趙興旺，王慶龍

（1 遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司，遼寧阜新123000；2 遼寧省煤制天然氣工程技術(shù)研究中心，遼寧阜新123000；3 遼寧省煤制天然氣工程研究中心，遼寧阜新123000；4 遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司企業(yè)博士后科研基地，遼寧阜新123000）

隨著硫磺制酸工業(yè)的國產(chǎn)化、大型化，與之配套的樹脂離子交換器水處理裝置單套生產(chǎn)能力也大幅度提高，在H型強(qiáng)酸性陽離子交換過程中，當(dāng)水中出現(xiàn)鈉離子并超過一定的控制值時(shí)則視該樹脂已經(jīng)失效。為恢復(fù)其交換能力，離子交換樹脂就需要進(jìn)行再生，其再生過程是用酸液通過失效的樹脂層，使樹脂中的其它陽離子被排到溶液中去，而酸液中的氫離子則被樹脂吸附著，再次形成HR型樹脂而恢復(fù)其交換能力。

陽床失效后的再生工藝流程如圖1。

圖1 陽床失效后再生工藝流程

由于陽床再生時(shí)的再生劑有鹽酸和濃硫酸兩種選擇，其再生過程反應(yīng)如下所述。

（1）用鹽酸再生時(shí)反應(yīng)為

（2）用濃硫酸再生時(shí)反應(yīng)為

1 鹽酸和濃硫酸的性能及優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 鹽酸的性能及優(yōu)缺點(diǎn)

1.1.1 鹽酸的性能

鹽酸為無色透明液體，工業(yè)鹽酸因帶有FeCl2等雜質(zhì)略帶黃色，有極強(qiáng)腐蝕性，相對密度為1.19。

1.1.2 鹽酸的優(yōu)缺點(diǎn)

以鹽酸作再生劑時(shí)，再生操作簡單，只要將一定量的稀鹽酸以一定的流速通過樹脂就可以進(jìn)行再生；離子交換容量比較高，可達(dá)到樹脂全交換容量的50%～60%。所以用鹽酸再生時(shí)不僅操作簡便，對樹脂再生后的效果也起到較好的改善，并且可以除去樹脂層內(nèi)的鐵污染。

但是鹽酸再生時(shí)大多以工業(yè)鹽酸作再生劑，工業(yè)鹽酸的濃度低 （一般為30%左右），相對用量大，而且鹽酸的腐蝕性較強(qiáng)，所以對配酸系統(tǒng)作防腐工作提高了要求，使其系統(tǒng)增加而變得復(fù)雜；尤其當(dāng)使用不慎時(shí)，有可能使水中的Cl－濃度增加，引起不銹鋼設(shè)備的局部腐蝕。

1.2 濃硫酸的性能及其優(yōu)缺點(diǎn)

1.2.1 濃硫酸的性能

濃硫酸為無色透明油狀液體，強(qiáng)烈吸收水分，有極強(qiáng)腐蝕性和氧化性，相對密度為1.84。

1.2.2 濃硫酸的優(yōu)缺點(diǎn)

以濃硫酸作再生劑時(shí)，由于濃硫酸的濃度高（一般為96%左右），故其相對用量較?。挥捎谔间撃蜐饬蛩岬母g，故可直接用碳鋼儲槽存放、運(yùn)輸，配酸系統(tǒng)比較簡單，防腐措施易解決；又因硫酸中不含Cl－故可避免不銹鋼設(shè)備的局部腐蝕。

但以濃硫酸作再生劑時(shí)，由于硫酸二級離解度低，所以再生后樹脂工作交換容量相對于鹽酸再生就比較低，僅為全交換容量的30%左右；而且為了防止再生過程中硫酸鈣沉淀析出和提高再生后工作交換容量，常采用先低濃度、高流速的硫酸再生液再生，然后逐步提高濃硫酸濃度，降低流速分步再生的方法，而這樣再生后就使再生操作變得復(fù)雜。

