一种乙烯碱洗塔的废碱液在线监测装置的制作方法

本发明涉及乙烯化工技术领域，尤其涉及一种乙烯碱洗塔的废碱液在线监测装置及其监测方法。

背景技术：

在乙烯生产裂解净化过程中，裂解气需采用多段碱洗法脱除CO₂、H₂S等酸性气体，有利于裂解气的分离精制、防止设备腐蚀和催化剂中毒；但在裂解气碱洗塔碱洗段会产生乙烯废碱液。根据乙烯分离流程工艺，碱洗塔主要采用碱洗工艺和胺-碱联合洗涤工艺；胺-碱联合洗涤工艺运行周期长、不稳定且醇胺溶液消耗量大等缺点，所以国内乙烯生产过程中普遍采用多段碱洗法脱除裂解气中的CO₂、H₂S等酸性气体，由此产生的废碱液的治理一直是石化行业公认的环保难题。乙烯废碱液中除含有NaOH外，还含有碱洗过程生成的Na₂S、Na₂CO₃等无机盐，同时由于在碱洗过程中裂解气中烃类的冷凝和缩聚，大量有机物(俗称黄油)进入废碱液中，而乙烯废碱液的治理需要去除油类物质、硫化物，同时也要考虑剩余碱的综合利用，环保治理难度相当大。

乙烯裂解气碱洗工艺主要采用鲁姆斯碱洗法和长尾曹达法；鲁姆斯碱洗法：NaOH与CO₂和H₂S反应分别生成Na₂CO₃和Na₂S，但排放的废碱液中含有1～2％未反应的NaOH，造成新碱的浪费和废碱液多余排放。长尾曹达法的基本出发点为鲁姆斯碱洗法的再进一步与酸性气体反应，

即CO₂+NaOH→Na₂CO₃→NaHCO₃

H₂S+NaOH→Na₂S→NaHS

1mol CO₂和H₂S理论上消耗1mol NaOH；从反应的热力学角度来看，两个反应第一步反应的化学平衡常数都很大，倾向于完全反应；在平衡产物中，H₂S和CO₂的分压实际上可降低到零，因此在生产过程中可 使裂解气中的CO₂和H₂S的含量降低到1-2μL/L。

由于实际操作中不可能将Na₂CO₃全部耗尽，当废碱液存在一定量的NaHCO₃时，Na₂CO₃和NaHCO₃就会有结晶析出，易堵塞管线。

因此需要控制废碱液的反应历程，使反应由Na₂CO₃向NaHCO₃，Na₂S向NaHS进行，但又要避免进入Na₂CO₃和NaHCO₃的结晶相区，避免Na₂CO₃和NaHCO₃结晶析出而堵塞管线影响生产。

长尾曹达法既能降低新碱液的消耗量，又能减少废碱液的排放，理论上更科学，应积极推广，但目前该方法主要依靠部分数据和经验控制，如废碱液颜色等，控制不够精确，且误差较大，缺乏相关监测方法精确控制废碱液的循环碱洗步骤，成为制约该项技术的瓶颈，限制了该方法的广泛推广应用，且由于该方法缺乏及时有用的控制参数使碱洗塔控制一直较为粗放，主要依靠现场几班的化学监测数据来指导碱洗塔操作控制条件，这样易造成控制滞后，带来大量新碱液的过度投加和废碱液的大量排放，给后续的环保治理带来困难。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种乙烯碱洗塔的废碱液在线监测装置，其通过对废碱液各组分实时监测，改变数据滞后，操作控制延迟等问题，实现快速控制碱洗塔碱液组成，达到优化控制，实现节碱和减排效果。

本发明提供的一种乙烯碱洗塔的废碱液在线监测装置采用的主要技术方案为：其包括样品混合器、滴定反应器、试剂单元和控制单元，所述样品混合器和所述试剂单元分别通过管路与所述滴定反应器连接，所述样品混合器、所述滴定反应器和所述试剂单元分别通过线路与所述控制单元连接。

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种利用乙烯碱洗塔的废碱液在线监测装置监测碱液的方法。

本发明提供的一种乙烯碱洗塔的废碱液在线监测装置采用如下附属技术方案：

所述样品混合器包括样品混合罐、位于所述样品混合罐顶部的第一定量注射泵、位于所述样品混合罐顶部的第二定量注射泵、位于所述样品混合罐内的第一搅拌器、位于样品混合罐下部的第一废液泵和第三定量注射泵；所述样品混合罐通过所述第三定量注射泵与所述滴定反应器连接，所述第一定量注射泵通过管路分别于所述样品混合罐和所述滴定反应器连接。

所述滴定反应器包括滴定反应罐、位于所述滴定反应罐内的第二搅拌器、位于所述滴定反应罐内的pH电极和位于所述滴定反应罐下部的第二废液泵；所述pH电极通过线路与所述控制单元连接。

