CN103638993B - 一种离子交换树脂在线复苏的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的离子交换树脂在线复苏的方法在离子交换反应器内进行，并且包括以下步骤：采用脱盐水对失效后的离子交换树脂进行一次冲洗，所述一次冲洗包括交替进行的反洗和正洗，反洗的进水流速大于正洗的进水流速；将一次冲洗后的离子交换树脂用酸液进行浸泡；采用由质量浓度为10～12％的Na₂SO₄溶液和质量浓度为5～6％的NaOH溶液组成的混合复苏液对离子交换树脂进行浸泡，在浸泡的同时向离子交换反应器中持续通入O₃；采用NaOH溶液或KOH溶液对离子交换树脂进行再生。通过采用本发明的离子交换树脂在线复苏的方法对失效的树脂进行在线复苏，使树脂功能大部恢复后重新投入使用，降低了复苏成本并延长了离子交换树脂的使用时间，有利于节能减排及降本增效。

Description

一种离子交换树脂在线复苏的方法

技术领域

本发明涉及离子交换净化的技术领域，更具体的讲，涉及一种有机胺烟气脱硫工艺中的离子交换树脂脱盐系统中的离子交换树脂在线复苏方法。

背景技术

钢铁工业是造成大气污染比较严重的行业之一，而烧结工序又是钢铁工业的主要污染源。近年来，越来越多的烧结厂安装了烟气脱硫系统来减排SO₂，其中一部分采用的湿法有机胺脱硫工艺。有机胺溶液在吸收SO₂的同时，也吸收了大量的SO₃及HCl等酸性气体，这些吸收了的酸性气体很快在脱硫溶液中形成SO₄ ^2-及Cl^-等阴离子。形成的阴离子一方面会对脱硫溶液的吸收解析性能产生影响，影响脱硫系统的脱硫的效率；另一方面大量的阴离子存在，特别是Cl^-的存在会加剧脱硫系统的设备腐蚀，从而加大脱硫的运行成本。因此在有机胺脱硫系统中都安装有脱除热稳定性盐的设备，其中离子交换树脂脱盐系统以其较好的脱出效率及良好的稳定性被广泛应用。

离子交换树脂是一类带有功能基的网状结构的高分子化合物，具有可以反复再生循环使用的实用性，但在离子交换过程中，交换势能较高、附着力强的离子或大分子之类的物质容易被交换或吸附到树脂上，而在再生时却难以洗脱下来，从而阻碍了离子交换反应的进行或在离子交换反应过程中生成难溶的沉积物并沉积在树脂内部阻碍了离子交换的通道，造成离子交换树脂的失效。

在传统的水处理工艺过程中，会出现待处理水中铁、钙、铝等金属离子以及悬浮物、硅、油、有机物污染树脂造成树脂失效的问题。目前，通常是采用离线复苏的办法将污染消除，使树脂功能大致恢复后重新投入使用。但由于有机胺脱硫溶液中的铁、钙、铝等金属离子以及悬浮物、硅、油、有机物含量比传统意义水处理工艺过程中的待处理水的同类物质含量要高很多，容易很快造成树脂的污染失效，因此需要频繁进行复苏处理。而离线复苏的办法由于其可操作性差，耗时长已不能满足工业生产的要求。另外，现有技术中的离子交换树脂复苏多在离子交换器外进行，在移动树脂的过程中容易造成树脂的磨损粉化，并且所采用的复苏液多为强酸强碱，复苏成本较高。若有在线复苏的工艺，通常也由于复苏剂等问题使得复苏效果有限，旧树脂的性能很难得到大幅度的提高和改善。

因此，解决离子交换树脂被污染后的在线复苏的问题，有着较大的理论意义和经济价值。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于克服现有技术中的不足提供一种复苏效果良好的离子交换树脂在线复苏方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种离子交换树脂在线复苏的方法，所述方法在离子交换反应器内进行，并且所述方法包括以下步骤：采用脱盐水对失效后的离子交换树脂进行一次冲洗，所述一次冲洗包括交替进行的反洗和正洗，反洗的进水流速大于正洗的进水流速；将一次冲洗后的离子交换树脂用酸液进行浸泡；采用由质量浓度为10～12％的Na₂SO₄溶液和质量浓度为5～6％的NaOH溶液组成的混合复苏液对离子交换树脂进行浸泡，在浸泡的同时向离子交换反应器中持续通入O₃；采用NaOH溶液或KOH溶液对离子交换树脂进行再生。

