三层混床树脂装填的工艺措施与工艺处置

马海峰

（中国石油大庆石化公司水气厂，黑龙江大庆163714）

某石化公司脱盐水装置的一级水脱盐水设计制水量450 t/h，二级脱盐水设计制水量150 t/h。一级脱盐水处理工艺采用高效过滤器—活性炭过滤器—阳双层双室沸腾浮动床—二氧化碳除碳器—阴双层双室沸腾浮动床，二级脱盐水处理工艺采用固定混床［1］。2004 年将双层固定混床改造为三层固定混床。混床内部装填3种树脂，分别为大孔强酸性苯乙烯系阳树脂（D001TR）、大孔强碱性苯乙烯系阴树脂（D201TR）及惰性树脂（S-TR）。2019 年装置混床更换混床树脂，采取有效树脂装填工艺措施和后续工艺处置，取得较好效果。

1 混床工艺原理

三层混床是在交换容器内装填3种树脂，分别是强阳树脂D001-TR、强阴树脂D201-TR、惰性树脂S-TR。这3 种树脂的比重不同、粒径不同，在树脂再生的反洗过程中，使用水力对这3种树脂进行分层，分层后的树脂层从上到下的排列顺序是：强阴树脂D201TR、惰性树脂S-TR、强阳树脂D001TR［2］。惰性树脂 S-TR 在再生过程、运行过程中不参与离子交换反应，只在再生过程中起到分开阳、阴2种树脂的作用，避免再生过程中强酸、强碱树脂交叉污染，提高了交换容量和水质质量。混床的出水电导率≤0.2 μs/cm，SiO2含量≤20 μg/L。

2 更换树脂后三层混床出现的问题

2.1 电导率高

在脱盐水的制取过程中，混床的出水水质：电导率大于1.0 μs/cm，二氧化硅大于20 μg/L，达不到国家标准［3］。

2.2 酸碱耗高，再生剂用量大

树脂再生过程中，由于分层过程不明显，混层较深，容易产生树脂交叉污染，造成树脂离子交换容量降低，并且失去交换容量的树指混在再生后的树脂中容易释放Na+和SiO2，影响混床出水水质，使酸碱耗高，再生剂用量大，制水成本上升。

2.3 能耗高

混床水质SiO2含量高，运行周期短，所以使用脱盐水的各化工厂热交换损失较多，排污增加，能源浪费较大，经济效益差。

3 装填和后续工艺不当对混床出水水质的影响

3.1 离子交换树脂装填环节

新树脂装填前未对新树脂型号和状况进行检查，其他型号或破损新树脂被装入混床内，造成混床工作交换容量下降和出水电导高［4］。

新树脂装填前未对混床进行检查：

（1）未对混床内废树脂进行彻底清理，新旧树脂混杂后，造成混床交换容量下降和出水电导高。

（2）未对破损的防腐层进行处理，再生时，床体受再生液腐蚀床体漏铁，树脂被污染，造成混床工作交换容量下降和出水水质差。

（3）未更换混床破损布水设施，运行时存在偏流现象，床体内布水不均匀，造成混床提前失效，混床周期制水量下降，造成混床再生不彻底，提前排酸排碱，使再生不合格或投运后混床周期短。

阳、阴树脂的装填比例或装填高度不当，在再生时易造成交叉污染，在运行时形成阴阳树脂不能同步失效，使混床工作交换容量下降，制水周期缩短，影响水质，并增加酸碱消耗。混床内中排的位置在惰性树脂与阴树脂阳树脂的分层处，因此确定阳树脂的装填高度是混床装填的关键之处。

3.2 后续工艺处置环节

（1）新树脂未进行预处理，树脂与水、酸、碱等溶液接触时有少量低聚合物、未参与聚合或缩合反应的单体转入到溶液中，影响混床的产水质量。

（2）新树脂首次再生未使用2 倍酸碱，新树脂工作交换容量下降，混床制水周期短。

（3）混床的再生操作不当，造成混床工作交换容量下降和出水水质差。

4 装填工艺措施和后续工艺处置

针对固定混床水质的影响因素，脱盐水装置采取系列树脂装填工艺措施和后续工艺处置措施

4.1 离子交换树脂装填

4.1.1 混床树脂的装填比例通常阴树脂和阳树脂的体积比例为2:1。即阳树脂装填高度为500 mm，阴树脂装填高度为1 m，惰性树脂S-TR 装填高度为300 mm；直径大于2.5 m 的混床，通常阳树脂装填高度为600 mm，阴树脂装填高度为1.2 m。

4.1.2 新树脂装填前的检查处理

（1）安排专人对照树脂袋标识检查新树脂型号和树脂袋内树脂状况。

（2）检查混床内废树脂清理情况，引脱盐水将旧树脂排出。

4.2 后续工艺处置环节

（1）新树脂预处理，首先混床充满脱盐水进行24 h浸泡，减少新树脂附着的有机物和杂质。然后通入3%～4%的NaOH，流速控制在5～6 m/h，当底部有2%左右碱漏出时停止通碱，浸泡2 h 以上，用以消除新树脂存在的静电。然后对混床进行反洗分层，当阴、阳、惰性树脂有明显的分层面，惰性树脂S-TR 处于中排位置时操作完成。静止观测确定高度，再生之前洗去碱液防止再次出现乱层［5］。

（2）控制酸碱注入量、酸碱再生浓度、树脂混合等操作，严格控制再生操作参数，使用2 倍酸碱再生。再生过程要将混床上的水位控制到上视镜的中部，使水位保持在阴树脂上部10～15 cm 处，同时加入酸碱，流速控制在5～6 m/h，加碱流速可稍大于酸流速，保持混床上视镜液位稳定。置换过程关闭计量箱阀，监测中排出水电导率＜20 μs/cm时，置换过程结束。然后使混床内水表面达到高于树脂层300 mm处，加入工业风在3 min左右进行混脂操作，观察3种树脂充分混合后迅速停气。打开正洗排水阀、进水阀，让混床内的树脂层快速回落，然后进行正洗，出水达到电导率≤0.2 μs/cm、SiO2含量≤20 μg/L，树脂再生操作完成。

5 结束语

2019 年9 月6 日混床更换树脂投运后，出水电导率及二氧化硅全部合格，装置运行平稳。同年12 月4 日，在装置标定中，混床的周期制水量达到了86 400 t。表明脱盐水装置的混床树脂更换过程采取的工艺措施和后续工艺处置措施得当、效果显著，混床制水周期和出水水质达到了使用要求。