出现钠离子并超过一定的控制值时则视该树脂已经失效。为恢复其交换能力，离子交换树脂就需要进行再生，其再生过程是用酸液通过失效的树脂层，使树脂中的其它阳离子被排到溶液中去，而酸液中的氢离子则被树脂吸附着，再次形成HR型树脂而恢复其交换能力。

阳床失效后的再生工艺流程如图1。

图1 阳床失效后再生工艺流程

由于阳床再生时的再生剂有盐酸和浓硫酸两种选择，其再生过程反应如下所述。

（1）用盐酸再生时反应为

（2）用浓硫酸再生时反应为

1 盐酸和浓硫酸的性能及优缺点

1.1 盐酸的性能及优缺点

1.1.1 盐酸的性能

盐酸为无色透明液体，工业盐酸因带有FeCl2等杂质略带黄色，有极强腐蚀性，相对密度为1.19。

1.1.2 盐酸的优缺点

以盐酸作再生剂时，再生操作简单，只要将一定量的稀盐酸以一定的流速通过树脂就可以进行再生；离子交换容量比较高，可达到树脂全交换容量的50%～60%。所以用盐酸再生时不仅操作简便，对树脂再生后的效果也起到较好的改善，并且可以除去树脂层内的铁污染。

但是盐酸再生时大多以工业盐酸作再生剂，工业盐酸的浓度低 （一般为30%左右），相对用量大，而且盐酸的腐蚀性较强，所以对配酸系统作防腐工作提高了要求，使其系统增加而变得复杂；尤其当使用不慎时，有可能使水中的Cl－浓度增加，引起不锈钢设备的局部腐蚀。

1.2 浓硫酸的性能及其优缺点

1.2.1 浓硫酸的性能

浓硫酸为无色透明油状液体，强烈吸收水分，有极强腐蚀性和氧化性，相对密度为1.84。

1.2.2 浓硫酸的优缺点

以浓硫酸作再生剂时，由于浓硫酸的浓度高（一般为96%左右），故其相对用量较小；由于碳钢耐浓硫酸的腐蚀，故可直接用碳钢储槽存放、运输，配酸系统比较简单，防腐措施易解决；又因硫酸中不含Cl－故可避免不锈钢设备的局部腐蚀。

但以浓硫酸作再生剂时，由于硫酸二级离解度低，所以再生后树脂工作交换容量相对于盐酸再生就比较低，仅为全交换容量的30%左右；而且为了防止再生过程中硫酸钙沉淀析出和提高再生后工作交换容量，常采用先低浓度、高流速的硫酸再生液再生，然后逐步提高浓硫酸浓度，降低流速分步再生的方法，而这样再生后就使再生操作变得复杂。

2 盐酸与浓硫酸的储存与注意事项

2.1 使用浓硫酸或盐酸作再生剂时储存的不同点

盐酸为非氧化性酸，对铁等金属有强烈的腐蚀作用。随着盐酸浓度的增加，对铁等的腐蚀速度加快，而且铸铁在盐酸中的腐蚀速度要比碳钢受腐蚀的程度更加剧烈。

所以在储存盐酸时，使用铁制容器必须进行防腐。如采用涂刷环氧玻璃钢、辉绿岩衬里或衬胶等防腐。

稀硫酸可以与电位序在氢以前的金属，如铁金属等作用放出氢气。

所以在储存和使用70%以下的硫酸时，储存用的铁容器必须进行防腐。对于高于70%以上的硫酸，由于此时显示了其氧化性，即浓硫酸不与铁金属作用，就是因为铁在浓硫酸中产生了 “钝化”，也即在浓硫酸的氧化作用下，铁的表面生成了一层致密的保护膜，保护了铁金属，使其不能与浓硫酸继续反应。

工业用浓硫酸的浓度一般都是在92%以上，所以盛装浓硫酸的铁容器可以不作防腐，将酸直接储存在铁制容器中。

2.2 使用浓硫酸或盐酸作再生剂时的注意事项

2.2.1 使用盐酸作再生剂时的注意事项

（1）防止Cl－浓度增加对不锈钢的腐蚀 如果盐酸使用不当会造成Cl－增加，氯离子容易吸附在钝化膜上，把氧原子挤掉，然后和钝化膜中的阳离子结合形成可溶性氯化物；结果在露出来的机体金属上腐蚀一个小坑，这些小坑被成为蚀核，为了中和腐蚀坑内的电中性，外部的Cl－不断向坑内迁移使坑内金属进一步水解，如此循环，不锈钢不断的腐蚀越来越快，并且向孔的深度方向发展直至形成穿孔，造成设备漏液，进而导致危及生产及人身安全。