根据本发明的离子交换树脂在线复苏的方法的一个实施例，在一次冲洗的步骤中，反洗的进水流速为40～50m/h且反洗时间为0.3～0.5h，正洗的进水流速为15～20m/h且正洗时间为0.5～1h，所述反洗与正洗的交替循环次数为4～5次。

根据本发明的离子交换树脂在线复苏的方法的一个实施例，在用酸液进行浸泡的步骤中，采用质量浓度为8～10％的盐酸进行浸泡，浸泡时间为16～24h，所述盐酸的体积为离子交换树脂体积的2～3倍。

根据本发明的离子交换树脂在线复苏的方法的一个实施例，所述方法还包括在用酸液进行浸泡的步骤之后采用脱盐水对离子交换树脂进行二次冲洗的步骤，所述二次冲洗包括交替进行的正洗与反洗，正洗和反洗的进水流速均为30～35m/h，并待冲洗后的水的pH值为5～6时停止二次冲洗。

根据本发明的离子交换树脂在线复苏的方法的一个实施例，在混合复苏液进行浸泡的步骤中，所述混合复苏液的体积为离子交换树脂体积的2～3倍，浸泡时间为24～36h。

根据本发明的离子交换树脂在线复苏的方法的一个实施例，在混合复苏液进行浸泡的步骤中，通入的O₃的浓度为1000～2000mg/m³且每小时通入的O₃量为离子交换树脂体积的3～4倍。

根据本发明的离子交换树脂在线复苏的方法的一个实施例，所述Na₂SO₄溶液由脱硫系统冷冻结晶排出的固体Na₂SO₄配制而成。

根据本发明的离子交换树脂在线复苏的方法的一个实施例，所述方法还包括在混合复苏液进行浸泡的步骤之后采用脱盐水对离子交换树脂进行三次冲洗的步骤，所述三次冲洗包括交替进行的正洗与反洗，正洗和反洗的进水流速均为30～35m/h，所述三次冲洗的总时间为0.5～1h。

根据本发明的离子交换树脂在线复苏的方法的一个实施例，采用NaOH溶液进行再生并且所述NaOH溶液的质量浓度为4～5％，所述NaOH溶液通过离子交换树脂的流速为13～15m/h并且NaOH溶液的体积为离子交换树脂体积的4～5倍。

通过采用本发明的离子交换树脂在线复苏的方法对失效的树脂进行在线复苏，使树脂功能大部恢复后重新投入使用，降低了复苏成本并延长了离子交换树脂的使用时间，对于节能减排及降本增效都有一定的意义。

附图说明

图1是根据本发明示例性实施例的离子交换树脂在线复苏的方法所采用的装置示意图。

附图标记说明：

1-脱盐水进口、2-截止阀、3-流量计、4-离子交换反应器、5-酸液进口、6-复苏液进口、7-O₃进口、8-碱液进口、9-上排液口、10-下排液口。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例对本发明做进一步的详细描述。

根据本发明示例性实施例的离子交换树脂在线复苏的方法是在离子交换反应器内进行，并且所述方法包括以下步骤：

（1）采用脱盐水对失效后的离子交换树脂进行一次冲洗，以去除离子交换树脂中的粉尘、悬浮物等物质。并且，一次冲洗包括交替进行的反洗和正洗，反洗的进水流速大于正洗的进水流速。具体而言，采用脱盐水对失效后的离子交换树脂进行冲洗时先进行反洗，并且反洗时采用快速进水方式，进水流速为45～50m/h且反洗时间为0.3～0.5h，在高速的水流作用下实现对离子交换树脂的充分搅拌和晃动，从而使离子交换树脂包裹的粉尘、悬浮物等与其充分地分离；在反洗后紧接着采用正洗，正洗时采用慢速进水方式，进水流速为15～20m/h且正洗时间为0.5～1h，在低速的水流作用下，利用离子交换树脂与粉尘、悬浮物等物质在比重上的差别，使粉尘、悬浮物等物质等更好地排出离子交换反应器。优选地，在一次冲洗过程中，反洗与正洗的交替循环次数为4～5次，以充分去除其中的粉尘、悬浮物等物质。

需要说明的是，正洗是指由上至下对离子交换反应器内的离子交换树脂进行冲洗，反洗是指由下至上对离子交换反应器内的离子交换树脂进行冲洗。脱盐水是指将所含易于除去的强电解质除去或减少到一定程度的水，脱盐水中的剩余含盐量应不大于5mg/L，例如脱盐水中的K⁺、Na⁺、Ca⁺、Cl^-含量均控制为小于1mg/L。

