脱盐水浮动床改进及效益分析
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收稿日期：2011-05-20
作者简介：李明华：女，1983年生，助理工程师，2006年毕业于中国石油大学(华东)热能与动力工程专业，现在大庆石化公司化工一厂从事技术管理工作.
摘要：2008年大庆石化公司化工一厂动力车间二套脱盐水装置由固定床工艺改为浮动床工艺，改造后经济效益显著。本文对改造前装置的缺陷进行了分析，对浮动床工艺原理和改造后装置的特点以及改造后的经济效益进行了论述，对其它使用固定床工艺的单位具有一定借鉴和指导意义。
关键词：固定床 浮动床 顺流 逆流 再生 单耗
The Innovative Approach and Benefit Analysis on Floating Bed of Deionized Water Plant
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No.1 Chemical Plant of Daqing Petrochemical Company, Daqing 163714, Heilongjiang
Abstract: The process of the two sets of deionized water units was changed from fixed bed to floating bed in the power workshop of No.1 chemical plant in 2008. Significant economic benefits have been attained after the transformation. The defects of the unit before the transformation are analyzed, and the process principles of the floating bed, the features of the unit and the economic benefits after transformation are discussed. It provides a reference and guiding significance to other unit using fixed bed process.
Key words:
fixed bed floating bed parallel flow counter flow regeneration unit consumption
大庆石化公司化工一厂动力车间脱盐水A系列原为固定床处理工艺，运行周期短、周期制水量低、酸碱耗量大、自耗水率高。为改变装置的落后现状，该装置于2008年5月实施了固定床改为浮动床的改造，将原来的一级阳床改造为阳树脂清洗塔，二级阳床改造为双室浮动阳床，原来的一级阴床改为双室浮动阴床，原来的三级阳床更新为阴树脂清洗塔，二级阴床更新为三层混床。2008年10月份该装置投入试运行以来，目前仍正常运行。本文对改造前后的生产工艺及特点进行了介绍，对浮动床技术和原理进行了探讨，并对改造后的经济效益进行了论证。
1 原有生产工艺及存在缺陷
脱盐水装置原有工艺流程为“5床6塔”式固定床顺流再生工艺。所谓“5床6塔”就是5个床子和一个脱碳塔(第六个是塔)。5个床子分别是一级阳床、二级阳床、一级阴床、三级阳床和二级阴床。五个床子中，二级阳床和一级阴床是逆流再生方式，再生剂流向与通水流向相反由下往上流，其它三个床子都是顺流再生方式，再生剂流向与通水方向相同都是从上往下流。原有工艺简化流程见图 1。
由于装置是固定床顺流和逆流再生方式，因此存在如下缺点：
(1) 流程复杂，床子数量多，再生工序复杂，再生时间长。
(2) 周期制水量低(2 600 t/周期)，运行周期短(15 h)。
(3) 酸、碱耗量高(酸、碱单耗分别为0.44 kg/t和0.13 kg/t)。
(4) 自用水率高(13%)。
2 浮动床技术及工艺原理
