一種離子交換樹脂在線復蘇的方法
【專利摘要】本發(fā)明的離子交換樹脂在線復蘇的方法在離子交換反應器內進行，并且包括以下步驟：采用脫鹽水對失效后的離子交換樹脂進行一次沖洗，所述一次沖洗包括交替進行的反洗和正洗，反洗的進水流速大于正洗的進水流速；將一次沖洗后的離子交換樹脂用酸液進行浸泡；采用由質量濃度為10～12％的Na2SO4溶液和質量濃度為5～6％的NaOH溶液組成的混合復蘇液對離子交換樹脂進行浸泡，在浸泡的同時向離子交換反應器中持續(xù)通入O3；采用NaOH溶液或KOH溶液對離子交換樹脂進行再生。通過采用本發(fā)明的離子交換樹脂在線復蘇的方法對失效的樹脂進行在線復蘇，使樹脂功能大部恢復后重新投入使用，降低了復蘇成本并延長了離子交換樹脂的使用時間，有利于節(jié)能減排及降本增效。
【專利說明】一種離子交換樹脂在線復蘇的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及離子交換凈化的【技術領域】，更具體的講，涉及一種有機胺煙氣脫硫工藝中的離子交換樹脂脫鹽系統(tǒng)中的離子交換樹脂在線復蘇方法。
【背景技術】
[0002]鋼鐵工業(yè)是造成大氣污染比較嚴重的行業(yè)之一，而燒結工序又是鋼鐵工業(yè)的主要污染源。近年來，越來越多的燒結廠安裝了煙氣脫硫系統(tǒng)來減排SO2，其中一部分采用的濕法有機胺脫硫工藝。有機胺溶液在吸收SO2的同時，也吸收了大量的S03&HC1等酸性氣體，這些吸收了的酸性氣體很快在脫硫溶液中形成SO42-及Cl-等陰離子。形成的陰離子一方面會對脫硫溶液的吸收解析性能產生影響，影響脫硫系統(tǒng)的脫硫的效率；另一方面大量的陰離子存在，特別是Cl—的存在會加劇脫硫系統(tǒng)的設備腐蝕，從而加大脫硫的運行成本。因此在有機胺脫硫系統(tǒng)中都安裝有脫除熱穩(wěn)定性鹽的設備，其中離子交換樹脂脫鹽系統(tǒng)以其較好的脫出效率及良好的穩(wěn)定性被廣泛應用。
[0003]離子交換樹脂是一類帶有功能基的網狀結構的高分子化合物，具有可以反復再生循環(huán)使用的實用性，但在離子交換過程中，交換勢能較高、附著力強的離子或大分子之類的物質容易被交換或吸附到樹脂上，而在再生時卻難以洗脫下來，從而阻礙了離子交換反應的進行或在離子交換反應過程中生成難溶的沉積物并沉積在樹脂內部阻礙了離子交換的通道，造成離子交換樹脂的失效。
[0004]在傳統(tǒng)的水處理工藝過程中，會出現待處理水中鐵、鈣、鋁等金屬離子以及懸浮物、硅、油、有機物污染樹脂造成樹脂失效的問題。目前，通常是采用離線復蘇的辦法將污染消除，使樹脂功能大致恢復后重新投入使用。但由于有機胺脫硫溶液中的鐵、鈣、鋁等金屬離子以及懸浮物、硅、油、有機物含量比傳統(tǒng)意義水處理工藝過程中的待處理水的同類物質含量要高很多，容易很快造成樹脂的污染失效，因此需要頻繁進行復蘇處理。而離線復蘇的辦法由于其可操作性差，耗時長已不能滿足工業(yè)生產的要求。另外，現有技術中的離子交換樹脂復蘇多在離子交換器外進行，在移動樹脂的過程中容易造成樹脂的磨損粉化，并且所采用的復蘇液多為強酸強堿，復蘇成本較高。若有在線復蘇的工藝，通常也由于復蘇劑等問題使得復蘇效果有限，舊樹脂的性能很難得到大幅度的提高和改善。
[0005]因此，解決離子交換樹脂被污染后的在線復蘇的問題，有著較大的理論意義和經濟價值。

【發(fā)明內容】

[0006]針對現有技術中存在的不足，本發(fā)明的目的在于克服現有技術中的不足提供一種復蘇效果良好的離子交換樹脂在線復蘇方法。
