利用鈣、鎂在線分析儀檢測數(shù)據(jù)改變樹脂塔運(yùn)行模式

胡順程，尹建平，馬海濱，侯偉，孔繁超

(新疆天業(yè)(集團(tuán))天偉化工有限公司，新疆 石河子 832000)

天偉化工有限公司(以下簡稱“天偉化工”)是新疆天業(yè)集團(tuán)旗下離子膜法燒堿15 t/a的氯堿企業(yè)，2014年4月開車以來，天偉化工始終將技術(shù)創(chuàng)新作為第一生產(chǎn)力，經(jīng)過不懈努力，在安全、環(huán)保、能耗、產(chǎn)品質(zhì)量等方面取得了優(yōu)異的成績。

1 鹽水二次精制的工藝流程及生產(chǎn)現(xiàn)狀

一次精制鹽水進(jìn)行二次精制時，為了使樹脂對鈣、鎂等多價金屬陽離子表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附活性，需以脫氯淡鹽水或蒸汽為熱源將過濾鹽水溫度升至55～65℃［1］。

鹽水流經(jīng)樹脂床時鹽水中的鈣、鎂等多價金屬陽離子會與樹脂分子形成鍵能更高的配位鍵，取代樹脂分子中的鈉離子，完成對鹽水的精制。樹脂不斷吸附鹽水中的多價金屬陽離子致樹脂床的吸附前沿下移，當(dāng)樹脂塔運(yùn)行至特定時長時，需要對樹脂進(jìn)行再生。

樹脂塔再生的核心步驟是酸再生和堿再生。酸再生時因為氫離子是半徑最小的陽離子而且沒有外層電子，所以氫離子與樹脂分子的親和力遠(yuǎn)大于其他陽離子，氫離子將與樹脂分子形成配位鍵的鈣、鎂離子和樹脂分子中具有吸附活性的鈉離子一起置換下來，生成不具備吸附活性且顯酸性的H型樹脂。H型樹脂再通過堿再生進(jìn)行酸堿中和，生成具有吸附活性的Na型樹脂［2］。

氯堿行業(yè)鹽水二次精制所用的樹脂塔運(yùn)行模式是雙塔串聯(lián)運(yùn)行，一塔下線再生。一般情況下，樹脂塔一天切換一次，切換后前塔變再生塔，后塔變前塔，再生塔上線。

鈣、鎂在線分析儀的應(yīng)用使天偉化工鹽水品質(zhì)實現(xiàn)了在線控制，使樹脂塔再生頻率由24 h延長至48 h。通過鈣、鎂在線分析儀監(jiān)測數(shù)據(jù)和化驗室做樣分析發(fā)現(xiàn)即使延長樹脂塔的再生頻率，樹脂塔進(jìn)入再生流程時出口鹽水質(zhì)量依然滿足工藝要求，也就是說樹脂吸附活性遠(yuǎn)沒有達(dá)到飽和就進(jìn)入再生流程，樹脂塔的部分吸附活性在再生時被浪費(fèi)，高頻率的再生使螯合樹脂的機(jī)械強(qiáng)度下降，使用壽命縮短，氯堿生產(chǎn)水耗高。樹脂塔下線24 h或48 h內(nèi)再生過程僅占10 h左右，長時間的等待狀態(tài)和高頻率的再生，降低了樹脂在生產(chǎn)中的利用率。

2 對新工藝的研發(fā)

目前樹脂塔再生采用固定頻率，鈣、鎂在線分析儀僅僅作為檢測設(shè)備使用，只有當(dāng)鈣、鎂在線分析儀顯示鹽水質(zhì)量不合格后，經(jīng)化驗確認(rèn)樹脂塔才會進(jìn)行提前再生。為最大程度發(fā)揮樹脂的吸附活性和提高樹脂利用率，天偉化工創(chuàng)新性地將鈣、鎂在線分析儀檢測數(shù)據(jù)應(yīng)用到工藝控制上(如圖1所示)，并改變了樹脂塔運(yùn)行的傳統(tǒng)模式，使樹脂塔運(yùn)行模式由雙塔串聯(lián)變成雙塔－三塔切換串聯(lián)。該項研發(fā)成果已申請了相關(guān)專利。

