電解樹脂塔加酸工藝優(yōu)化改造

王 鵬，鐘永鐸，邵成香

（四平昊華化工有限公司，吉林 四平 136001）

四平昊華化工有限公司燒堿項目二期工程燒堿產(chǎn)能為20萬t/a離子膜燒堿和配套20萬t/a PVC于2008年10月一次開車成功，并順利達產(chǎn)。采用藍星北化機的高電密自然循環(huán)電解槽8臺，每臺電解槽共158對單元槽片，并配套有真空脫氯和氯酸鹽分解槽裝置，氯氣壓縮機采用德國3K集團的透平壓縮機；蒸發(fā)裝置采用由藍星北化機自主設(shè)計、生產(chǎn)的產(chǎn)能為10萬t/a的三效逆流降膜蒸發(fā)器裝置。自2008年10月裝置開車以來，裝置運行平穩(wěn)。所產(chǎn)32%離子膜燒堿、液氯、次氯酸鈉、工業(yè)鹽酸、45%燒堿等產(chǎn)品的優(yōu)級品率均為100%。

電解槽使用的離子膜，要求入槽鹽水的Ca2+、Mg2+含量低于20～30 μg/L，普通的化學(xué)精制法只能使鹽水中Ca2+、Mg2+含量降到10 mg/L左右，要使入槽鹽水的Ca2+、Mg2+含量符合要求，必須先把鹽水中的懸浮物（SS）降到1 mg/L以下，然后，使用螯合樹脂處理。

1 螯合樹脂塔工作原理

1.1 螯合樹脂工作原理

螯合樹脂種類很多，但均由母體和螯合基團二部分組成。

（1）吸附。螯合樹脂也是一種離子交換樹脂，與普通交換樹脂不同的是，它吸附金屬離子形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，如螯鉗物，故稱螯合樹脂。螯合物又叫內(nèi)絡(luò)合物，它是由中心離子和多基配位體形成的穩(wěn)定的絡(luò)合物。

（2）脫吸。絡(luò)合物的形成和離解，是互相對立而又依賴的過程，一方面中心離子通過配位鍵與絡(luò)合劑相結(jié)合，形成絡(luò)合物，表現(xiàn)出一定的化學(xué)吸引力；另一方面，由于絡(luò)合物內(nèi)部的矛盾運動，它們中部分又要離解，表現(xiàn)出一定的化學(xué)排斥力。在一定的外界條件下（如pH值、溫度、濃度），達到一個相對平衡狀態(tài)，改變條件就破壞了平衡，螯合樹脂的再生，就是根據(jù)這個原理。

以亞胺基乙酸為例，絡(luò)合物的理論和實踐都說明，它對金屬離子的絡(luò)合（螯合）能力隨pH值而變化。pH值越低，絡(luò)合能力越弱，pH值越高，絡(luò)合能力越強。另一方面，不同金屬離子與螯合樹脂的絡(luò)合能力不同，絡(luò)合能力強的，在低pH值時仍能絡(luò)合，比如汞；絡(luò)合能力弱的，只有在較高pH值下才能絡(luò)合，這是因為由于酸度的增加，反應(yīng)平衡向右移動。在實際生產(chǎn)中，加入5%HCl溶液“洗”樹脂。當pH值=1時，原先絡(luò)合的金屬離子全部“洗”脫，此時的樹脂稱做“H”型。

（3）再生。在已“洗脫”金屬離子的“H”型樹脂中加入4%NaOH溶液，調(diào)節(jié)pH值為14，由于溶液中的H+大量減少，使反應(yīng)平衡向右移動。樹脂又回到吸附前的狀態(tài)，即“Na”型。

1.2 樹脂塔工作原理

四平昊華化工有限公司燒堿項目二期工程燒堿產(chǎn)能為20萬t/a離子膜燒堿，選用藍星北化機整體供應(yīng)螯合樹脂塔模塊，樹脂塔規(guī)格為?3 200 mm×3 200 mm，工藝采用3臺螯合樹脂塔 （T-160A/B/C），由PLC邏輯程序控制，2臺螯合樹脂塔在線運行，1臺螯合樹脂塔離線進行螯合樹脂再生，螯合樹脂塔每隔24 h進行1次運轉(zhuǎn)和操作的自動切換。第1臺螯合樹脂塔的作用是除去多價離子，對第2臺螯合樹脂塔起保護作用。

