引言

 

離子交換樹脂是一種帶有官能團，即具有交換離子的活性基團、并且具有網狀結構、不溶性的高分子化合物。離子交換樹脂因為具有極強的吸附性能，因此其利用范圍也非常的廣。一般常見于如下的應用領域：（1）水處理；（2）食品工業；（3）制藥行業；（4）合成化學和石油化學工業；（5）環境保護；（6）濕法冶金及其他。目前，我國的火力發電行業中，300兆瓦以上的火力發電機組已經不斷的增多，由于火力發電需要通過大量的使用水，通過加熱水產生的蒸汽推動葉輪轉動，從而切割磁力線發電。水蒸氣凝結后會帶有許多在電力生產過程中吸附的離子，影響水質，如果不將這些凝結水作處理，直接循環利用會影響整個發電系統的正常工作。同樣在石油化工和煤化工生產領域也需要大量的使用水蒸氣作為熱源介質和工藝介質用于生產當中，由于換熱器等設備的泄露和管道的腐蝕等因素，使蒸汽凝結水常常受到鹽類、油類、有機物、金屬腐蝕、溶解氧等的污染。因此，我們需要對凝結水進行精處理，以使其能回收利用。在處理過程中，目前常見的方法就是利用離子交換樹脂的吸附作用來保證凝結水的純凈。而在這個過程中，既有使用凝膠型離子交換樹脂的又有使用大孔型離子交換樹脂的，本文將研究二者尤其是后者在汽機和工藝凝結水精處理中的應用。

 

2大孔型強酸性陽離子交換樹脂與大孔型強堿性陰離子交換樹脂

 

2.1大孔型強酸性陽離子交換樹脂

 

大孔型強酸性陽離子交換樹脂一般都含有大量的強酸性基團，比如磺酸基－SO3H，容易在溶液中離解出H+，故呈強酸性。樹脂離解后，本體所含的負電基團，如SO3－，能吸附結合溶液中的其他陽離子。　

 

大孔型強酸性陽離子交換樹脂在使用一段時間之后，是需要進行再生處理的，這個過程實際上就是通過采用化學藥品使離子交換反應朝著相反的方向進行，使得大孔型強酸性陽離子交換樹脂的官能集團能夠恢復到初始狀態，以便于再次重復的使用。

 

2.2大孔型強堿性陰離子交換樹脂

 

這類樹脂含有強堿性基團，如季胺基－NR3OH，能在水中離解出OH－而呈強堿性。這種樹脂的正電基團能與溶液中的陰離子吸附結合，從而產生陰離子交換作用。

 

大孔型強堿性陰離子交換樹脂的再生原理與大孔型強酸性陽離子交換樹脂基本相同，只是在具體的再生的時候前者使用的是強堿，而后者則是強酸。大孔型強堿性陰離子交換樹脂通過強堿的處理，吸附的陰離子被放出，然后與OH-結合而恢復原來的功能。

 

2.3普通凝膠型樹脂與大孔型離子交換樹脂的區別

 

按照離子交換樹脂本體的微孔形態可將離子交換樹脂分為凝膠型和大孔型等。普通凝膠型離子交換樹脂是通過純單體混合物經縮合或者聚合形成的，在外觀上一般是呈現出透明裝，骨架結構呈現出微孔狀。由于離子交換樹脂在工作的時候，主要的原理就是離子交換反應，而離子交換反應是通過離子交換樹脂的交聯大分子鏈間距離而形成的孔隙（微孔）擴散到交換基團附近進行的。在這個過程中，離子交換樹脂的孔徑會隨著交聯度的增加而不斷的變小，而隨著凝膠體的溶脹而不斷的變大。在樹脂處于干燥的狀態下，孔徑是不存在的，樹脂只有化學結構孔，而且網孔一般都非常的小，一般而言平均的孔徑之后1~2納米大小，而且不同的樹脂孔徑大小也不相同。由于普通的凝膠型樹脂孔徑較小，不利于粒子運動，因此在直徑較大的分子通過樹脂時，容易造成樹脂的網眼堵塞，再生的時候，也很難脫落，容易受到有機物的污染，再生能力較低。

 

而大孔型樹脂則是在離子交換樹脂形成的時候，即在發生聚合反應的時候加入了一定量的致孔劑，從而使得離子交換樹脂最終在內部形成多孔海綿狀構造的骨架，這樣就會使得離子交換樹脂內部形成大量的永久性的微孔。由于加入了致孔劑，大孔型離子交換樹脂的孔徑能夠達到100到500納米，相較于普通離子交換樹脂的1到2納米，簡直是云泥之別。這使得大孔型離子交換樹脂相較于普通的凝膠型離子交換樹脂具有更強的離子交換能力。而且，大孔型離子交換樹脂的表面積可以增大到超過1000m2/g，這就使得離子交換樹脂與交換介質有了更大的接觸面積，能夠有效地縮短離子擴散的路程。

 

總之，和普通凝膠型離子交換樹脂相比較，大孔型離子交換樹脂內部的孔隙又多又大，表面積也相應要大很多，活性中心相對較多。因此，用作離子交換的時候，擴散的速度更快，交換的速度也相應的要快不少，一般而言比普通凝膠型離子交換樹脂的交換速度要快10倍，極大地提高了交換效率。除此之外，大孔型離子交換樹脂得益于大孔徑的構造，能夠更加耐溶脹，而且不易破碎，耐氧化和磨損的能力也更強，對溫度的適應性也更好，而且在大的有機物通過時，不容易堵塞，再生能力較強。

 

3大孔型強酸性陽離子交換樹脂與大孔型強堿性陰離子交換樹脂實際應用中的表現

 