（2）将一次冲洗后的离子交换树脂用酸液进行浸泡，以去除被离子交换树脂吸附的铁、钙、铝等金属离子。根据本发明的示例性实施例，在脱盐水冲洗后放干水，然后采用质量浓度为8～10％的盐酸对离子交换树脂进行浸泡，盐酸的浸泡时间为16～24h，盐酸的体积为离子交换树脂体积的2～3倍。选择盐酸进行浸泡是因为盐酸较酸气冷凝液等含有的杂质离子较少，而且其酸性更强，能更加有效地去除吸附在离子交换树脂上的金属离子。所使用的盐酸的浓度及其浸泡时间是通过工业试验优化确定的，在此条件下进行浸泡对金属离子的去除效果最佳。

进一步地，在用酸液进行浸泡的步骤之后再采用脱盐水对离子交换树脂进行二次冲洗，该二次冲洗包括交替进行的正洗与反洗，正洗的进水流速等于反洗的进水流速。二次冲洗的目的是去除离子交换树脂中残留的酸液及其中被去除的金属离子，根据本发明的示例性实施例，在酸液浸泡之后沥干，然后采用脱盐水进行正洗反洗交替的二次冲洗，其中正洗和反洗的进水流速均为30～35m/h，并待冲洗后的水的pH值为5～6时停止二次冲洗。冲洗时若进水流速过高，则停留时间短、冲洗效果差；若进水流速过低，则液膜传质阻力增加，冲洗效果差，因此在以上30～35m/h的流速下冲洗的效果最佳。并且，采用正洗和反洗交替冲洗的方式进行二次冲洗，在达到相同的效果下，所用的水量相对较少，有利于资源的节约。

（3）采用由质量浓度为10～12％的Na₂SO₄溶液和质量浓度为5～6％的NaOH溶液组成的混合复苏液对二次冲洗后的离子交换树脂进行浸泡，在浸泡的同时向离子交换反应器中持续通入O₃。根据本发明的示例性实施例，在二次冲洗结束之后并沥干离子交换树脂之后，向离子交换反应器中注入由质量浓度为10～12％的Na₂SO₄溶液和质量浓度为5～6％的NaOH溶液组成的混合复苏液以进一步去除离子交换树脂中包括腐植酸、富味酸、哌嗪类等物质在内的有机物，其中，混合复苏液的体积为离子交换树脂体积的2～3倍，浸泡时间为24～36h。优选地，Na₂SO₄溶液由脱硫系统冷冻结晶排出的固体Na₂SO₄配制而成，有利于降低成本并实现资源的二次利用。并且在通入O₃进行复苏的条件下，以上浓度的硫酸钠溶液和氢氧化钠溶液所组成的混合复苏液的复苏效果最佳。

在采用混合复苏液对离子交换树脂进行浸泡处理时，本发明创新性的同时连续地向离子交换反应器中通入O₃，一方面对有机物起氧化作用以提高复苏的效果，另一方面起搅拌作用以使离子交换树脂与混合复苏液能更好地接触反应。根据本发明的示例性实施例，通入的O₃的浓度为1000～2000mg/m³且每小时通入的O₃量为离子交换树脂体积的3～4倍。

进一步地，在混合复苏液进行浸泡的步骤之后再采用脱盐水对离子交换树脂进行三次冲洗，与二次冲洗类似，三次冲洗也包括交替进行的正洗与反洗，正洗的进水流速等于反洗的进水流速。三次冲洗的目的是去除离子交换树脂中残留的混合复苏液及其中被去除的有机物，根据本发明的示例性实施例，正洗和反洗的进水流速均为30～35m/h，三次冲洗的总时间为0.5～1h。在上述冲洗时间及进水流速条件下进行三次冲洗，可将离子交换树脂中残留的混合复苏液及其中被去除的有机物冲洗干净，并且冲洗效果最佳。并且，采用正洗和反洗交替冲洗的方式进行三次冲洗，在达到相同的效果下，所用的水量也较少。

（4）最后，采用NaOH或KOH溶液对三次冲洗后的离子交换树脂进行再生即得到复苏后的离子交换树脂。根据本发明的示例性实施例，采用NaOH溶液作为再生液并且其质量浓度为4～5％，NaOH溶液通过离子交换树脂的流速为13～15m/h，并且NaOH溶液的体积为离子交换树脂体积的4～5倍。

