胺液净化单元的控制及局部优化

2019-11-11章明智

有色冶金设计与研究 2019年5期

胡军，刘静，章明智

(中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038)

甘肃稀土新材料股份有限公司204车间稀土焙烧尾气深度处理项目采用CANSOLV有机胺洗涤工艺脱硫。CANSOLV SO2洗涤工艺是可再生工艺，采用胺溶液作为二氧化硫吸收剂。烟气在吸收塔内与CANSOLV贫胺液接触，SO2被选择性地吸收。然后，含SO2的富胺液在一个称之为 “汽提”的过程中加热，使吸收反应逆转，从而解析出纯净的高浓度SO2气体[1]。

胺液作为吸收剂在循环使用过程中会反应生成热稳定性盐，这类盐无法通过加热去除。由于累积的热稳定性盐会对系统造成损害，因此需要定期对胺液进行过滤和净化，去除溶液中聚积的热稳定性盐。

1 胺液净化单元的原理及控制

1.1 原理

胺液净化单元（APU）采用离子交换技术去除热稳定性盐，其主要工作原理：阳离子交换树脂选择性地吸附胺液中的热稳定性盐阴离子，在稀碱溶液中热稳定性盐阴离子又能从树脂上脱附，从而使树脂得到再生[2]。

1.2 过程控制

APU的运行按照事先设定的程序运行，即严格遵循设定的步骤顺序。APU的正确运行依赖于每个步骤的顺利完成。按照预先设定好的步骤完成1个任务即视为完成1个APU运行的“周期”。离子交换的主周期被称为“离子交换周期”。除此之外，整个控制程序还包含另外5个辅助周期，分别为反冲洗周期、调节周期、胺液冲洗周期、水冲洗周期、回流液冲洗周期。这5个周期在维护和非计划停车后重新启动时使用。PLC控制各个周期的说明见表1。

表1 PLC控制周期说明m3

流量参数是由CANSOLV工艺包给定的，介质体积总量通过离子交换柱的体积以及配管计算得出，从而推算出每个周期运行所需要的时间。

1.3 各运行周期说明

APU工艺流程见图1。

1）离子交换周期。离子交换周期通过电导率（AT01 和 AT02）、流量（FT01）参数以及定时器来控制每一步的体积和流量。整个周期重复运行，直至完成预先设定的每日离子交换周期运行次数。运行次数通过每日抽样检测贫胺液中的HSS含量是否到达CANSOLV工艺包要求来设定。离子交换周期中包含如下4个步骤：（1）离子交换阶段：首先，自贫胺液过滤泵来的贫胺液从下至上充入离子交换柱。在树脂内进行HSS脱除，经处理后贫胺液输送返回贫胺罐。（2）胺液冲洗阶段：步骤（1）完成后，除盐水从上至下引入离子交换柱中，冲洗掉残留在树脂床中的胺液。离开离子交换柱的洗涤水因含有胺液，所以须输送返回至贫胺罐中。（3）树脂再生阶段：步骤（2）完成后，碱液自上向下引入离子交换柱，对饱和树脂进行再生。洗涤完离子交换柱的碱液作为废水排至废水处理系统。（4）碱液冲洗阶段：步骤（3）完成后，自上向下向离子交换柱充入除盐水，冲洗掉残留在树脂床中的碱液。至此，离子交换周期完毕。

图1 APU工艺流程

2）反冲洗周期。离子交换柱在正常运行期间持续出现高压降时（PdT01值高于设定值），手动启动反冲洗周期，冲洗掉可能会堵塞离子交换柱的微粒。本周期中除盐水自下向上流经离子交换柱，将微粒作为废物冲洗到废水处理工序。该周期应重复进行，直到树脂床的压力降（PdT01）回归到正常范围。

3）调节周期。树脂第1次投入使用时，需对树脂进行“激活”处理。一般来说，为保持其稳定性，新购树脂通常结合了1个羟基。为保证其活性和在阴离子交换柱中的使用，需先使用碱液对其进行“激活”。该周期所产生的废液送至废水处理系统。