水处理装置双室浮动床由双室浮动阳床、脱碳塔、双室浮动阴床和混床组成。浮动阳床下室填装弱酸阳树脂(D113)，主要除去水中的Ca2+、Mg2+，上室填装强酸阳树脂(001×7)，主要除去水中的K+、Na+；同样，浮动阴床下室填装弱碱阴树脂(D301FC)，主要除去水中HCO3-等离子，上室填装强碱阴树脂(201×7)，主要除去水中SO42－、Cl－及SiO32－等离子。将弱酸、弱碱树脂放在下室，用以除去水中大量存在的弱酸、弱碱离子，将强酸、强碱树脂放在上室，用以除去水中含量较少的强酸、强碱离子。由于弱酸、弱碱树脂的特点是交换容量大、再生剂耗量低，因此再生时将再生剂从上向下流。即先再生强酸、强碱树脂，而再生完强酸、强碱树脂后的残余再生剂足以用于弱酸、弱碱树脂的再生，因此采用这一工艺可大大降低再生剂耗量，提高周期制水量，降低装置自耗水率。与此同时，由于浮动床通水时水流从下向上流，再生时再生剂由上往下流，通水流向与再生剂流向相反，最后出水由混床把关，因此具有运行流速高、通水阻力小、混浊物不易沉积、再生工序少(没有改造前的反洗等工序)、出水水质好、再生剂耗量低、自耗水率低等诸多优点。
3 改造后的生产工艺及特点
浮动床工艺在目前国际、国内已被广泛应用，本次改造即是将这一工艺在二套脱盐水装置进行应用。改造前脱盐水装置原为“5床6塔”式工艺，改造后的工艺为一个浮动阳床、一个浮动阴床、一个脱碳塔和一个三层混床。改造后的简易工艺流程如图 2所示。
改造后将原来的5个床子减少为三个床子，并将固定床运行方式改为浮动床运行方式，运行时水从下往上流，床内树脂层被整体托起。再生时再生剂从上往下流，先再生强酸、强碱树脂，后再生弱酸、弱碱树脂。
由于采用了浮动床逆流再生方式，因此改进后的工艺具有如下优点：
(1) 流程简单，床子数量少，再生工序简单(省掉反洗等工序)，再生时间短。
(2) 运行阻力小、周期制水量高(8 000 t/周期)，运行周期长(60 h)。
(3) 酸、碱耗量低(酸、碱单耗分别为0.23 kg/t和0.10 kg/t)。
(4) 自用水率低(4.5%)。
(5) 再生操作简单，出水水质好。
4 改造后的运行状况
2008年10月，改造后的装置投入了正常运行。经过几个月的实际运行情况表明，各项参数都达到了设计要求。周期制水量由原来的2 600 t提高到8 000 t以上，运行周期由15 h延长到60 h，再生酸耗由0.44 kg/t降低到0.23 kg/t，再生碱耗由0.13 kg/t降低到0.10 kg/t以下，自用水率由13%降到4.5%。
5 改造后效益论证
5.1 经济效益
如果每年按运行8 000 h(满负荷)计算，周期制水量为8 000 t, 制水能力为140 t/h, 每次再生时间为3 h，则每个运行周期为8000/140+3=60 h，每年(满负荷)可运行8000/60=133个周期，年产脱盐水133×8000=106×104 t。若以改造前的装置进行生产，要达到106×104 t水量，需要消耗：
酸：0.44/1000 ×106×104 t=466 t
碱：0.13/1000 ×106×104 t=138 t
水：13%×106×104 t=13.78×104 t
而改造后，每年即可产水106×104 t，且需要消耗：
酸：0.23/1000×106×104 t=244 t
碱：0.10/1000×106×104 t=106 t
水：4.5%×106×104 t=4.8×104 t
所以，
节酸：466-244=222 t
节碱：138-106=32 t
节水：13.8-4.8=9×104 t
其中原水、脱盐水比例分别约占30%和70%，即节约原水2.7×104 t，节约脱盐水6.3×104 t。
如果硫酸价格按1 607元/t、碱价格按3 039元/t、原水和脱盐水价格分别按2.0元/t和10元/t计算，则改造后，以相同产量计，经济效益为：
222×1607+32×3039+27000×2.0+63000×10=113.8万元。
5.2 社会效益
该项目实施后，除具有以上的节水和节酸节碱效益外，还有巨大的社会效益，具体体现在每年可减少大量的污水排放，避免环境污染。
6 结论
大庆石化公司化工一厂通过双室沸腾浮动床加三层混床工艺技术的工业应用及合作开发，解决了脱盐水A系列长期存在的运行周期短、周期制水量低、酸碱耗量高及自耗水率高的问题，使老装置重新获得了生机，改造后每年节水9×104 t，节酸222 t，节碱32 t，获经济效益113.8万元。
| [1] |
史惠祥. 实用水处理设备手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 2000.
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| [2] |
何铁林. 水处理化学品手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 2003.
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2011, Vol. 40