胺液凈化單元的控制及局部優(yōu)化

胡 軍，劉 靜，章明智

(中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038)

甘肅稀土新材料股份有限公司204車間稀土焙燒尾氣深度處理項(xiàng)目采用CANSOLV有機(jī)胺洗滌工藝脫硫。CANSOLV SO2洗滌工藝是可再生工藝，采用胺溶液作為二氧化硫吸收劑。煙氣在吸收塔內(nèi)與CANSOLV貧胺液接觸，SO2被選擇性地吸收。然后，含SO2的富胺液在一個(gè)稱之為 “汽提”的過程中加熱，使吸收反應(yīng)逆轉(zhuǎn)，從而解析出純凈的高濃度SO2氣體[1]。

胺液作為吸收劑在循環(huán)使用過程中會(huì)反應(yīng)生成熱穩(wěn)定性鹽，這類鹽無法通過加熱去除。由于累積的熱穩(wěn)定性鹽會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成損害，因此需要定期對(duì)胺液進(jìn)行過濾和凈化，去除溶液中聚積的熱穩(wěn)定性鹽。

1 胺液凈化單元的原理及控制

1.1 原理

胺液凈化單元（APU）采用離子交換技術(shù)去除熱穩(wěn)定性鹽，其主要工作原理：陽離子交換樹脂選擇性地吸附胺液中的熱穩(wěn)定性鹽陰離子，在稀堿溶液中熱穩(wěn)定性鹽陰離子又能從樹脂上脫附，從而使樹脂得到再生[2]。

1.2 過程控制

APU的運(yùn)行按照事先設(shè)定的程序運(yùn)行，即嚴(yán)格遵循設(shè)定的步驟順序。APU的正確運(yùn)行依賴于每個(gè)步驟的順利完成。按照預(yù)先設(shè)定好的步驟完成1個(gè)任務(wù)即視為完成1個(gè)APU運(yùn)行的“周期”。離子交換的主周期被稱為“離子交換周期”。除此之外，整個(gè)控制程序還包含另外5個(gè)輔助周期，分別為反沖洗周期、調(diào)節(jié)周期、胺液沖洗周期、水沖洗周期、回流液沖洗周期。這5個(gè)周期在維護(hù)和非計(jì)劃停車后重新啟動(dòng)時(shí)使用。PLC控制各個(gè)周期的說明見表1。

表1 PLC控制周期說明m3

流量參數(shù)是由CANSOLV工藝包給定的，介質(zhì)體積總量通過離子交換柱的體積以及配管計(jì)算得出，從而推算出每個(gè)周期運(yùn)行所需要的時(shí)間。

1.3 各運(yùn)行周期說明

APU工藝流程見圖1。

1）離子交換周期。離子交換周期通過電導(dǎo)率（AT01 和 AT02）、流量（FT01）參數(shù)以及定時(shí)器來控制每一步的體積和流量。整個(gè)周期重復(fù)運(yùn)行，直至完成預(yù)先設(shè)定的每日離子交換周期運(yùn)行次數(shù)。運(yùn)行次數(shù)通過每日抽樣檢測(cè)貧胺液中的HSS含量是否到達(dá)CANSOLV工藝包要求來設(shè)定。離子交換周期中包含如下4個(gè)步驟：（1）離子交換階段：首先，自貧胺液過濾泵來的貧胺液從下至上充入離子交換柱。在樹脂內(nèi)進(jìn)行HSS脫除，經(jīng)處理后貧胺液輸送返回貧胺罐。（2）胺液沖洗階段：步驟（1）完成后，除鹽水從上至下引入離子交換柱中，沖洗掉殘留在樹脂床中的胺液。離開離子交換柱的洗滌水因含有胺液，所以須輸送返回至貧胺罐中。（3）樹脂再生階段：步驟（2）完成后，堿液自上向下引入離子交換柱，對(duì)飽和樹脂進(jìn)行再生。洗滌完離子交換柱的堿液作為廢水排至廢水處理系統(tǒng)。（4）堿液沖洗階段：步驟（3）完成后，自上向下向離子交換柱充入除鹽水，沖洗掉殘留在樹脂床中的堿液。至此，離子交換周期完畢。

圖1 APU工藝流程

2）反沖洗周期。離子交換柱在正常運(yùn)行期間持續(xù)出現(xiàn)高壓降時(shí)（PdT01值高于設(shè)定值），手動(dòng)啟動(dòng)反沖洗周期，沖洗掉可能會(huì)堵塞離子交換柱的微粒。本周期中除鹽水自下向上流經(jīng)離子交換柱，將微粒作為廢物沖洗到廢水處理工序。該周期應(yīng)重復(fù)進(jìn)行，直到樹脂床的壓力降（PdT01）回歸到正常范圍。

3）調(diào)節(jié)周期。樹脂第1次投入使用時(shí)，需對(duì)樹脂進(jìn)行“激活”處理。一般來說，為保持其穩(wěn)定性，新購樹脂通常結(jié)合了1個(gè)羥基。為保證其活性和在陰離子交換柱中的使用，需先使用堿液對(duì)其進(jìn)行“激活”。該周期所產(chǎn)生的廢液送至廢水處理系統(tǒng)。

4）胺液沖洗和水沖洗周期。PLC中的胺液沖洗周期和水沖洗周期，主要用于APU發(fā)生非計(jì)劃停車事件時(shí)的重新啟動(dòng)恢復(fù)程序。發(fā)生非計(jì)劃停車事件時(shí)，如果離子交換柱中有胺液，使用胺液沖洗周期程序來回收殘留的胺液。該周期將水引入離子交換柱，將胺液沖洗到貧胺罐。如果離子交換柱中裝有水或堿液，應(yīng)使用水沖洗周期程序?qū)舻囊后w作為廢液沖洗至廢水處理系統(tǒng)。