4）胺液冲洗和水冲洗周期。PLC中的胺液冲洗周期和水冲洗周期，主要用于APU发生非计划停车事件时的重新启动恢复程序。发生非计划停车事件时，如果离子交换柱中有胺液，使用胺液冲洗周期程序来回收残留的胺液。该周期将水引入离子交换柱，将胺液冲洗到贫胺罐。如果离子交换柱中装有水或碱液，应使用水冲洗周期程序将滞留的液体作为废液冲洗至废水处理系统。

5）回流冲洗周期。胺液每天都需取样化验，如果发现胺液中有不溶或悬浮的过渡金属聚集，则每天运行周期结束后需利用回流液对树脂进行清洗，以防止腐蚀和树脂损坏。如果选择了此选项，PLC程序会在每天完成目标数量的离子交换周期后，自动执行回流液清洗周期。各周期阀门对应开关情况，如表2所示。

表2 各周期阀门开启情况

图1中的阀门FV01是用于调节流量的，与流量计FT01共同作用，确保管道介质按照要求的流速流动。阀门FV01一直处于一定开度的状态。

2 过程控制的局部优化

整个APU都是通过PLC程序自动控制的。程序通过控制阀门的开关使不同的液体按顺序进入离子交换柱，使离子交换柱中的液体按顺序排出。

2.1 离子交换过程的控制优化

正常的离子交换周期开始后，胺液经阀门HV02、HV05及HV08直接进入贫胺液罐。这会使得上个周期残留在离子交换柱及管道中的液体（主要是除盐水）进入贫胺罐内，会对胺液造成“污染”，过多的除盐水进入胺液会增加整个系统的负担。因此，胺液进入后需先将离子交换柱及管道中残留液排入废水。先打开阀门HV02、HV05及HV07，由于胺液与除盐水是不溶的，当胺液进入后，除盐水会被“挤出”管道，排入废水。当残留液排出后，关闭HV07，打开HV08。此时，经离子交换后的“干净”胺液直接进入贫胺罐使用。整个过程都是自动运行。阀门HV07的关闭和阀门HV08的开启是通过流量计来控制的。残留在离子交换柱中的液体及管道中的液体总量Q可以通过计算得出，当流量计的累积值为Q时，认为残留液已排完，此时关闭HV07，打开HV08。该过程存在一个问题：假如流量计有故障时，累积量将无法达到设定值Q。阀门HV07将不会关闭，阀门HV08也不会打开。价格昂贵的胺液将经过阀门HV07当作废水直接排出，造成经济损失。同时，由于程序是自动运行，操作工也不容易发现该问题。

通过在程序中设定一时间值T=t+Δt可以预防流量计发生故障造成的胺液误排。每次排放废水的时间t是一个定值（正常流量排完所需时间，可以计算得出），Δt的取值为5~10 s，累积值与 T进行运算。如果流量计正常运行，达到累积值所需时间为t，程序正常运行。当流量计有故障，累积值无法在t时间内达到设定值，时间值达到T后自动关闭阀门HV07，打开阀门HV08，这样可以有效预防流量计故障造成的误排。同时，将流量计故障信号上传至PLC系统，可以帮助操作人员及时发现问题。

2.2 碱液冲洗过程的控制优化

除盐水自上向下向进入离子交换柱，冲洗掉残留在树脂床中的碱液，该过程的液体直接排入废水。为了节约除盐水的用量，工程实际操作如下：首先，开启阀门HV03、HV06和HV07。将冲洗液（除盐水及碱液）排至废水。刚开始时，冲洗液（除盐水及碱液）经过AT02（电导率分析仪）是有读数的；当碱液被冲洗干净，只剩除盐水经过AT02时，读数很小，趋近于零。可在程序中设定电导率值，当电导率低于该值时，程序自动关闭阀门HV07，打开阀门HV09，将干净的除盐水排至碱液制备槽继续利用。