所述试剂单元包括第一试剂桶、第二试剂桶、第三试剂桶、电磁阀、第四定量注射泵和第五定量注射泵；所述第一试剂桶通过所述电磁阀与所述滴定反应罐连接，所述第二试剂桶通过所述第四定量注射泵与所述滴定反应罐连接，所述第三试剂桶通过第五定量注射泵与所述滴定反应罐连接。

所述第一试剂桶为盐酸溶液试剂桶，所述第二试剂桶为甲醛溶液试剂桶，所述第三试剂桶为氯化钡溶液试剂桶。

所述废碱液在线监测装置还包括温控系统，所述滴定反应器置于所述温控系统内。

所述废碱液在线监测装置还包括数据处理系统，用于处理滴定反应的数据并计算出相应碱液的成份。

所述滴定反应罐为容积30～50mL梯形状容器，其高度和底部宽度相等，其材质为玻璃或塑料。

本发明提供的利用乙烯碱洗塔的废碱液在线监测装置监测碱液的方法，包括如下步骤：

1)第二定量注射泵向样品混合罐注入1～3mL废碱液，第一定量注射泵向样品混合罐注入20～60mL蒸馏水，开启第一搅拌器充分搅拌一段时间后停止，制得样品混合液待用；

2)第三定量注射泵从样品混合罐中吸入8～12mL样品混合液注入滴定反应罐，第一定量注射泵向滴定反应罐注入4～6mL蒸馏水， 开启第二搅拌器，第一试剂桶在电磁阀的控制下向滴定反应罐缓慢滴加标准盐酸溶液，pH电极测定滴定反应罐中反应液的pH值，当pH为9.5时，电磁阀停止滴加盐酸溶液，并由数据处理系统记录所滴加盐酸溶液的体积V1；然后，第四定量注射泵向滴定反应罐注入8～12mL甲醛溶液，第一试剂桶在电磁阀的控制下再次向滴定反应罐缓慢滴加标准盐酸溶液，pH电极测定滴定反应罐中反应液的pH值，当pH为9.5时，电磁阀停止滴加盐酸溶液，并由数据处理系统记录所滴加盐酸溶液的体积V2；第二废液泵排出滴定反应罐中的废液，第一定量注射泵重复注入一定量蒸馏水两次，搅拌清洗后排出；

3)第三定量注射泵从样品混合罐中吸入8～12mL样品混合液注入滴定反应罐，第一定量注射泵向滴定反应罐注入4～6mL蒸馏水，开启第二搅拌器，第五定量注射泵向滴定反应罐注入4～6mL氯化钡溶液，第一试剂桶在电磁阀的控制下向滴定反应罐缓慢滴加标准盐酸溶液，pH电极测定滴定反应罐中反应液的pH值，当pH为9.5时，电磁阀停止滴加盐酸溶液，并由数据处理系统记录所滴加盐酸溶液的体积V3；第二废液泵排出滴定反应罐中的废液，第一定量注射泵重复注入一定量蒸馏水两次，搅拌清洗后排出；

4)第三定量注射泵从样品混合罐中吸入8～12mL样品混合液注入滴定反应罐，第一定量注射泵向滴定反应罐注入4～6mL蒸馏水，开启第二搅拌器，第一试剂桶在电磁阀的控制下向滴定反应罐缓慢滴加标准盐酸溶液，pH电极测定滴定反应罐中反应液的pH值，当pH为4时，电磁阀停止滴加盐酸溶液，并由数据处理系统记录所滴加盐酸溶液的体积V4。

所述盐酸溶液的浓度为0.1M～0.2M；所述甲醛溶液的浓度为20～40％；所述氯化钡溶液的浓度为10～20％。

本发明的有益效果在于：本发明的乙烯碱洗塔的废碱液在线监测装置通过从废碱液排口采集样品，经适当稀释后进入滴定反应器，经四步自动滴定反应在线进行监测，并将数据传输给数据处理系统，通过数据处理系统进行数据计算，从而得到废碱液中Na₂CO₃、NaHCO₃、 NaOH、NaHS和Na₂S各组分含量，实现实时监测乙烯废碱液中NaOH、NaHCO₃、Na₂CO₃、NaHS和Na₂S的各组分含量，减轻人工工作强度，监测数据滞后及手工监测的人为误差，提高碱洗工艺现场控制精确性和可操作性，最大限度地减少新碱投加量和废碱液的产生量，从而实现从源头节碱和减排效果。另外，本发明的废碱液的监测方法采样过程简单化，极大减少了现有技术实际采样和监测方法的繁琐步骤。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明的乙烯碱洗塔的废碱液在线监测装置，其包括样品混合器1、滴定反应器2、试剂单元3、控制单元4和数据处理系统，样品混合器1和试剂单元3分别通过管路与滴定反应器2连接，样品混合器1、滴定反应器2和试剂单元3分别通过线路与控制单元4连接，数据处理系统5通过线路与控制单元4连接。本发明的乙烯碱洗塔的废碱液在线监测装置通过从废碱液排口采集样品，经适当稀释后进入滴定反应器，经四步自动滴定反应在线进行监测，并将数据传输给数据处理系统，通过数据处理系统进行数据计算，从而得到废碱液中Na₂CO₃、NaHCO₃、NaOH、NaHS和Na₂S各组分含量，实现实时监测乙烯废碱液中NaOH、NaHCO₃、Na₂CO₃、NaHS和Na₂S的各组分含量，减轻人工工作强度，监测数据滞后及手工监测的人为误差，提高碱洗工艺现场控制精确性和可操作性，最大限度地减少新碱投加量和废碱液的产生量，从而实现从源头节碱和减排效果。

