12万t/a螯合树脂塔运行总结

冯斌

(新疆华泰重化工有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830019)

新疆华泰重化工有限责任公司(以下简称“华泰重化工”)是新疆中泰集团旗下主营氯碱生产的子公司。华泰重化工拥有3套离子膜电解装置，其中3#装置有A、B两条生产线，以及配套的两线二次盐水精制系统，烧碱产能总计30万t/a。随着离子膜电解槽的扩能改造，树脂塔的盐水精制能力已不能满足装置生产的需求。如果树脂塔处于满负荷状态，二次盐水质量下降，钙、镁等离子含量长期偏高，对电解槽的平稳运行影响很大。为解决这一生产问题，2015年9月，12万t/a螯合树脂塔在华泰重化工投入运行。

1 原树脂塔运行状况

1.1再生工艺

3#盐水精制工序引进进口树脂塔工艺，采用3塔设计，每24 h头塔下线再生，期间中间塔作为头塔，两塔在线运行，8 h后再生完毕的塔上线作为尾塔3塔运行，再生周期为62 h(每个塔62 h再生1次)。下线塔中螯合树脂吸附了大量的钙、镁等阳离子，须用质量分数为4%的盐酸和质量分数为5%的氢氧化钠溶液进行再生。再生过程程序控制及阀门开关由DCS自动控制[1]。 精制后的盐水经过树脂捕集器后，送往电解槽。

树脂塔再生步骤见表1。

1.2存在问题

3#装置树脂塔因内部低钙、镁衬胶破裂，树脂大量从断裂位置流失进入盐水系统，树脂层高度低于观察试镜(1.2 m以下)，给电解生产系统带来极大的隐患。

考虑到树脂塔内部返厂重新衬胶工作量大，维修周期长。初步设定方案采用两塔在线的自动模式，即1塔切出系统进行检修，另外两个树脂塔按照正常程序1塔在线运行，1塔下线再生。

表1 树脂塔再生操作步骤和条件Table 1 Regeneration steps ofchelating resin column and required conditions

为了补足盐水生产系统的缺额量，从1#、2#装置分别配置两根DN 200的CPVC管线，将两套系统富余的精盐水(总计70 m3)送至3#装置D-160罐，以满足电解槽生产负荷的盐水需求。

电解生产要求的盐水指标为：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。

为确保精盐水质量，在精盐水管线改造后，分别对树脂塔两塔在线状态的头塔和尾塔进行了取样分析，数据如表2、表3所示。

由表2、表3分析可知：在系统满负荷状态下，如果切换两塔运行，再生过程中，单塔运行二次盐水中的Ca2+严重超标，无法满足电解槽对二次盐水的质量要求。

考虑到装置产能、检修周期与经济效益等因素，华泰重化工决定新增1套12万t/a树脂塔项目，在树脂塔出口管线分别设计连接4套盐水装置的精盐水管线，可以解决任意一套装置树脂塔检修问题。

表2 头塔出口处盐水分析数据Table 2 Analysis data of brine out of the first column outlet mg/L

表3 尾塔出口处盐水分析数据Table 3 Analysis data of brine out of the end column outlet mg/L

2 新树脂塔工艺

2.1螯合树脂塔选型

考虑到新增加的12万t/a螯合树脂塔主要作为备用的盐水精制装置，在提升装置负荷时可以在4套盐水装置之间进行盐水量的调配，运行负荷相对较低。由于无闲置厂房，在现有厂房新增1套装置要求占地面积小，同时考虑到减少岗位操作频次，因此选取工艺流程步骤少、相应配套气动阀少、投资额度低的树脂塔工艺。

华泰重化工对新增树脂塔的设备规格、树脂规格、盐水要求如下。

(1)螯合树脂塔规格。

塔速27.5 m3/h，盐水流量144 m3/h，筒体高度3.5 m，封头体积2.105 m3，直径2 600 mm，总体积22.78 m。

(2)螯合树脂主要规格。

球形；螯合树脂交换容量c(Na+)为0.6 mmol/(mL·R-Na)；

耐用温度：Na型为120 ℃，H型为80 ℃；

在水中的体积变化R-H/R-Na为0.75；

含水质量分数为52%～60%；

粒径0.3～1.2 mm，有效粒径0.35～0.55 mm；

均一系数<1.7；

操作温度为15～65 ℃；

pH值适用范围为9～12。

(3)盐水要求。

出塔盐水：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；

操作温度为58～62 ℃，再生温度不低于室温。

2.2再生工艺

华泰重化工树脂塔的工艺流程如图1所示，采用的DCS控制程序有3种操作模式[2]。

(1)自动模式。树脂塔的再生程序和上、下线是自动进行的。

(2)半自动模式。树脂塔上、下线切换手动，再生程序是自动的。

(3)手动模式。树脂塔上、下线和再生步骤都是手动进行的。

图1新增树脂塔工艺PID示意图

Fig.1PIDdiagramofprocessfornewlyaddedchelatingresincolumn

再生过程分为9个步骤，再生条件如表4所示。

表4 新树脂塔再生操作步骤和条件Table 4 Regeneration steps ofnewly added chelating resin column and required conditions