[0007]為了實現上述目的，本發(fā)明提供了一種離子交換樹脂在線復蘇的方法，所述方法在離子交換反應器內進行，并且所述方法包括以下步驟:采用脫鹽水對失效后的離子交換樹脂進行一次沖洗，所述一次沖洗包括交替進行的反洗和正洗，反洗的進水流速大于正洗的進水流速；將一次沖洗后的離子交換樹脂用酸液進行浸泡；采用由質量濃度為10?12%的Na2SO4溶液和質量濃度為5?6%的NaOH溶液組成的混合復蘇液對離子交換樹脂進行浸泡，在浸泡的同時向離子交換反應器中持續(xù)通入O3 ;采用NaOH溶液或KOH溶液對離子交換樹脂進行再生。
[0008]根據本發(fā)明的離子交換樹脂在線復蘇的方法的一個實施例，在一次沖洗的步驟中，反洗的進水流速為40?50m/h且反洗時間為0.3?0.5h，正洗的進水流速為15?20m/h且正洗時間為0.5?lh，所述反洗與正洗的交替循環(huán)次數為4?5次。
[0009]根據本發(fā)明的離子交換樹脂在線復蘇的方法的一個實施例，在用酸液進行浸泡的步驟中，采用質量濃度為8?10%的鹽酸進行浸泡,浸泡時間為16?24h,所述鹽酸的體積為離子交換樹脂體積的2?3倍。
[0010]根據本發(fā)明的離子交換樹脂在線復蘇的方法的一個實施例，所述方法還包括在用酸液進行浸泡的步驟之后采用脫鹽水對離子交換樹脂進行二次沖洗的步驟，所述二次沖洗包括交替進行的正洗與反洗，正洗和反洗的進水流速均為30?35m/h，并待沖洗后的水的pH值為5?6時停止二次沖洗。
[0011]根據本發(fā)明的離子交換樹脂在線復蘇的方法的一個實施例，在混合復蘇液進行浸泡的步驟中，所述混合復蘇液的體積為離子交換樹脂體積的2?3倍，浸泡時間為24?36h。
[0012]根據本發(fā)明的離子交換樹脂在線復蘇的方法的一個實施例，在混合復蘇液進行浸泡的步驟中，通入的O3的濃度為1000?2000mg/m3且每小時通入的O3量為離子交換樹脂體積的3?4倍。
[0013]根據本發(fā)明的離子交換樹脂在線復蘇的方法的一個實施例，所述Na2SO4溶液由脫硫系統(tǒng)冷凍結晶排出的固體Na2SO4配制而成。
[0014]根據本發(fā)明的離子交換樹脂在線復蘇的方法的一個實施例，所述方法還包括在混合復蘇液進行浸泡的步驟之后采用脫鹽水對離子交換樹脂進行三次沖洗的步驟，所述三次沖洗包括交替進行的正洗與反洗，正洗和反洗的進水流速均為30?35m/h，所述三次沖洗的總時間為0.5?lh。
[0015]根據本發(fā)明的離子交換樹脂在線復蘇的方法的一個實施例，采用NaOH溶液進行再生并且所述NaOH溶液的質量濃度為4?5%，所述NaOH溶液通過離子交換樹脂的流速為13?15m/h并且NaOH溶液的體積為離子交換樹脂體積的4?5倍。
[0016]通過采用本發(fā)明的離子交換樹脂在線復蘇的方法對失效的樹脂進行在線復蘇，使樹脂功能大部恢復后重新投入使用，降低了復蘇成本并延長了離子交換樹脂的使用時間，對于節(jié)能減排及降本增效都有一定的意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是根據本發(fā)明示例性實施例的離子交換樹脂在線復蘇的方法所采用的裝置示意圖。
[0018]附圖標記說明:
[0019]1-脫鹽水進口、2-截止閥、3-流量計、4-離子交換反應器、5-酸液進口、6-復蘇液進口、7-03進口、8-堿液進口、9-上排液口、10-下排液口?！揪唧w實施方式】
[0020]在下文中，將結合示例性實施例對本發(fā)明做進一步的詳細描述。