其中，再生是指使OH^-与吸附在离子交换树脂内的阴离子（SO₄ ^2-）发生置换从而使离子交换树脂恢复活性的过程。氢氧化钠相较于其它碱性物质在运行成本及再生效果方面较佳，氢氧化钾也可以进行再生，但在运行成本上要比用氢氧化钠高很多。

再生过程是离子交换树脂吸附OH^-的过程，需以高浓度的再生液维持浓度差才能获得较好的再生效果。再生液的浓度越高，再生越彻底，而根据工作层的理论，再生液浓度越大，工作层越厚，再生液也越容易穿透离子交换树脂层造成浪费，再生液的用量一般以离子交换树脂的交换容量计算；并且离子交换树脂在使用过程中，因重金属离子、有机物的污染或因树脂氧化导致交换基团损坏，其交换容量被不可避免地降低，故再生液的量也当视树脂性能而定。在本发明中，优选地以质量浓度为4～5％的NaOH溶液作为再生液，其体积为离子交换树脂体积的4～5倍为宜。对于再生液的流速而言，过高的流速易使离子交换树脂发生乱层，而过低的流速会降低离子交换树脂表面再生液的雷诺数，阻碍传质而降低再生液的利用率，因此将再生液的流速设置为13～15m/h为宜。

以下，参照附图来详细说明本发明的示例。

图1是根据本发明示例性实施例的离子交换树脂在线复苏的方法所采用的装置示意图。其中，各管路上均设置有截止阀2和/或流量计3以对整个在线复苏过程中的液流或气流进行控制。

如图1所示，在离子交换树脂失效后先用脱盐水对离子交换反应器4中的失效离子交换树脂进行一次冲洗，其主要目的是除去树脂中含有的粉尘和悬浮物。一次冲洗时先进行反洗，脱盐水从脱盐水进口1进入并从离子交换反应器4的下端进入离子交换反应器4中，采用快速进水方式，进水流速为45～50m/h且反洗时间为0.3～0.5h，在高的水流速下，离子交换树脂实现了充分搅拌、晃动，从而充分地使包裹的粉尘、悬浮物等与离子交换树脂分离，冲洗后的废水由离子交换反应器4的上排液口9外排到脱硫系统的洗涤段进行利用。在反洗后紧接着进行正洗，脱盐水从脱盐水进口1进入并从离子交换反应器4的上端进入离子交换反应器4中，采用慢速进水方式，进水流速为15～20m/h且正洗时间为0.5～1h，在低的水流速下，利用树脂与粉尘、悬浮物等比重的差别，使粉尘、悬浮物等排出离子交换反应器4，冲洗后的废水由离子交换反应器4的下排液口10外排到脱硫系统的洗涤段进行利用。并且，该正洗和反洗的过程交替循环4～5次。

在脱盐水一次冲洗后将离子交换反应器4内的水放干，放出的水由下排液口10外排到脱硫系统的洗涤段进行利用，然后用酸液对离子交换树脂进行浸泡以去除被树脂吸附的铁、钙、铝等金属离子。浸泡所用的酸液为浓度为8～10%的盐酸，酸液自酸液进口5进入离子交换反应器4中，并且所用的盐酸体积为离子交换树脂体积的2～3倍，盐酸浸泡时间为16～24h。酸液浸泡完成后，废酸液由下排液口10外排到废水处理系统进行处理。

待废酸液排净后，采用脱盐水对离子交换树脂进行二次冲洗，同样采用正洗反洗交替进行的方式进行，其中，脱盐水分别由离子交换反应器4的上端和下端进入离子交换反应器4中，脱盐水经过离子交换树脂的流速均为30～35m/h，当出水的pH值为5～6时停止二次冲洗，并将离子交换反应器中的水放干，洗涤废水由上排液口9及下排液口10外排到脱硫系统的洗涤段进行利用。

脱盐水二次冲洗完后，采用由质量浓度为10～12%的Na₂SO₄溶液和5～6%的NaOH溶液组成的混合复苏液对离子交换树脂进行浸泡处理以除去离子交换树脂中含有的有机物。其中，Na₂SO₄溶液由脱硫系统冷冻结晶处排出的固体Na₂SO₄配制而成，将质量浓度为10～12%的Na₂SO₄溶液与质量浓度未5～6%的NaOH混合均匀后，使其从复苏液进口6进入离子交换反应器4，该复苏液的浸泡时间为24～36h且其体积为离子交换树脂体积的2～3倍。

