树脂塔运行周期的延长

2022-12-18林暾

氯碱工业 2022年10期

林暾

(万华化学(宁波)氯碱有限公司，浙江宁波 315812)

氯碱工业是基础化工工业之一,在经济发展中具有重要地位。氯碱工业经历了苛化法、水银法、隔膜法、离子膜法等生产方法,无论何种生产方式,电解过程中使用的饱和盐水质量尤为重要,精制盐水的质量直接影响装置的安全高效运行和下游产品质量。目前在二次盐水精制工序普遍采用树脂塔过滤方式。下面讨论螯合树脂塔理论运行周期及其影响因素，分析树脂塔切塔周期由48 h延长到72 h的可行性及经济效益，以减少离子交换树脂再生用高纯盐酸、烧碱和纯水的消耗，达到节能降耗的目的。

1 生产现状及树脂塔介绍

1.1 生产现状

目前万华化学(宁波)氯碱有限公司(以下简称“宁波万华”)二次盐水精制全部采用进口螯合树脂，三期装置共有4套树脂塔装置，树脂塔一直运行良好，盐水指标合格，树脂的破碎率低，树脂颜色正常。三期装置每台树脂塔运行周期见表1。

经计算发现,树脂塔理论运行周期远大于目前的运行周期，所以选择一期树脂塔测试延长树脂塔运行周期后的盐水指标，如果延长后盐水中杂质含量没有太大变化，则可以节约成本和人工。

1.2 树脂塔的特性

螯合树脂的组分为具有活性离子交换基团的有机聚合物，并且带有固定的负电荷。在给定的条件下，这些固定的负电荷和具有正电荷的离子有相对亲和力，当螯合树脂与含有钙镁离子的盐水接触时，其中的钙镁离子取代树脂中不稳定的钠离子，达到精制盐水的目的。

表1 树脂塔运行周期

1.3 树脂塔的运行和螯合树脂的再生

宁波万华A线一期装置二次盐水精制工序每套共用3台螯合树脂塔，采用两塔串联上线运行、另外一塔线外再生的循环下线再生的方式。对过滤盐水进行再处理后，盐水质量达到离子膜电解的要求。螯合树脂塔每隔48 h进行一次树脂塔运行和再生的自动切换。每台树脂塔运行96 h后下线再生，下线树脂塔再生步骤如表2所示。

表2 下线树脂塔再生步骤

1.4 螯合树脂再生的原理和意义

离子交换树脂对盐水的精制是通过螯合树脂对金属离子吸附和脱吸的反复循环而完成的，树脂吸附离子的性能依次为Mg2+>Ca2+>Sr2+>Ba2+。螯合树脂是一种具有环状结构的络合物。

螯合树脂吸附钙镁离子后，失去了交换能力。为了恢复树脂的交换能力，必须进行再生。再生时，首先用盐酸将树脂吸附的钙镁离子等金属阳离子溶离下来，再用NaOH溶液进行转型，使其转变成具有交换能力的钠型。

1.5 树脂塔理论运行周期

树脂塔运行时间=树脂全体交换容量×树脂再生交换率×树脂利用率×钙的克当量×树脂总体积÷(盐水流量×钙镁离子含量),各树脂塔树脂层数据如表3所示。

表3 树脂塔树脂层数据

宁波万华目前一期树脂塔的体积全交换容量为2 000 mol/m3；一次盐水的钙镁质量浓度为5 mg/L；树脂再生交换率为70%～80%，暂定树脂再生交换率为70%；树脂利用率为30%～90%，暂定树脂利用率为50%；钙的克当量为20 g/mol；盐水流量136 m3/h。因此，单塔运行时间=(2 000×0.7×0.5×20×9.98)÷(136×5)=205 h，约8.5天，远大于目前单塔的运行时间(4天)。

