除鹽水裝置陽床濾帽溶解原因分析

龔志洋(國家能源寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限公司煤制油分公司，寧夏 銀川 750411)

0 引言

除鹽水作為化工生產(chǎn)重要的生產(chǎn)用水，除鹽水的品質(zhì)關(guān)乎蒸汽品質(zhì)，保障化工設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為得到合格的除鹽水，要根據(jù)水質(zhì)情況對陽床進(jìn)行切換再生。再生過程中，需要用稀鹽酸作為再生劑對陽床進(jìn)行再生，以保證陽床產(chǎn)水指標(biāo)。原材料鹽酸的品質(zhì)對陽床的再生效果有著直接的影響，鹽酸中含有的國標(biāo)中未明確規(guī)定雜質(zhì)，將會(huì)對大大降低陽床運(yùn)行周期，尤其是陽床的ABS濾帽和樹脂的影響尤為嚴(yán)重。

1 除鹽水再生原理

離子交換是以離子交換劑上的可交換離子與液相中的離子間發(fā)生交換為基礎(chǔ)的分離方法。廣泛采用人工合成的離子交換樹脂作為離子交換劑，它具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和可電離活性基團(tuán)的難溶性高分子電解質(zhì)。根據(jù)樹脂骨架上的活性基團(tuán)的不同，可分為陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂、兩性離子交換樹脂(混合離子交換樹脂)、螯合樹脂和氧化還原樹脂等。用于離子交換分離的樹脂要求具有不溶性、一定的交聯(lián)度和溶脹作用，而且交換容量和穩(wěn)定性要高。按交換基團(tuán)性質(zhì)的不同，離子交換樹脂可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂兩類。陽離子交換樹脂大都含有磺酸基(-SO3H)、羧基(-COOH)或苯酚基(-C6H4OH)等酸性基團(tuán)，其中的氫離子能與溶液中的金屬離子或其他陽離子進(jìn)行交換。例如苯乙烯和二乙烯苯的高聚物經(jīng)磺化處理得到強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂，其結(jié)構(gòu)式可簡單表示為 R-SO3H，式中，R 代表樹脂母體，其交換原理為：

這也是硬水軟化的原理。陰離子交換樹脂含有季銨基[-N(CH3)3OH]、氨基(-NH2)或亞氨基(-NH-)等堿性基團(tuán)。其交換原理為：

通過H+來去除水中的Ca、Mg、Si等陽離子，然后鹽酸作為再生劑，其中的H+使得樹脂重新具備活性，周而復(fù)始。所以鹽酸的質(zhì)量直接影響再生質(zhì)量，除鹽水裝置采用3%～5%濃度的鹽酸作為再生劑，好的鹽酸可以提高再生質(zhì)量，還可以提高陽床的周期產(chǎn)水率，達(dá)到效益最大化[1]。

2 陽床濾帽溶解

除鹽水裝置陽床再生滿水過程中發(fā)現(xiàn)有大量再生樹脂漏出，(如圖1所示)隨即停止再生，將人孔打開進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)頂部濾帽出現(xiàn)溶解現(xiàn)象，(如圖2所示)濾帽頂部及側(cè)面有損壞，濾帽整體軟化，造成再生樹脂大量外漏。后續(xù)對其他陽床進(jìn)行排查發(fā)現(xiàn)另有4臺(tái)陽床頂部濾帽存在不同程度的溶解現(xiàn)象。目前因?yàn)V帽溶解退備7臺(tái)陽床，影響了陽床失效后及時(shí)切換再生，隨著后續(xù)裝置負(fù)荷提高，除鹽水外供量增大，原水系統(tǒng)因陽床制水量受限，嚴(yán)重影響除鹽水裝置的總體制水量，無法保證除鹽水正常外供。同時(shí)濾帽的溶解、再生樹脂流失，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。

圖1 陽床樹脂外漏

圖2 濾帽溶解

3 陽床濾帽溶解原因分析

濾帽為苯乙烯材質(zhì)，苯系化合物對濾帽有溶解作用。經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，造成濾帽溶解的主要原因?yàn)楸较祷衔餄舛冗^高造成，質(zhì)檢檢測問題陽床罐體內(nèi)苯系化合物含量＞1×10-3(m/m)。對苯系化合物來源進(jìn)行排查，來源主要有以下兩種：(1)苯系化合物由除鹽水補(bǔ)水帶入除鹽水系統(tǒng)；(2)苯系化合物由除鹽水添加的藥劑、原輔材料帶入系統(tǒng)。

3.1 補(bǔ)水源排查

除鹽水補(bǔ)水主要有：原水、再生水、少量的污水處理中心的回水，對三股補(bǔ)水源分別取樣進(jìn)行分析化驗(yàn)，質(zhì)譜分析無明顯苯系化合物存在，水中油分析無石油類物質(zhì)存在，排除補(bǔ)水源影響。