[0021]根據本發(fā)明示例性實施例的離子交換樹脂在線復蘇的方法是在離子交換反應器內進行，并且所述方法包括以下步驟:
[0022](I)采用脫鹽水對失效后的離子交換樹脂進行一次沖洗，以去除離子交換樹脂中的粉塵、懸浮物等物質。并且，一次沖洗包括交替進行的反洗和正洗，反洗的進水流速大于正洗的進水流速。具體而言，采用脫鹽水對失效后的離子交換樹脂進行沖洗時先進行反洗，并且反洗時采用快速進水方式，進水流速為45?50m/h且反洗時間為0.3?0.5h，在高速的水流作用下實現對離子交換樹脂的充分攪拌和晃動，從而使離子交換樹脂包裹的粉塵、懸浮物等與其充分地分離；在反洗后緊接著采用正洗，正洗時采用慢速進水方式，進水流速為15?20m/h且正洗時間為0.5?lh，在低速的水流作用下，利用離子交換樹脂與粉塵、懸浮物等物質在比重上的差別，使粉塵、懸浮物等物質等更好地排出離子交換反應器。優(yōu)選地，在一次沖洗過程中，反洗與正洗的交替循環(huán)次數為4?5次，以充分去除其中的粉塵、懸浮物等物質。
[0023]需要說明的是，正洗是指由上至下對離子交換反應器內的離子交換樹脂進行沖洗，反洗是指由下至上對離子交換反應器內的離子交換樹脂進行沖洗。脫鹽水是指將所含易于除去的強電解質除去或減少到一定程度的水，脫鹽水中的剩余含鹽量應不大于5mg/L，例如脫鹽水中的K+、Na+、Ca+、CF含量均控制為小于lmg/L。
[0024](2)將一次沖洗后的離子交換樹脂用酸液進行浸泡，以去除被離子交換樹脂吸附的鐵、鈣、鋁等金屬離子。根據本發(fā)明的示例性實施例，在脫鹽水沖洗后放干水，然后采用質量濃度為8?10%的鹽酸對離子交換樹脂進行浸泡，鹽酸的浸泡時間為16?24h，鹽酸的體積為離子交換樹脂體積的2?3倍。選擇鹽酸進行浸泡是因為鹽酸較酸氣冷凝液等含有的雜質離子較少，而且其酸性更強，能更加有效地去除吸附在離子交換樹脂上的金屬離子。所使用的鹽酸的濃度及其浸泡時間是通過工業(yè)試驗優(yōu)化確定的，在此條件下進行浸泡對金屬離子的去除效果最佳。
[0025]進一步地，在用酸液進行浸泡的步驟之后再采用脫鹽水對離子交換樹脂進行二次沖洗，該二次沖洗包括交替進行的正洗與反洗，正洗的進水流速等于反洗的進水流速。二次沖洗的目的是去除離子交換樹脂中殘留的酸液及其中被去除的金屬離子，根據本發(fā)明的示例性實施例，在酸液浸泡之后浙干，然后采用脫鹽水進行正洗反洗交替的二次沖洗，其中正洗和反洗的進水流速均為30?35m/h，并待沖洗后的水的pH值為5?6時停止二次沖洗。沖洗時若進水流速過高，則停留時間短、沖洗效果差；若進水流速過低，則液膜傳質阻力增力口，沖洗效果差，因此在以上30?35m/h的流速下沖洗的效果最佳。并且，采用正洗和反洗交替沖洗的方式進行二次沖洗，在達到相同的效果下，所用的水量相對較少，有利于資源的節(jié)約。
[0026](3)采用由質量濃度為10?12%的Na2SO4溶液和質量濃度為5?6%的NaOH溶液組成的混合復蘇液對二次沖洗后的離子交換樹脂進行浸泡，在浸泡的同時向離子交換反應器中持續(xù)通入O30根據本發(fā)明的示例性實施例，在二次沖洗結束之后并浙干離子交換樹脂之后，向離子交換反應器中注入由質量濃度為10?12%的Na2SO4溶液和質量濃度為5?6%的NaOH溶液組成的混合復蘇液以進一步去除離子交換樹脂中包括腐植酸、富味酸、哌嗪類等物質在內的有機物，其中，混合復蘇液的體積為離子交換樹脂體積的2~3倍，浸泡時間為24~36h。優(yōu)選地，Na2SO4溶液由脫硫系統(tǒng)冷凍結晶排出的固體Na2SO4配制而成，有利于降低成本并實現資源的二次利用。并且在通入O3進行復蘇的條件下，以上濃度的硫酸鈉溶液和氫氧化鈉溶液所組成的混合復蘇液的復蘇效果最佳。