在复苏液浸泡处理的过程中，同时连续地向离子交换反应器4中通入O₃，其一方面起氧化作用，提高复苏的效果，另一方面起搅拌作用，使树脂与复苏液能更好地接触反应。其中，O₃由O₃进口7进入离子交换反应器4，通入的O₃浓度为1000～2000mg/m³，每小时通入的O₃量为离子交换树脂体积的3～4倍，通入O₃时上排液口9处的截止阀2打开，废气由此处排至脱硫系统进行处理。

复苏液浸泡处理后将离子交换树脂沥干，废液由下排液口10外排到废水处理系统进行处理，接着用脱盐水进行三次冲洗并交替进行正洗和反洗，冲洗的时间为0.5～1h，脱盐水经过离子交换树脂的流速均为30～35m/h，洗涤废水由上排液口9及下排液口10外排到脱硫系统的洗涤段进行利用。

脱盐水三次冲洗完之后，用质量浓度为4～5%的NaOH溶液对离子交换树脂进行再生，NaOH溶液由碱液进口8进入离子交换反应器4，NaOH溶液通过离子交换树脂的流速为13～15m/h，NaOH溶液的体积为离子交换树脂体积的4～5倍，再生后的废液由下排液口10外排到洗涤段进行利用，所获的离子交换树脂经过在线的上述处理之后可以直接继续进行有机胺烟气脱硫的处理。

采用本发明的离子交换树脂在线复苏的方法后，通过先后去除其中含有的粉尘和悬浮物、吸附的铁、钙、铝等金属离子、含有的有机物等，成功实现了离子交换树脂的在线复苏，降低了复苏成本，延长了离子交换树脂的使用周期。

尽管上面结合实施例示出并描述了本发明的离子交换树脂在线复苏的方法，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在这里做出形式和细节上的各种改变。

Claims (7)

1.一种离子交换树脂在线复苏的方法，其特征在于，所述方法在离子交换反应器内进行，并且所述方法包括以下步骤：

采用脱盐水对失效后的离子交换树脂进行一次冲洗，所述一次冲洗包括交替进行的反洗和正洗，反洗的进水流速大于正洗的进水流速，其中，反洗的进水流速为40～50m/h且反洗时间为0.3～0.5h，正洗的进水流速为15～20m/h且正洗时间为0.5～1h，所述反洗与正洗的交替循环次数为4～5次；

将一次冲洗后的离子交换树脂用酸液进行浸泡；

采用由质量浓度为10～12％的Na₂SO₄溶液和质量浓度为5～6％的NaOH溶液组成的混合复苏液对离子交换树脂进行浸泡，在浸泡的同时向离子交换反应器中持续通入O₃，其中，通入的O₃的浓度为1000～2000mg/m³且每小时通入的O₃量为离子交换树脂体积的3～4倍；

采用NaOH溶液或KOH溶液对离子交换树脂进行再生。

2.根据权利要求1所述的离子交换树脂在线复苏的方法，其特征在于，在用酸液进行浸泡的步骤中，采用质量浓度为8～10％的盐酸进行浸泡，浸泡时间为16～24h，所述盐酸的体积为离子交换树脂体积的2～3倍。

3.根据权利要求1所述的离子交换树脂在线复苏的方法，其特征在于，所述方法还包括在用酸液进行浸泡的步骤之后采用脱盐水对离子交换树脂进行二次冲洗的步骤，所述二次冲洗包括交替进行的正洗与反洗，正洗和反洗的进水流速均为30～35m/h，并待冲洗后的水的pH值为5～6时停止二次冲洗。

4.根据权利要求1所述的离子交换树脂在线复苏的方法，其特征在于，在混合复苏液进行浸泡的步骤中，所述混合复苏液的体积为离子交换树脂体积的2～3倍，浸泡时间为24～36h。

5.根据权利要求1所述的离子交换树脂在线复苏的方法，其特征在于，所述Na₂SO₄溶液由脱硫系统冷冻结晶排出的固体Na₂SO₄配制而成。

6.根据权利要求1所述的离子交换树脂在线复苏的方法，其特征在于，所述方法还包括在混合复苏液进行浸泡的步骤之后采用脱盐水对离子交换树脂进行三次冲洗的步骤，所述三次冲洗包括交替进行的正洗与反洗，正洗和反洗的进水流速均为30～35m/h，所述三次冲洗的总时间为0.5～1h。

7.根据权利要求1所述的离子交换树脂在线复苏的方法，其特征在于，在再生的步骤中，采用NaOH溶液进行再生并且所述NaOH溶液的质量浓度为4～5％，所述NaOH溶液通过离子交换树脂的流速为13～15m/h并且NaOH溶液的体积为离子交换树脂体积的4～5倍。