本文研究的中國神華煤制油凝結水處理站裝置由中國石油集團工程設計有限責任公司大連分公司設計、施工總包，2006年4月30日完工中交。本凝結水處理系統是回收煤液化、煤制氫、天然氣制氫、備煤制劑、輕烴回收、酚回收、污水汽提、脫硫、油品儲運等高、中、低壓工藝凝結水和空分、煤制氫等汽機凝結水并加以處理，把處理合格后的凝結水再用于煤液化、煤制氫、加氫穩定、硫磺回收等生產裝置中。神華煤直接液化示范項目凝結水處理站在接收了該設備之后，即對其投入了使用，本次研究即為神華煤制油廠的回收煤液化、煤制氫、空分等生產裝置和其他輔助裝置產生的蒸汽凝結水的處理系統中的離子交換樹脂在汽機和工藝凝結水精處理中的作用。

 

本凝結水處理系統分為汽機凝結水和工藝凝結水兩部分，汽機和工藝兩種凝結水離子交換系統工藝結構和原理基本一致，主要的區別在于汽機部分為兩級混床，而工藝凝結水部分只有一級混床。汽機凝結水處理后做高壓鍋爐給水和減溫減壓器減溫水使用，工藝凝結水處理后做中、低壓鍋爐給水使用。

 

汽機凝結水主要污染物包括了金屬腐蝕產物、鹽類、溶解氧等，其處理工藝主要包括降溫、除鐵、除鹽、換熱、除氧，經處理合格后為煤制氫、煤液化、加氫穩定、硫磺回收等裝置及減溫減壓器提供高壓除氧水。對汽機凝結水的除鐵主要是在木質纖維素覆蓋過濾器中完成的。工藝凝結水污染物除了以上汽機凝結水所包括的污染物之外，還主要有油類和其它有機物等。其處理部分由擴容系統（高中低壓）、降溫、除油除鐵、除鹽、除氧系統組成。其除油除鐵系統由木質纖維素加活性炭復合雙膜過濾器、活性炭過濾器和精密過濾器組成。汽機和工藝凝結水的除鹽主要是在離子交換器中進行。陽離子交換器內裝填的是大孔型強酸性陽離子交換樹脂。混合離子交換器內裝填的是由大孔型強酸性陽離子交換樹脂與大孔型強堿性陰離子交換樹脂以1:2的比例混合構成的混合離子交換樹脂。汽機凝結水除鹽時，經除鐵系統過濾后的凝結水首先進入陽離子交換器，與大孔型強酸性陽離子交換樹脂進行交換反應，能夠有效的去除水中的陽離子。采用陽離子交換器，一方面可以去除一部分陽離子，使混床的再生次數降低，運行周期大大提高；另一方面可以提供混床運行的酸性條件，增加混床去除陰離子的能力，陰樹脂的交換容量也因此而提高。去除陽離子之后的出水直接進入一級混合離子交換器，去除水中的陽離子和陰離子。其中陰離子經過與大孔型強堿性陰離子交換樹脂的交換反應而去除。此時的水質可以達到電導率≤0.1μS/cm，SiO2≤20μg/L，而后進入二級混合離子交換器以保證出水水質的絕對安全。工藝凝結水除鹽與汽機凝結水除鹽工藝原理一樣，只是少了二級混合離子交換器，其陽床出水直接經一級混合離子交換器處理后完成除鹽處理。其出水水質可以達到電導率≤0.2μS/cm，SiO2≤20μg/L，經過以上幾輪的過濾處理之后，能夠保證水質的安全。以下是汽機和工藝凝結水處理前的來水和處理后的出水的水質指標情況：

由以上兩個表格數據可以看出，在該凝結水處理系統中，大孔型強酸性陽離子交換樹脂與大孔型強堿性陰離子交換樹脂都得到了充分有效地運用，使得蒸汽凝結水能夠安全的循環利用。

 

4結語

 

本次研究的凝結水處理系統大量的采用了大孔型強酸性陽離子交換樹脂與大孔型強堿性陰離子交換樹脂，通過陽離子交換器和混合離子交換器以及二級混合離子交換器的綜合作用，能夠保證凝結水的水質安全。該凝結水處理系統能夠為神華煤制油廠節省大量的水資源費用。同時，采用大孔型離子交換樹脂，還具有再生率高，購買離子交換樹脂的綜合成本較低，水精處理效果較好等特點。離子交換樹脂的大量運用，有效地為神華煤直接液化示范項目減少了水資源費用的開銷，降低了單位生產值的資源消耗水平，是響應清潔生產的積極有效行為。

 

參考文獻：

 

[1] 肖茜. 離子交換樹脂的再生與不可恢復性探討[J]. 黑龍江科技信息, 2010,(03) . 

 

[2] 李鳳剛,李長海,賈冬梅,姚慧民. 大孔離子交換樹脂應用的研究進展[J]. 廣州化工, 2010,(03) . 

 

[3] 劉飛,王林,朱文軍. 淺析離子交換樹脂破碎的原因及對策[J]. 新疆化工, 2010,(03) . 

 

[4] 王振玉,劉家弟,李宗站,朱仁峰. 離子交換樹脂去除金礦選礦循環用水中金屬雜質離子的研究[J]. 黃金, 2010,(02) .

 

收稿日期：2011-06-08

 

作者簡介：楊崇濤（1981-），男，助理工程師，研究方向：工業水處理技術及水汽系統.

聲明：轉載此文是出于傳遞更多信息之目的。若有來源標注錯誤或侵犯了您的合法權益，請作者持權屬證明與本網聯系，我們將及時更正、刪除，謝謝。

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”