2 鹽酸與濃硫酸的儲存與注意事項(xiàng)

2.1 使用濃硫酸或鹽酸作再生劑時(shí)儲存的不同點(diǎn)

鹽酸為非氧化性酸，對鐵等金屬有強(qiáng)烈的腐蝕作用。隨著鹽酸濃度的增加，對鐵等的腐蝕速度加快，而且鑄鐵在鹽酸中的腐蝕速度要比碳鋼受腐蝕的程度更加劇烈。

所以在儲存鹽酸時(shí)，使用鐵制容器必須進(jìn)行防腐。如采用涂刷環(huán)氧玻璃鋼、輝綠巖襯里或襯膠等防腐。

稀硫酸可以與電位序在氫以前的金屬，如鐵金屬等作用放出氫氣。

所以在儲存和使用70%以下的硫酸時(shí)，儲存用的鐵容器必須進(jìn)行防腐。對于高于70%以上的硫酸，由于此時(shí)顯示了其氧化性，即濃硫酸不與鐵金屬作用，就是因?yàn)殍F在濃硫酸中產(chǎn)生了 “鈍化”，也即在濃硫酸的氧化作用下，鐵的表面生成了一層致密的保護(hù)膜，保護(hù)了鐵金屬，使其不能與濃硫酸繼續(xù)反應(yīng)。

工業(yè)用濃硫酸的濃度一般都是在92%以上，所以盛裝濃硫酸的鐵容器可以不作防腐，將酸直接儲存在鐵制容器中。

2.2 使用濃硫酸或鹽酸作再生劑時(shí)的注意事項(xiàng)

2.2.1 使用鹽酸作再生劑時(shí)的注意事項(xiàng)

（1）防止Cl－濃度增加對不銹鋼的腐蝕 如果鹽酸使用不當(dāng)會造成Cl－增加，氯離子容易吸附在鈍化膜上，把氧原子擠掉，然后和鈍化膜中的陽離子結(jié)合形成可溶性氯化物；結(jié)果在露出來的機(jī)體金屬上腐蝕一個(gè)小坑，這些小坑被成為蝕核，為了中和腐蝕坑內(nèi)的電中性，外部的Cl－不斷向坑內(nèi)遷移使坑內(nèi)金屬進(jìn)一步水解，如此循環(huán)，不銹鋼不斷的腐蝕越來越快，并且向孔的深度方向發(fā)展直至形成穿孔，造成設(shè)備漏液，進(jìn)而導(dǎo)致危及生產(chǎn)及人身安全。

（2）防止鹽酸貯槽上漂浮的酸霧 用鹽酸作為陽離子交換劑時(shí)，常見鹽酸的貯槽上漂浮著酸霧，這樣不僅嚴(yán)重腐蝕設(shè)備，而且造成大氣污染。所以要做好防止酸霧發(fā)生的措施 （常見有設(shè)置酸霧吸收器、石蠟油液封兩種）。

2.2.2 使用濃硫酸作再生劑時(shí)的注意事項(xiàng)

（1）防止 “結(jié)鈣” 在再生強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂時(shí)，如采用硫酸再生，由于再生產(chǎn)物為CaSO4，而CaSO4在水中的溶解度較小，在樹脂層中有 “結(jié)鈣”的危險(xiǎn)。所以用硫酸作再生劑時(shí)，再生時(shí)的再生液濃度和流速是兩大關(guān)鍵問題。

（2）防止再生時(shí) “倒水” 濃硫酸溶解在水中產(chǎn)生大量的熱，如果由于再生不慎，酸抽子倒水，使再生液輸送水倒回濃硫酸計(jì)量箱時(shí)，則會由于濃硫酸的劇烈發(fā)熱而可能導(dǎo)致濃酸計(jì)量箱的損壞。