2 樹脂塔加酸工藝改造前存在的問題

界區(qū)外送來的高純鹽酸，先進入D-350高純鹽酸儲罐中，該儲罐材質(zhì)是PVC+FRP，容積為50 m3。原設(shè)計該儲罐中的高純鹽酸用酸泵送出，供給電解槽用酸、樹脂塔用酸、脫氯塔、氯酸鹽分解槽用酸和鹽水工序凱膜過濾器用酸。由于高純鹽酸中含有游離氯，而游離氯將會破壞螯合樹脂的結(jié)構(gòu)，使之失去螯合作用，外觀上，螯合樹脂顏色變深（褐色）。如果說對過濾器的破壞是一個緩慢的過程，對樹脂的破壞則是一個快速過程，故要求向樹脂塔中加的酸含游離氯必須為零。因此，在界區(qū)外往D-350酸罐送酸時，必須向D-350酸罐中同時加入亞硫酸鈉溶液，來除掉酸罐中的游離氯，使酸罐中高純鹽酸含游離氯量為零。

而往電解槽加酸、脫氯塔用酸、氯酸鹽分解槽加酸和鹽水工序凱膜過濾器用酸都不用除掉高純鹽酸中游離氯。樹脂塔加酸存在以下問題。

（1）每天需向D-350高純鹽酸儲罐送酸3次，每次1 h，每次需要收酸50 m3，在D-350高純鹽酸罐收酸的同時，必須加入亞硫酸鈉溶液，才能除去酸罐中的游離氯，滿足樹脂塔用酸要求，即，每天要加入亞硫酸鈉溶液3次，這樣大量地增加了亞硫酸鈉的消耗，增加了生產(chǎn)成本。

（2）由于D-350酸罐容積較大，有時除游離氯不完全，破壞螯合樹脂的結(jié)構(gòu)，使之失去螯合作用，影響了樹脂塔中樹脂使用壽命，經(jīng)常造成樹脂塔前塔和后塔壓差過高，影響正常生產(chǎn)。

（3）由于螯合樹脂失去螯合作用，螯合樹脂顏色變深成褐色，要更換部分樹脂，增加了生產(chǎn)成本。

（4）由于樹脂塔運行不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)樹脂塔前塔和后塔壓差過高，使入槽精鹽水供應(yīng)量不足，造成電解槽經(jīng)常頻繁升降電流，保證不了電解槽連續(xù)、穩(wěn)定、滿負荷運行。

3 采取的措施

（1）在樹脂塔附近，設(shè)計安裝1個小酸罐D(zhuǎn)-370，規(guī)格為?2 600 mm×3 800 mm，材質(zhì)為PVC+FRP。此酸罐的酸只供給樹脂塔用酸。因此，D-350高純鹽酸儲罐不再加亞硫酸鈉溶液，來除掉酸中游離氯。

（2）進行工藝配管，使D-350高純鹽酸儲罐中的酸，在送往電解槽用酸、氯酸鹽分解槽用酸和鹽水工序凱膜過濾器用酸的同時，也送往D-370酸罐。

（3）在向D-370酸罐加酸時，為防止酸氣污染環(huán)境，設(shè)計了吸收酸氣的小水封，防止收酸時酸氣逸出。

（4）由于D-370酸罐容積小，只在樹脂塔酸洗時運行，收酸時間短，由原來1天收酸3 h縮短到1 h約收酸6 m3。在往D-370酸罐收酸時，也往D-370酸罐中加入亞硫酸鈉溶液，所以，加入亞硫酸鈉溶液的量大大減少，節(jié)省大量亞硫酸鈉，同時，保證了D-370酸罐中的酸中游離氯含量為零，滿足生產(chǎn)滿負荷運行。

4 優(yōu)化改造后的運行效果

樹脂塔加酸工藝優(yōu)化改造后，完全可以滿足8臺電解槽滿負荷運行，保證了電解槽連續(xù)、穩(wěn)定、滿負荷運行。通過樹脂塔加酸工藝優(yōu)化改造，既保證了樹脂塔前、后塔壓力平穩(wěn)，又滿足了生產(chǎn)滿負荷運行，延長了樹脂使用壽命，節(jié)省了大量的亞硫酸鈉，降低了生產(chǎn)成本。

樹脂塔加酸工藝優(yōu)化改造的經(jīng)濟效益為一個月30天計，改造前1天收酸3次，每次收酸1 h，約收50 m3的酸，全月收酸4 500 m3，需加入亞硫酸鈉5×29×25÷1 000×3 100=3.625（t）；改造后，1 天收酸1 次，大約收 6 m3；每月可少收酸：（50×3-6）×30=4 320（m3）。 改造后，少加亞硫酸鈉：4 320÷4 500×3.625=3.48（t/月），以無水亞硫酸鈉價格為3 100元/t計，一年可創(chuàng)經(jīng)濟效益為 3.48×3100×12=12.95（萬元）。

5 結(jié)語

該公司通過對電解樹脂塔加酸工藝優(yōu)化改造，節(jié)約了大量亞硫酸鈉，降低了生產(chǎn)成本。樹脂塔前塔和后塔壓差不再過高，同時延長了樹脂塔內(nèi)樹脂的使用壽命，保證了電解槽連續(xù)、穩(wěn)定、滿負荷運行。