3.2 藥劑、原輔材料排查

除鹽水陽床樹脂采用鹽酸進(jìn)行再生，依據(jù)工業(yè)用合成鹽酸(GB 320—2006)標(biāo)準(zhǔn)對進(jìn)廠鹽酸進(jìn)行分析化驗(yàn)，符合國家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)中對苯系化合物未做規(guī)定。經(jīng)對鹽酸儲(chǔ)罐及后續(xù)進(jìn)廠的鹽酸罐車鹽酸進(jìn)行質(zhì)譜分析，發(fā)現(xiàn)有明顯的苯系化合物，組分有：苯、乙基苯、鄰二甲苯、1-氯苯、1，3-二氯苯、1，4-二氯苯、1，2-二氯苯、1-氯-2-甲基苯、1-氯-3-甲基苯、1-氯-4-甲基苯等。

在與鹽酸生產(chǎn)廠家進(jìn)行溝通后排除裝車、運(yùn)輸過程混入苯系化合物的可能。

通過目前的相關(guān)文獻(xiàn)查找，了解到工業(yè)生產(chǎn)鹽酸主要有以下四種工藝：

(1)氯堿工藝，通過電解食鹽水(NaCl水溶液)，制得氫氧化鈉、氯氣和氫氣，然后氯氣和氫氣反應(yīng)生成氯化氫氣體，然后再用水吸收成鹽酸溶液。

(2)氯化石蠟工藝是近幾年比較流行的一種副產(chǎn)鹽酸的工藝，主要是因?yàn)槁然炘诮ㄖb修行業(yè)用量非常大。主要工藝是石蠟和氯氣反應(yīng)，氯氣中的氯原子取代了液體石蠟中的氫原子，氫原子與氯原子結(jié)合生成氯化氫，通過吸收，可以得到副產(chǎn)鹽酸，同時(shí)可以促使反應(yīng)向目標(biāo)方向進(jìn)行。

(3)鹵代苯工藝主要作為醫(yī)藥中間體，近幾年隨著醫(yī)藥行業(yè)迅速的發(fā)展，鹵代苯的用量隨之增加，其生產(chǎn)工藝與氯化石蠟類似，也是副產(chǎn)鹽酸。

(4)不揮發(fā)性強(qiáng)酸制揮發(fā)性酸，這種工藝主要在一些化肥、礦產(chǎn)深加工行業(yè)，主要是濃硫酸和氯化物反應(yīng)生成揮發(fā)性較強(qiáng)的氯化氫，然后用水吸收，可以促使反應(yīng)向目標(biāo)方向發(fā)展，得到需要的鹽酸。但是這種工藝相對成本較高，反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)較大，現(xiàn)實(shí)工業(yè)生產(chǎn)中，基本已經(jīng)不在使用。

非氯堿行業(yè)生產(chǎn)的鹽酸，在生產(chǎn)過程中鹽酸內(nèi)含有部分苯系化合物，最終在除鹽水裝置系統(tǒng)內(nèi)長時(shí)間富集后，導(dǎo)致陽床濾帽溶解。為進(jìn)一步確定鹽酸中苯系化合物含量，由寧夏計(jì)量質(zhì)量檢測研究院進(jìn)行定量檢測，1，3-二氯苯、1，4-二氯苯、1，2，4-三氯苯含量為分別為：0.02 mg/L、0.06 mg/L、0.11 mg/L[2]。

3.3 各類鹽酸標(biāo)準(zhǔn)的比對(如表1所示)。

表1 各類鹽酸標(biāo)準(zhǔn)比對表

通過對鹽酸工藝的了解和成品鹽酸相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的比對，我們很容易得到一個(gè)結(jié)論。鹽酸的各級標(biāo)準(zhǔn)中均未對苯系化合物或者某些有機(jī)物的含量作出相應(yīng)要求，而且某些工藝很有可能會(huì)在副產(chǎn)鹽酸中殘留有苯系化合物或者某些有機(jī)物，這樣就可能使裝置在運(yùn)行過程中殘留的苯系化合物或者某些有機(jī)物積聚，尤其是對污水“零排放”或者密閉水系統(tǒng)來說，更容易導(dǎo)致苯系化合物或者某些有機(jī)物發(fā)生積聚，從而通過“相似相溶”原理，導(dǎo)致某些塑料材質(zhì)的管線、閥門、構(gòu)件腐蝕、變形等影響正常生產(chǎn)。

3.4 改進(jìn)措施

進(jìn)廠鹽酸必須為氯堿行業(yè)生產(chǎn)的鹽酸，對鹽酸中苯系化合物含量進(jìn)行抽檢，國標(biāo)中無該檢測項(xiàng)目，把控具有一定的難度，將陽床濾帽改為不銹鋼材質(zhì)。

4 經(jīng)濟(jì)評算

將陽床濾帽改為不銹鋼材質(zhì)，采購成本會(huì)上升，考慮到樹脂損失、人工費(fèi)用，總體全年成本降低約17萬元 左右。

5 結(jié)語

查找到濾帽溶解的原因，同時(shí)周邊化工廠除鹽水系統(tǒng)也有類似的情況發(fā)生，對進(jìn)廠的鹽酸抽檢提出規(guī)范性要求，由于國標(biāo)對鹽酸中苯系化合物未做規(guī)定，對鹽酸的國標(biāo)修訂具有指導(dǎo)意義，同時(shí)對發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行了積極有效的技改，節(jié)約了成本，提高了工作效率。