[0027]在采用混合復蘇液對離子交換樹脂進行浸泡處理時，本發(fā)明創(chuàng)新性的同時連續(xù)地向離子交換反應器中通入03，一方面對有機物起氧化作用以提高復蘇的效果，另一方面起攪拌作用以使離子交換樹脂與混合復蘇液能更好地接觸反應。根據本發(fā)明的示例性實施例，通入的O3的濃度為1000~2000mg/m3且每小時通入的O3量為離子交換樹脂體積的3~
4倍。
[0028]進一步地，在混合復蘇液進行浸泡的步驟之后再采用脫鹽水對離子交換樹脂進行三次沖洗，與二次沖洗類似，三次沖洗也包括交替進行的正洗與反洗，正洗的進水流速等于反洗的進水流速。三次沖洗的目的是去除離子交換樹脂中殘留的混合復蘇液及其中被去除的有機物，根據本發(fā)明的示例性實施例，正洗和反洗的進水流速均為30~35m/h，三次沖洗的總時間為0.5~lh。在上述沖洗時間及進水流速條件下進行三次沖洗，可將離子交換樹脂中殘留的混合復蘇液及其中被去除的有機物沖洗干凈，并且沖洗效果最佳。并且，采用正洗和反洗交替沖洗的方式進行三次沖洗，在達到相同的效果下，所用的水量也較少。
[0029](4)最后，采用NaOH或KOH溶液對三次沖洗后的離子交換樹脂進行再生即得到復蘇后的離子交換樹脂。根據本發(fā)明的示例性實施例，采用NaOH溶液作為再生液并且其質量濃度為4~5 %，NaOH溶液通過離子交換樹脂的流速為13~15m/h，并且NaOH溶液的體積為離子交換樹脂體積的4~5倍。
[0030]其中，再生是指使0H_與吸附在離子交換樹脂內的陰離子(S042_)發(fā)生置換從而使離子交換樹脂恢復活性的過程。氫氧化鈉相較于其它堿性物質在運行成本及再生效果方面較佳，氫氧化鉀也可以進行再生，但在運行成本上要比用氫氧化鈉高很多。
[0031]再生過程是離子交換樹脂吸附0H-的過程，需以高濃度的再生液維持濃度差才能獲得較好的再生效果。再生液的濃度越高，再生越徹底，而根據工作層的理論，再生液濃度越大，工作層越厚，再生液也越容易穿透離子交換樹脂層造成浪費，再生液的用量一般以離子交換樹脂的交換容量計算；并且離子交換樹脂在使用過程中，因重金屬離子、有機物的污染或因樹脂氧化導致交換基團損壞，其交換容量被不可避免地降低，故再生液的量也當視樹脂性能而定。在本發(fā)明中，優(yōu)選地以質量濃度為4~5%的NaOH溶液作為再生液，其體積為離子交換樹脂體積的4~5倍為宜。對于再生液的流速而言，過高的流速易使離子交換樹脂發(fā)生亂層，而過低的流速會降低離子交換樹脂表面再生液的雷諾數，阻礙傳質而降低再生液的利用率，因此將再生液的流速設置為13~15m/h為宜。
[0032]以下，參照附圖來詳細說明本發(fā)明的示例。
[0033]圖1是根據本發(fā)明示例性實施例的離子交換樹脂在線復蘇的方法所采用的裝置示意圖。其中，各管路上均設置有截止閥2和/或流量計3以對整個在線復蘇過程中的液流或氣流進行控制。
[0034]如圖1所示，在離子交換樹脂失效后先用脫鹽水對離子交換反應器4中的失效離子交換樹脂進行一次沖洗，其主要目的是除去樹脂中含有的粉塵和懸浮物。一次沖洗時先進行反洗，脫鹽水從脫鹽水進口 I進入并從離子交換反應器4的下端進入離子交換反應器4中，采用快速進水方式，進水流速為45?50m/h且反洗時間為0.3?0.5h，在高的水流速下，離子交換樹脂實現了充分攪拌、晃動，從而充分地使包裹的粉塵、懸浮物等與離子交換樹脂分離，沖洗后的廢水由離子交換反應器4的上排液口 9外排到脫硫系統(tǒng)的洗滌段進行利用。在反洗后緊接著進行正洗，脫鹽水從脫鹽水進口 I進入并從離子交換反應器4的上端進入離子交換反應器4中，采用慢速進水方式，進水流速為15?20m/h且正洗時間為
