HCl替代H2SO4作为阳离子交换树脂再生剂的优势

龚志洋(国家能源集团宁夏煤业有限公司煤制油分公司，宁夏 银川 750411)

0 引言

阳床作为化工生产中除盐水去除阳离子重要装置，再生剂的使用种类直接影响阳床的运行周期和产水指标[1]。在配置再生剂的过程中，不同的再生剂安全性和可操作性不同，尤其是对制水量超过2 500 m3/h除盐水装置，采用安全有效的再生剂在保证员工操作安全和提高装置的使用寿命方面具有重要意义。

1 再生剂使用情况和现状

国家能源集团宁夏煤业有限公司煤制油分公司(以下简称“煤制油分公司”)的除盐水装置阳离子交换床、混合离子交换床、透平凝液混合离子交换床、工艺凝液混合离子交换床阳树脂使用的再生剂为浓度98%的硫酸，主要由煤制油罐区通过管道送入除盐水装置酸碱储存间备用[2]。大检修后期除盐水装置需要提前开车时，可能会遇到罐区部分装置仍不具备投运条件的问题，此时硫酸供应会短缺。同时用硫酸做再生剂极易产生硫酸钙沉淀，积累速度较快，可能对离子交换床的运行产生不可逆影响，一旦不易溶的硫酸钙堵塞了树脂孔道并导致其板结，只有更换新树脂一种选择。另外，硫酸钙沉淀对水帽的堵塞问题，也无法忽视。鉴于以上原因，公司计划将再生剂更换为盐酸，盐酸的再生方式简便、自用水耗较低、再生耗时相对较低，这些优势使盐酸成为树脂再生的最佳选择。

2 离子交换床基本情况

煤制油分公司需要用酸做再生剂的离子交换床数量多，树脂使用量大，考虑到硫酸做再生剂产生的硫酸钙沉淀，会对离子交换床的运行产生不可逆影响，硫酸钙容易堵塞树脂孔道并导致其板结，更换再生剂很有必要。煤制油分公司需要用酸做再生剂的离子交换床基本情况如表1所示。

表1 酸再生的离子交换床数据

2.1 盐酸再生与硫酸再生优劣势对比

盐酸再生与硫酸作为再生剂各有优劣，但盐酸再生整体优于硫酸再生。盐酸再生法较硫酸再生法在安全、设备腐蚀性等方面不具备优势，但如果从工艺角度考虑，其简便的再生方式、较低的自用水耗、相对较低的再生耗时，都使盐酸成为树脂再生的最佳选择。而硫酸虽然因原始设计完善，在安全与设备腐蚀上具有优势，但是其极易产生硫酸钙沉淀，积累速度较快，可能对离子交换床的运行产生不可逆影响，一旦不易溶的硫酸钙堵塞了树脂孔道并导致其板结，只有更换树脂一种选择。另外，硫酸钙沉淀对水帽的堵塞问题，也无法忽视。

2.2 盐酸再生剂对下游水处理装置的影响

(1)含盐废水处理装置进水氯离子设计值为582.3 mg/L，对装置反渗透产水总管以及浓水总管氯离子检测均未超出设计值，按照反渗透4倍浓缩推断综合调节水罐出水氯离子在300～500 mg/L之间，未超出设计值。

(2)考虑蒸发器氯离子在小于设计值52 941 mg/L的条件下，产生盐卤中的氯离子含量越高，外送至厂外蒸发塘时蒸发结晶盐效果越好，氯化钠结晶效果要优于硫酸钠结晶效果。

3 盐酸再生剂的再生原理与应用

3.1 静态再生

阳离子交换树脂再生剂进行静态再生，首先会受到浸泡时间的干扰，将10 mL的失效阳树脂和浓度5%的30 mL的HCl再生液混合，对各个浸泡时间树脂呈现出的再生度进行检测。发现再生液用量相同的条件下，如果浸泡时间不足4 h，那么时间将会是树脂再生度非常关键的影响元素，当浸泡时间延长，再生度也会因此而提高[3]。然而在检测中需要注意，浸泡时间大于4 h，那么再生度会在浸泡时间因素的干扰下延缓增长速度，树脂再生度增长到最高也只有64%。