5）回流沖洗周期。胺液每天都需取樣化驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)胺液中有不溶或懸浮的過渡金屬聚集，則每天運(yùn)行周期結(jié)束后需利用回流液對(duì)樹脂進(jìn)行清洗，以防止腐蝕和樹脂損壞。如果選擇了此選項(xiàng)，PLC程序會(huì)在每天完成目標(biāo)數(shù)量的離子交換周期后，自動(dòng)執(zhí)行回流液清洗周期。各周期閥門對(duì)應(yīng)開關(guān)情況，如表2所示。

表2 各周期閥門開啟情況

圖1中的閥門FV01是用于調(diào)節(jié)流量的，與流量計(jì)FT01共同作用，確保管道介質(zhì)按照要求的流速流動(dòng)。閥門FV01一直處于一定開度的狀態(tài)。

2 過程控制的局部優(yōu)化

整個(gè)APU都是通過PLC程序自動(dòng)控制的。程序通過控制閥門的開關(guān)使不同的液體按順序進(jìn)入離子交換柱，使離子交換柱中的液體按順序排出。

2.1 離子交換過程的控制優(yōu)化

正常的離子交換周期開始后，胺液經(jīng)閥門HV02、HV05及HV08直接進(jìn)入貧胺液罐。這會(huì)使得上個(gè)周期殘留在離子交換柱及管道中的液體（主要是除鹽水）進(jìn)入貧胺罐內(nèi)，會(huì)對(duì)胺液造成“污染”，過多的除鹽水進(jìn)入胺液會(huì)增加整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。因此，胺液進(jìn)入后需先將離子交換柱及管道中殘留液排入廢水。先打開閥門HV02、HV05及HV07，由于胺液與除鹽水是不溶的，當(dāng)胺液進(jìn)入后，除鹽水會(huì)被“擠出”管道，排入廢水。當(dāng)殘留液排出后，關(guān)閉HV07，打開HV08。此時(shí)，經(jīng)離子交換后的“干凈”胺液直接進(jìn)入貧胺罐使用。整個(gè)過程都是自動(dòng)運(yùn)行。閥門HV07的關(guān)閉和閥門HV08的開啟是通過流量計(jì)來控制的。殘留在離子交換柱中的液體及管道中的液體總量Q可以通過計(jì)算得出，當(dāng)流量計(jì)的累積值為Q時(shí)，認(rèn)為殘留液已排完，此時(shí)關(guān)閉HV07，打開HV08。該過程存在一個(gè)問題：假如流量計(jì)有故障時(shí)，累積量將無法達(dá)到設(shè)定值Q。閥門HV07將不會(huì)關(guān)閉，閥門HV08也不會(huì)打開。價(jià)格昂貴的胺液將經(jīng)過閥門HV07當(dāng)作廢水直接排出，造成經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，由于程序是自動(dòng)運(yùn)行，操作工也不容易發(fā)現(xiàn)該問題。

通過在程序中設(shè)定一時(shí)間值T=t+Δt可以預(yù)防流量計(jì)發(fā)生故障造成的胺液誤排。每次排放廢水的時(shí)間t是一個(gè)定值（正常流量排完所需時(shí)間，可以計(jì)算得出），Δt的取值為5~10 s，累積值與 T進(jìn)行運(yùn)算。如果流量計(jì)正常運(yùn)行，達(dá)到累積值所需時(shí)間為t，程序正常運(yùn)行。當(dāng)流量計(jì)有故障，累積值無法在t時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)定值，時(shí)間值達(dá)到T后自動(dòng)關(guān)閉閥門HV07，打開閥門HV08，這樣可以有效預(yù)防流量計(jì)故障造成的誤排。同時(shí)，將流量計(jì)故障信號(hào)上傳至PLC系統(tǒng)，可以幫助操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

2.2 堿液沖洗過程的控制優(yōu)化

除鹽水自上向下向進(jìn)入離子交換柱，沖洗掉殘留在樹脂床中的堿液，該過程的液體直接排入廢水。為了節(jié)約除鹽水的用量，工程實(shí)際操作如下：首先，開啟閥門HV03、HV06和HV07。將沖洗液（除鹽水及堿液）排至廢水。剛開始時(shí)，沖洗液（除鹽水及堿液）經(jīng)過AT02（電導(dǎo)率分析儀）是有讀數(shù)的；當(dāng)堿液被沖洗干凈，只剩除鹽水經(jīng)過AT02時(shí)，讀數(shù)很小，趨近于零。可在程序中設(shè)定電導(dǎo)率值，當(dāng)電導(dǎo)率低于該值時(shí)，程序自動(dòng)關(guān)閉閥門HV07，打開閥門HV09，將干凈的除鹽水排至堿液制備槽繼續(xù)利用。

3 總結(jié)

本文闡述了CANSOLV有機(jī)胺洗滌工藝中胺液凈化單元的過程控制，并在實(shí)際工程中對(duì)離子交換周期中的離子交換及堿液沖洗的過程控制進(jìn)行了改進(jìn)。項(xiàng)目投產(chǎn)運(yùn)行后，沒有出現(xiàn)胺液誤排現(xiàn)象，同時(shí)也節(jié)約了除鹽水的用量。