0.5?lh，在低的水流速下，利用樹脂與粉塵、懸浮物等比重的差別，使粉塵、懸浮物等排出離子交換反應器4，沖洗后的廢水由離子交換反應器4的下排液口 10外排到脫硫系統(tǒng)的洗滌段進行利用。并且，該正洗和反洗的過程交替循環(huán)4?5次。
[0035]在脫鹽水一次沖洗后將離子交換反應器4內的水放干，放出的水由下排液口 10外排到脫硫系統(tǒng)的洗滌段進行利用，然后用酸液對離子交換樹脂進行浸泡以去除被樹脂吸附的鐵、鈣、鋁等金屬離子。浸泡所用的酸液為濃度為8?10%的鹽酸，酸液自酸液進口 5進入離子交換反應器4中，并且所用的鹽酸體積為離子交換樹脂體積的2?3倍，鹽酸浸泡時間為16?24h。酸液浸泡完成后，廢酸液由下排液口 10外排到廢水處理系統(tǒng)進行處理。
[0036]待廢酸液排凈后，采用脫鹽水對離子交換樹脂進行二次沖洗，同樣采用正洗反洗交替進行的方式進行，其中，脫鹽水分別由離子交換反應器4的上端和下端進入離子交換反應器4中，脫鹽水經過離子交換樹脂的流速均為30?35m/h，當出水的pH值為5?6時停止二次沖洗，并將離子交換反應器中的水放干，洗滌廢水由上排液口 9及下排液口 10外排到脫硫系統(tǒng)的洗滌段進行利用。
[0037]脫鹽水二次沖洗完后，采用由質量濃度為10?12%的Na2SO4溶液和5?6%的NaOH溶液組成的混合復蘇液對離子交換樹脂進行浸泡處理以除去離子交換樹脂中含有的有機物。其中，Na2SO4溶液由脫硫系統(tǒng)冷凍結晶處排出的固體Na2SO4配制而成，將質量濃度為10?12%的Na2SO4溶液與質量濃度未5?6%的NaOH混合均勻后，使其從復蘇液進口 6進入離子交換反應器4，該復蘇液的浸泡時間為24?36h且其體積為離子交換樹脂體積的2?3倍。
[0038]在復蘇液浸泡處理的過程中，同時連續(xù)地向離子交換反應器4中通入O3，其一方面起氧化作用，提高復蘇的效果，另一方面起攪拌作用，使樹脂與復蘇液能更好地接觸反應。其中，O3由O3進口 7進入離子交換反應器4，通入的O3濃度為1000?2000mg/m3，每小時通入的O3量為離子交換樹脂體積的3?4倍，通入O3時上排液口 9處的截止閥2打開，廢氣由此處排至脫硫系統(tǒng)進行處理。
[0039]復蘇液浸泡處理后將離子交換樹脂浙干，廢液由下排液口 10外排到廢水處理系統(tǒng)進行處理，接著用脫鹽水進行三次沖洗并交替進行正洗和反洗，沖洗的時間為0.5?lh，脫鹽水經過離子交換樹脂的流速均為30?35m/h，洗滌廢水由上排液口 9及下排液口 10外排到脫硫系統(tǒng)的洗滌段進行利用。
[0040]脫鹽水三次沖洗完之后，用質量濃度為4?5%的NaOH溶液對離子交換樹脂進行再生，NaOH溶液由堿液進口 8進入離子交換反應器4，NaOH溶液通過離子交換樹脂的流速為13?15m/h，NaOH溶液的體積為離子交換樹脂體積的4?5倍，再生后的廢液由下排液口10外排到洗滌段進行利用，所獲的離子交換樹脂經過在線的上述處理之后可以直接繼續(xù)進行有機胺煙氣脫硫的處理。[0041]采用本發(fā)明的離子交換樹脂在線復蘇的方法后，通過先后去除其中含有的粉塵和懸浮物、吸附的鐵、鈣、鋁等金屬離子、含有的有機物等，成功實現了離子交換樹脂的在線復蘇，降低了復蘇成本，延長了離子交換樹脂的使用周期。