（2）防止盐酸贮槽上漂浮的酸雾 用盐酸作为阳离子交换剂时，常见盐酸的贮槽上漂浮着酸雾，这样不仅严重腐蚀设备，而且造成大气污染。所以要做好防止酸雾发生的措施 （常见有设置酸雾吸收器、石蜡油液封两种）。

2.2.2 使用浓硫酸作再生剂时的注意事项

（1）防止 “结钙” 在再生强酸性阳离子交换树脂时，如采用硫酸再生，由于再生产物为CaSO4，而CaSO4在水中的溶解度较小，在树脂层中有 “结钙”的危险。所以用硫酸作再生剂时，再生时的再生液浓度和流速是两大关键问题。

（2）防止再生时 “倒水” 浓硫酸溶解在水中产生大量的热，如果由于再生不慎，酸抽子倒水，使再生液输送水倒回浓硫酸计量箱时，则会由于浓硫酸的剧烈发热而可能导致浓酸计量箱的损坏。

所以在采用浓硫酸作再生剂时，除了稀酸系统及有关阀门应采用防腐措施外，还应有预防酸抽子“倒水”的措施，以防不测。

3 两种酸作再生剂时的选用

3.1 选择再生效果好的再生剂

对于阳床的再生剂主要有两种盐酸与硫酸。从再生效果上讲，盐酸优于硫酸。实验表明：当阳床运行流速均采用10 m／s，则再生剂用量均为4倍再生剂量。用盐酸再生，离子交换树脂的工作交换容量比用硫酸再生的可提高40%～50%。所以在各方面条件相似的情况下，可优先选用盐酸作再生剂。

3.2 操作方便，避免采用能与离子交换树脂所吸附的杂质产生不容性沉淀

在化学水处理工艺中，常采用盐酸作再生剂，而较少采用硫酸的有一个原因是：在再生操作中，如果再生液的浓度和流速掌握不好，极易在床层中产生硫酸钙沉淀。由于硫酸钙是一种难溶物，会附着在离子交换树脂颗粒的表面及内部网孔，较难洗出，因而引起树脂交换能力的降低。

3.3 化学性能稳定，不应引起离子交换树脂分解和氧化等作用

在再生阳床时，不选用硝酸作再生剂，就是由于其具有较强的氧化性，会对离子交换树脂产生氧化作用，影响交换树脂的使用周期。同时硝酸的价格也比较贵。

3.4 选用价格便宜、易购及储存便利的再生剂

尽管盐酸的再生效果优于硫酸，但盐酸价格较高，而且浓度低，对设备、管道有较强的腐蚀作用，对储存设备的防腐条件要求较高，而硫酸由于浓度高 （几乎是盐酸的3倍），而且价格便宜，使用较为经济，并且有好储运的特点。

3.5 不同床型的再生剂耗量

不同床型的再生剂耗量见表1。

表1 不同床型的再生剂耗量

4 结 论

由于盐酸作再生剂与浓硫酸作再生剂时都具有自己的特点，所以在实际使用中应根据上述情况作技术比较。如果硫酸当地有生产，而盐酸需从外地运来，则此时采用硫酸就为有利在再生操作中，只要妥善掌握硫酸的再生工艺条件 （浓度、流速等），也能取得满意的再生效果；但是如果两种酸液都在本地或者都不在本地，此时采用盐酸就为有利，因为盐酸作再生剂时再生效果较硫酸高出很多。所以在选择除盐水阳床再生剂时就需要因地制宜，用较为经济有效的方式选择使用浓硫酸还是盐酸。

［1］ 宋业林.化学水处理技术问答 ［M］.北京：中国石化出版社，2008.

［2］ 周本省.工业水处理技术 ［M］.北京：化学工业出版社，2011.

［3］Seymour R B，Storey R F.Developments in styrenealkydresins［J］.Eourpean Coatings Journal，1990，42（10）：5－11.

［4］ 夏敏文.热能工程设计手册 ［M］.北京：化学工业出版社，1998.

［5］ 周柏青，陈志和.热力发电厂水处理下册 ［M］.北京：水利电力出版社，1977.

［6］ 崔玉川，李思敏，李福勤.工业用水处理设施设计计算［M］.北京：化学工业出版社，2003.