2.3新旧树脂塔对照

(1)反水帽材质不同。3#装置原树脂塔反水帽为PVC材质，长期使用因再生过程中塔内液体温度急剧变化，本身材质，在热胀冷缩的应力作用下发生螺纹松动甚至断裂，大量树脂从断裂处流失，进入废水系统。新树脂塔采用RPP材质，硬度高、刚性好,弹性模量高,线膨胀系数小具有极强的耐温特性。

(2)再生过程盐水置换方式不同。原树脂塔盐水置换时，盐水由塔顶进入，塔底流出；新树脂塔盐水置换时，盐水由塔底进入，塔顶流出。相比较而言，后者更有利于树脂的蓬松，能够彻底地将纯水置换干净，防止进槽盐水浓度过低而损伤离子膜。

(3) 报警和连锁。为保证树脂塔再生效果，程序设置了再生步骤盐酸阀连锁和流量连锁。当盐酸排液阀开启时，其总管阀与进口阀关闭，总管阀与进口阀开启则盐酸排液阀关闭；当纯水流量低低时，烧碱进口阀与盐酸进口阀关闭。设置再生流量连锁，当流量低于设定值，树脂塔停止再生，等待故障处理完毕。控制方案自动化程度高，设计合理，操作简便，大大降低了操作人员的劳动强度。

3 树脂塔操作及再生应注意的问题

在日常的树脂塔操作中，主要控制以下6个方面[3]。

(1)一次盐水的pH值为8.5～9.5。盐水中的Ca2+、Mg2+在弱碱性条件下呈游离状态，便于除去。

(2)控制精盐水盐水温度为(60±2)℃。使用脱氯淡盐水对精盐水进行换热，一方面提高树脂交换活性，另一方面提高槽温，节约蒸汽。

(3)确保树脂塔压差小于0.1 MPa。压差高于0.1 MPa会导致大量树脂破碎，应加大反洗时间冲出破碎树脂，切换树脂捕集器进行反冲。

(4)确认在过滤盐水中不含游离氯(ClO-)：树脂被盐水中的游离氯氧化失活氧化，此时即使用倍量再生，吸附容量也不能恢复，应采取更换树脂的办法来解决。

(5)观察再生树脂层高度。酸再生过程，由“Ca”、“Mg”型树脂转变为“H”型，树脂体积将收缩近20%；碱再生过程，树脂由“H”型转变为“Na”型，体积最高膨胀40%。

在此期间，岗位操作人员一定要观察树脂层的高度变化，确认其再生效果。

(6)定期进行倍量再生。每月一次倍量的深度再生，可使树脂全部完成再生，转化为“Na”型，恢复树脂的吸附性能。

4 运行效果

精制二次盐水中Ca2+、Mg2+的含量越高，则证明树脂塔运行效果越好；反之树脂塔吸附杂质离子的效果越差。12万t/a螯合树脂塔2015年9月投入运行，10月出塔盐水中Ca2+、Mg2+的含量如表5所示。由表5可见：新树脂塔投用以后，钙镁铁等主要离子含量均未超标，表明新设计的12万t/a螯合树脂塔完全满足装置生产的需要。

5 结语

二次盐水精制质量的好坏取决于螯合树脂良好的性能，因此要严格控制工艺指标。12万t/a螯合树脂塔装置的成功投用，大大缓解了盐水二次精制系统的压力，为装置逐台滚动检修提供了条件，为电解装置满负荷生产提供了盐水保障。

表5 2015年10月二次盐水指标运行指标Table 5 Quality of secondary brine in October 2015 mg/L

[1] 武平丽，高国光.对树脂塔的程序控制[J].氯碱工业，2000(8)：39-41.

[2] 高文群，董海棠.离子膜法烧碱电解系统中螯合树脂塔的模块[J].氯碱工业，2007(9)：10-12.

[3] 高锁成.盐水二次精制工艺控制[J].中国氯碱,2008(1)：20-22.