圖1 將鈣、鎂在線分析儀檢測數(shù)據(jù)應(yīng)用到工藝控制上流程示意圖Fig.1 Process flow of applying the detection data of calcium and magnesium on-line analyzer to process control

預(yù)先設(shè)定A塔(14)、B塔(15)運(yùn)行，C塔(16)塔再生，具體方法如下。

螯合A塔(14)、B(15)運(yùn)行，一次精制鹽水流經(jīng)遠(yuǎn)程控制閥(1)、A塔、遠(yuǎn)程控制閥(7)、B塔、遠(yuǎn)程控制閥(5)，完成鹽水的二次精制，鹽水經(jīng)過遠(yuǎn)程控制閥(10)、(11)進(jìn)入鈣、鎂在線分析儀，監(jiān)測一次精制鹽水及A塔出口鹽水鈣、鎂離子含量;C塔(16)下線再生，再生合格后立即操作C塔上線，依次開遠(yuǎn)程控制閥(6)、(8)，關(guān)遠(yuǎn)程控制閥(5)，此時A塔(14)、B(15)、C(16)三塔串聯(lián)，一次精制鹽水依次流經(jīng)遠(yuǎn)程控制閥(1)、A塔(14)、遠(yuǎn)程控制閥(7)、B塔(15)、遠(yuǎn)程控制閥(8)、C塔(16)、遠(yuǎn)程控制閥(6)，完成鹽水的二次精制，鹽水經(jīng)過遠(yuǎn)程控制閥(10)、(11)進(jìn)入鈣、鎂在線分析儀監(jiān)測一次精制鹽水及A塔(14)出口鹽水鈣、鎂離子含量。

當(dāng)A塔(14)出口鈣、鎂離子含量與一次精制鹽水鈣、鎂離子含量的比值達(dá)到設(shè)定值時，操作A塔(14)下線再生，開遠(yuǎn)程控制閥(2)，依次關(guān)遠(yuǎn)程控制閥(1)、(7)，此時B塔(15)、C(16)雙塔串聯(lián)，一次精制鹽水流經(jīng)遠(yuǎn)程控制閥(2)、B塔(15)、遠(yuǎn)程控制閥(8)、C塔(16)、遠(yuǎn)程控制閥(6)，完成鹽水的二次精制，鹽水經(jīng)過遠(yuǎn)程控制閥(10)、(12)進(jìn)入鈣、鎂在線分析儀監(jiān)測一次精制鹽水及B塔(15)出口鹽水鈣、鎂離子含量。

A塔再生合格后立即操作A塔(14)上線，依次開遠(yuǎn)程控制閥(4)、(9)，關(guān)遠(yuǎn)程控制閥(6)，此時B塔(15)、C(16)、A(14)三塔串聯(lián)，一次精制鹽水流經(jīng)遠(yuǎn)程控制閥(2)、B塔(15)、遠(yuǎn)程控制閥h8)、C塔(16)，遠(yuǎn)程控制閥(9)、A塔(14)、遠(yuǎn)程控制閥(4)，完成鹽水的二次精制，鹽水經(jīng)過遠(yuǎn)程控制閥(10)、(12)進(jìn)入鈣、鎂在線分析儀監(jiān)測一次精制鹽水及B塔(15)出口鹽水鈣、鎂離子含量。

其余塔再生與在線運(yùn)行診此類推。

如此，螯合樹脂塔采用A→B→C、B→C、B→C→A、C→A、C→A→B、A→B雙塔、三塔切換串聯(lián)運(yùn)行模式。螯合樹脂塔運(yùn)行、再生及鹽水鈣、鎂離子監(jiān)測均采用DCS自動化系統(tǒng)操作控制。

3 結(jié)語

天偉化工將鈣、鎂在線分析儀檢測數(shù)據(jù)應(yīng)用到工藝控制上，壓縮了樹脂塔再生時間，改變了鹽水精制的工藝流程，提高了樹脂利用率。雙塔－三塔切換串聯(lián)，最大限度的發(fā)揮了樹脂的吸附活性，延長了樹脂塔的再生頻率，降低了樹脂再生的酸、堿、水耗，緩解了氯堿生產(chǎn)的廢水平衡壓力。三塔串聯(lián)時，在一定程度上還能提高了鹽水的品質(zhì)。