其次应分析再生液用量这一因素的影响。试验检测中在浓度5%的20 mL、30 mL、50 mL的HCl再生液中，掺加10 mL的失效阳树脂，随后检测各个再生液用量条件下的树脂再生度数据。浸泡时间相同时，浓度为5%的HCl再生液用量比3倍树脂体积小，此时再生液提高幅度十分明显。若是相同浓度的再生液用量超过3倍树脂体积，此时再生液提高幅度不是非常显著，树脂再生度最高值仅为64%[4]。

最后，静态再生形式会带来直观的影响。同样将10 mL失效阳树脂和浓度5%的30 mL的HCl再生液混合，采取静态浸泡这种方式，浸泡时间为30 min，浸泡之后再使用除盐水进行冲洗，直到冲洗到中性为止。冲洗之后掺加10 mL 5%的HCl，同样浸泡30 min，冲洗到中性之后循环上述流程3次，再检测阳树脂再生度，对比一次性掺加30 mL浓度为5%的HCl静态浸泡树脂再生度。经过检测发现如果再生液用量一致，反复浸泡再生这一方式，显现树脂再生度一般会比一次浸泡再生度高，然而树脂再生度也只为65%。

3.2 动态再生

在阳离子交换树脂再生剂使用中采用动态再生方法，阳离子树脂交换柱内径经过检测可确定为23 mm，随之测定树脂高度是200 mm，一般树脂体积是83 mL，通过不同使用量的5%的HCl进行动态顺流再生，将流速控制在3～5 m/h之间，再生结束之后使用除盐水展开动态冲洗，直至达到中性状态，检测交换柱最上层与最下层的阳树脂再生度。发现动态再生这种方式在应用过程中，当再生液用量增加之后，树脂再生液也会随之提高。5%的HCl再生液用量已经超过3倍的树脂体积，此时再生度涨幅开始减缓，树脂再生度同样在此时达到97.8%左右，相比静态再生方法效果更加显著。

4 技改方案

从出水水质和制水周期考虑，使用盐酸的用户多于使用硫酸的用户，结合盐酸与硫酸的优缺点比较，结合国家能源集团宁夏煤业烯烃一分公司将硫酸再生变更为盐酸再生的运行实际，很好地规避硫酸钙对树脂的影响，使用盐酸再生离子交换树脂利大于弊。

4.1 增加酸储罐与加酸管线

除盐水现场酸碱间内设置室内酸储罐2台，每台容积为10 m3。由于使用盐酸再生，用酸量大，一次进酸量只能保证1～1.5天的生产使用，出现紧急情况将无法保证正常生产使用。根据工艺再生需求，盐酸储罐最低库存应能满足7台离子交换床同时失效再生的盐酸消耗。按照每台床体再生消耗盐酸2.6 t计算，新增2台15 m3的室外盐酸储罐。同时加酸管线，保证满负荷运行时再生剂的用量，同时降低了工人操作的风险。

4.2 增加系统防腐措施

增加盐酸再生系统防腐措施，针对盐酸再生安全性问题，员工要做好安全监护措施。同时，再生间、离子交换间增加通风措施。

5 结语

采取体外静态再生这种方法处理失效树脂，对应的再生度一般比较低，最高只能达到65%。如果再生已经到达一定程度，再将浸泡时间延长，同时增加再生液用量、再生次数，也不会从本质上影响再生度。相比较之下动态再生这种方式在应用过程中，树脂再生度超出静态再生，而且再生液用量超出3倍的树脂体积之后，经过检测发现树脂再生度高达98%，与在线氢电导率检测需求一致。所以，阳离子交换树脂再生剂使用可以优先采取动态再生方法，以满足氢交换柱用阳离子交换树脂的实际需求。

此外，通过分析硫酸、盐酸作为再生剂的利弊，综合考虑后将再生剂由硫酸改为盐酸，再经过实践分析，发现盐酸作为再生剂的应用显著提高了工作效率，在应用效果上也降低了工人操作的风险，保了操作过程中的员工人身安全，也切实提高了出水水质和制水周期。