[0042]盡管上面結合實施例示出并描述了本發(fā)明的離子交換樹脂在線復蘇的方法，但是本領域普通技術人員將理解的是，在不脫離如所附權利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在這里做出形式和細節(jié)上的各種改變。
【權利要求】
1.一種離子交換樹脂在線復蘇的方法，其特征在于，所述方法在離子交換反應器內進行，并且所述方法包括以下步驟: 采用脫鹽水對失效后的離子交換樹脂進行一次沖洗，所述一次沖洗包括交替進行的反洗和正洗，反洗的進水流速大于正洗的進水流速； 將一次沖洗后的離子交換樹脂用酸液進行浸泡； 采用由質量濃度為10?12%的Na2SO4溶液和質量濃度為5?6%的NaOH溶液組成的混合復蘇液對離子交換樹脂進行浸泡，在浸泡的同時向離子交換反應器中持續(xù)通入O3 ； 采用NaOH溶液或KOH溶液對離子交換樹脂進行再生。
2.根據權利要求1所述的離子交換樹脂在線復蘇的方法，其特征在于，在一次沖洗的步驟中，反洗的進水流速為40?50m/h且反洗時間為0.3?0.5h，正洗的進水流速為15?20m/h且正洗時間為0.5?lh，所述反洗與正洗的交替循環(huán)次數為4?5次。
3.根據權利要求1所述的離子交換樹脂在線復蘇的方法，其特征在于，在用酸液進行浸泡的步驟中，采用質量濃度為8?10%的鹽酸進行浸泡,浸泡時間為16?24h,所述鹽酸的體積為離子交換樹脂體積的2?3倍。
4.根據權利要求1所述的離子交換樹脂在線復蘇的方法，其特征在于，所述方法還包括在用酸液進行浸泡的步驟之后采用脫鹽水對離子交換樹脂進行二次沖洗的步驟，所述二次沖洗包括交替進行的正洗與反洗，正洗和反洗的進水流速均為30?35m/h，并待沖洗后的水的pH值為5?6時停止二次沖洗。
5.根據權利要求1所述的離子交換樹脂在線復蘇的方法，其特征在于，在混合復蘇液進行浸泡的步驟中，所述混合復蘇液的體積為離子交換樹脂體積的2?3倍，浸泡時間為24 ?36h。
6.根據權利要求1所述的離子交換樹脂在線復蘇的方法，其特征在于，在混合復蘇液進行浸泡的步驟中，通入的O3的濃度為1000?2000mg/m3且每小時通入的O3量為離子交換樹脂體積的3?4倍。
7.根據權利要求1所述的離子交換樹脂在線復蘇的方法，其特征在于，所述Na2SO4溶液由脫硫系統(tǒng)冷凍結晶排出的固體Na2SO4配制而成。
8.根據權利要求1所述的離子交換樹脂在線復蘇的方法，其特征在于，所述方法還包括在混合復蘇液進行浸泡的步驟之后采用脫鹽水對離子交換樹脂進行三次沖洗的步驟，所述三次沖洗包括交替進行的正洗與反洗，正洗和反洗的進水流速均為30?35m/h，所述三次沖洗的總時間為0.5?Ih。
9.根據權利要求1所述的離子交換樹脂在線復蘇的方法，其特征在于，在再生的步驟中，采用NaOH溶液進行再生并且所述NaOH溶液的質量濃度為4?5 %，所述NaOH溶液通過離子交換樹脂的流速為13?15m/h并且NaOH溶液的體積為離子交換樹脂體積的4?5倍。
【文檔編號】B01J49/00GK103638993SQ201310572272
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月15日 優(yōu)先權日:2013年11月15日
【發(fā)明者】王建山, 黎建明, 張初永, 邱正秋, 張小龍, 張亦凡 申請人:攀鋼集團研究院有限公司, 攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司