进一步地，样品混合器1包括样品混合罐13、位于样品混合罐13顶部的第一定量注射泵11、位于样品混合罐13顶部的第二定量注射泵12、位于样品混合罐13内的第一搅拌器14、位于样品混合罐13下部的第一废液泵16和第三定量注射泵15；样品混合罐13通过 第三定量注射泵15与滴定反应器2连接。

进一步地，滴定反应器2包括滴定反应罐21、位于滴定反应罐21内的第二搅拌器22、位于滴定反应罐21内的pH电极23和位于滴定反应罐21底部的第二废液泵24；pH电极23通过线路与控制单元4连接，第一定量注射泵11通过管路分别于样品混合罐13和滴定反应罐21连接。

进一步地，试剂单元包3括第一试剂桶31、第二试剂桶32、第三试剂桶33、电磁阀36、第四定量注射泵35和第五定量注射泵34；第一试剂桶31通过电磁阀36与滴定反应罐21连接，第二试剂桶32通过第四定量注射泵35与滴定反应罐21连接，第三试剂桶33通过第五定量注射泵34与滴定反应罐21连接。

优选地，第一试剂桶31为盐酸溶液试剂桶，第二试剂桶32为甲醛溶液试剂桶，第三试剂桶33为氯化钡溶液试剂桶。

废碱液在线监测装置还包括温控系统，滴定反应器2置于温控系统内。

利用乙烯碱洗塔的废碱液在线监测装置监测碱液的方法，包括以下步骤：

1)第二定量注射泵向样品混合罐注入2mL废碱液，第一定量注射泵向样品混合罐注入40mL蒸馏水，开启第一搅拌器充分搅拌5-20min后停止，制得样品混合液待用；

2)第三定量注射泵从样品混合罐中吸入10mL样品混合液注入滴定反应罐，第一定量注射泵向滴定反应罐注入5mL蒸馏水，开启第二搅拌器，第一试剂桶在电磁阀的控制下向滴定反应罐缓慢滴加标准盐酸溶液，pH电极测定滴定反应罐中反应液的pH值，当pH为9.5时，电磁阀停止滴加盐酸溶液，并由数据处理系统记录所滴加盐酸溶液的体积V1；然后，第四定量注射泵向滴定反应罐注入10mL甲醛溶液，第一试剂桶在电磁阀的控制下再次向滴定反应罐缓慢滴加标准盐酸溶液，pH电极测定滴定反应罐中反应液的pH值，当pH为9.5时，电磁阀停止滴加盐酸溶液，并由数据处理系统记录所滴加盐 酸溶液的体积V2；第二废液泵排出滴定反应罐中的废液，第一定量注射泵重复注入一定量蒸馏水两次，搅拌清洗后排出；

3)第三定量注射泵从样品混合罐中吸入10mL样品混合液注入滴定反应罐，第一定量注射泵向滴定反应罐注入5mL蒸馏水，开启第二搅拌器，第五定量注射泵向滴定反应罐注入5mL氯化钡溶液，第一试剂桶在电磁阀的控制下向滴定反应罐缓慢滴加标准盐酸溶液，pH电极测定滴定反应罐中反应液的pH值，当pH为9.5时，电磁阀停止滴加盐酸溶液，并由数据处理系统记录所滴加盐酸溶液的体积V3；第二废液泵排出滴定反应罐中的废液，第一定量注射泵重复注入一定量蒸馏水两次，搅拌清洗后排出；

4)第三定量注射泵从样品混合罐中吸入10mL样品混合液注入滴定反应罐，第一定量注射泵向滴定反应罐注入5mL蒸馏水，开启第二搅拌器，第一试剂桶在电磁阀的控制下向滴定反应罐缓慢滴加标准盐酸溶液，pH电极测定滴定反应罐中反应液的pH值，当pH为4时，电磁阀停止滴加盐酸溶液，并由数据处理系统记录所滴加盐酸溶液的体积V4。

本发明利用乙烯碱洗塔的废碱液在线监测装置监测碱液的方法中废碱液的Na₂CO₃、NaHCO₃、NaOH、NaHS和Na₂S各组分含量的计算方法如下：

其中，m为向滴定反应器中所加废碱液的质量(mg)；

C为滴定的标准盐酸的摩尔浓度(mol/L)；

V1、V2、V3、V4为滴定反应中消耗的标准盐酸的体积(mL)。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。