所以在采用濃硫酸作再生劑時(shí)，除了稀酸系統(tǒng)及有關(guān)閥門應(yīng)采用防腐措施外，還應(yīng)有預(yù)防酸抽子“倒水”的措施，以防不測。

3 兩種酸作再生劑時(shí)的選用

3.1 選擇再生效果好的再生劑

對于陽床的再生劑主要有兩種鹽酸與硫酸。從再生效果上講，鹽酸優(yōu)于硫酸。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)陽床運(yùn)行流速均采用10 m／s，則再生劑用量均為4倍再生劑量。用鹽酸再生，離子交換樹脂的工作交換容量比用硫酸再生的可提高40%～50%。所以在各方面條件相似的情況下，可優(yōu)先選用鹽酸作再生劑。

3.2 操作方便，避免采用能與離子交換樹脂所吸附的雜質(zhì)產(chǎn)生不容性沉淀

在化學(xué)水處理工藝中，常采用鹽酸作再生劑，而較少采用硫酸的有一個(gè)原因是：在再生操作中，如果再生液的濃度和流速掌握不好，極易在床層中產(chǎn)生硫酸鈣沉淀。由于硫酸鈣是一種難溶物，會附著在離子交換樹脂顆粒的表面及內(nèi)部網(wǎng)孔，較難洗出，因而引起樹脂交換能力的降低。

3.3 化學(xué)性能穩(wěn)定，不應(yīng)引起離子交換樹脂分解和氧化等作用

在再生陽床時(shí)，不選用硝酸作再生劑，就是由于其具有較強(qiáng)的氧化性，會對離子交換樹脂產(chǎn)生氧化作用，影響交換樹脂的使用周期。同時(shí)硝酸的價(jià)格也比較貴。

3.4 選用價(jià)格便宜、易購及儲存便利的再生劑

盡管鹽酸的再生效果優(yōu)于硫酸，但鹽酸價(jià)格較高，而且濃度低，對設(shè)備、管道有較強(qiáng)的腐蝕作用，對儲存設(shè)備的防腐條件要求較高，而硫酸由于濃度高 （幾乎是鹽酸的3倍），而且價(jià)格便宜，使用較為經(jīng)濟(jì)，并且有好儲運(yùn)的特點(diǎn)。

3.5 不同床型的再生劑耗量

不同床型的再生劑耗量見表1。

表1 不同床型的再生劑耗量

4 結(jié) 論

由于鹽酸作再生劑與濃硫酸作再生劑時(shí)都具有自己的特點(diǎn)，所以在實(shí)際使用中應(yīng)根據(jù)上述情況作技術(shù)比較。如果硫酸當(dāng)?shù)赜猩a(chǎn)，而鹽酸需從外地運(yùn)來，則此時(shí)采用硫酸就為有利在再生操作中，只要妥善掌握硫酸的再生工藝條件 （濃度、流速等），也能取得滿意的再生效果；但是如果兩種酸液都在本地或者都不在本地，此時(shí)采用鹽酸就為有利，因?yàn)辂}酸作再生劑時(shí)再生效果較硫酸高出很多。所以在選擇除鹽水陽床再生劑時(shí)就需要因地制宜，用較為經(jīng)濟(jì)有效的方式選擇使用濃硫酸還是鹽酸。

［1］ 宋業(yè)林.化學(xué)水處理技術(shù)問答 ［M］.北京：中國石化出版社，2008.

［2］ 周本省.工業(yè)水處理技術(shù) ［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［3］Seymour R B，Storey R F.Developments in styrenealkydresins［J］.Eourpean Coatings Journal，1990，42（10）：5－11.

［4］ 夏敏文.熱能工程設(shè)計(jì)手冊 ［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.

［5］ 周柏青，陳志和.熱力發(fā)電廠水處理下冊 ［M］.北京：水利電力出版社，1977.

［6］ 崔玉川，李思敏，李福勤.工業(yè)用水處理設(shè)施設(shè)計(jì)計(jì)算［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.