2 延长树脂塔运行周期

2.1 执行计划

目前工艺树脂塔为2天切换1次，目标是延长至3天切换1次。

(1)将树脂塔切换周期延长至2.5天，测试期间每天安排前塔分析，每个下线塔的再生按照树脂塔再生效果评价的步骤进行，关注每个下线塔的再生效果，如果某个塔连续3次下线再生和运行都正常，则该塔的切换时间可以固化。

(2)将树脂塔切换周期延长至3天，重复上述步骤。测试期间若出现在线检测的盐水中钙镁含量超标，按照目前的钙镁超标处理程序进行处理，若下一次上线运行到该时间前还出现异常，则该塔判断为测试极限，停止测试。

(3)钙镁超标处理程序。

①有备用塔。

当2×10-8≤w(Ca2++Mg2+)<3×10-8时，将刚上线的树脂塔下线重新充液，充液2 h后，切换上线。观察ICP测得的Ca2+和Mg2+质量分数，若Ca2+和Mg2+质量分数正常，继续运行；若充液完成后的树脂塔上线后w(Ca2++Mg2+)≥2×10-8，须下线重新再生。若w(Ca2++Mg2+)≥3×10-8，则刚上线的树脂塔直接下线再生。

②无备用塔。

根据ICP测得的Ca2+和Mg2+质量分数适当降电流：当w(Ca2++Mg2+)为(2～3)×10-8时，电流降至10.80 kA；当w(Ca2++Mg2+)为(3～5)×10-8时，电流降至8.00 kA；当w(Ca2++Mg2+)为(5～8)×10-8时，电流降至6.00 kA；当w(Ca2++Mg2+)为(8～10)×10-8时，电流降至4.00 kA；当w(Ca2++Mg2+)>10×10-8时，电解槽采取紧急停车措施。

对前塔进行取样分析，如前塔w(Ca2++Mg2+)<2×10-8时，将盐水切换至单塔运行，电流回升。

2.2 延长再生周期的危害及应对措施

2.2.1 危害

(1)运行时间过长会造成树脂结块，盐水偏流；反应不完全，盐水中钙镁含量上升；树脂塔塔压上升。

(2)树脂破碎，细小树脂会堵塞过滤器，树脂失去去除钙镁能力。

(3)下线后再生效果无法保证。

(1)将树脂塔切换周期延长至3天，待树脂塔下线后观察再生效果。

(2)日常巡检跟踪树脂状况，关注精盐水中钙镁含量趋势。

(3)增加取样分析频次，保证钙、镁、锶、铁等含量在正常指标内。

2.3 其他注意事项

(1)盐水温度。

温度高可以提高化学反应速率，但是盐水温度过高又会破坏树脂的性能。所以设置65 ℃为温度高报警值，65 ℃停止加热盐水。

(2)pH值。

过滤盐水的pH值一般控制在9～10.5，过低会影响树脂的吸附能力，过高则会使Mg2+形成沉淀，影响精制盐水质量。

另外，还可以将每章章节和大小标题作为线索，标题是文章的眼睛，透过标题能够大致了解文章围绕的中心内容。也可以从自身理解的角度进行复习，搞清楚历史状况本质以及结论的变化，结合历史事件的发展对因果关系进行总结，对所有事件的发生都需要怀揣着为什么会发生的态度去学习，尽可能多方面多角度探索历史轨迹，用理性思维记住整个历史发展进程。高三学生一轮历史复习应该是系统理性思维以及多元化的，并且切记不可粗略的对知识进行回顾，时间一长就会忘得一干二净。

(3)倍量再生。

根据生产经验，定期进行倍量再生，对延长树脂塔的使用寿命很有意义。

(4)大流量反洗。

大流量反洗主要是去除破碎的树脂，降低塔的压降，对于破碎率高的树脂，大流量反洗的频率就高一些，甚至还要在反洗时加鼓泡操作。

(5)树脂床层高度及平整度。

定期检查树脂床层高度，低于1.2 m 则及时添加树脂。定期检查树脂床层平整度，防止出现沟流。