申请日2021.11.19
公开日期2021.12.31
IPC分类C01D7/24;B01D53/62;C02F9/10;B01D53/14;B01D53/58;B01D53/00;B01D53/78;B01D53/18
摘要
本发明公开一种反渗透浓盐水资源化系统及方法，包括工业废水处理系统中的反渗透系统和煤化工项目的尿素装置、火炬装置，反渗透系统的进口与反渗透浓盐水输出管道连通，反渗透系统的浓水出口与反应装置的浓盐水进口连接，尿素装置的含氨废气出口与反应装置的进口连通，火炬装置的含CO2废气出口与反应装置的进口连接，反应装置的浓水出口与碳酸氢钠结晶装置的进水口连通，碳酸氢钠结晶装置的母液出口与杂盐蒸发结晶装置的进口连通，反渗透系统的出料口、碳酸氢钠结晶装置的出料口和杂盐蒸发结晶装置的出料口均连接有干燥装置，本发明将工业废水处理系统与煤化工废气回收利用耦合制备纯碱，具有重要的生态意义和广阔的应用前景。
权利要求
1.一种反渗透浓盐水资源化系统，其特征在于，包括工业废水处理系统中的反渗透系统和煤化工项目的尿素装置(12)、火炬装置(13)，所述反渗透系统的进口与反渗透浓盐水输出管道连通，所述反渗透系统的浓水出口与反应装置(14)的浓盐水进口连接，尿素装置(12)的含氨废气出口与反应装置(14)的进口连通，火炬装置(13)的含CO2废气出口与反应装置(14)的进口连接，所述反应装置(14)的浓水出口与碳酸氢钠结晶装置(8)的进水口连通，碳酸氢钠结晶装置(8)的母液出口与杂盐蒸发结晶装置(10)的进口连通，所述反渗透系统的出料口、碳酸氢钠结晶装置(8)的出料口和杂盐蒸发结晶装置(10)的出料口均连接有干燥装置用于干燥得到硫酸钠盐、碳酸钠和杂盐。
2.根据权利要求1中所述的一种反渗透浓盐水资源化系统，其特征在于，所述反渗透系统包括两级纳滤装置(1)、反渗透装置(2)、硫酸钠双效蒸发结晶装置(3)、冷冻结晶装置(4)和热熔罐(5)，其中所述两级纳滤装置(1)的进口与反渗透浓盐水输出管道连通，两级纳滤装置(1)的产水出口与反渗透装置(2)的进口连通，所述两级纳滤装置(1)的浓水出口与硫酸钠双效蒸发结晶装置(3)的进口连通；硫酸钠双效蒸发结晶装置(3)的母液出口与冷冻结晶装置(4)的进口连通，硫酸钠双效蒸发结晶装置(3)的出料口、冷冻结晶装置(4)的出料口均与热熔罐(5)进口连通；热熔罐(5)出料口与干燥装置进口连通，所述冷冻结晶装置(4)的母液出口与反渗透装置(2)的浓水出口均与反应装置(14)的浓水进口连接。
3.根据权利要求2中所述的一种反渗透浓盐水资源化系统，其特征在于，所述两级纳滤装置(1)采用的纳滤膜为常压或高压纳滤膜，对硫酸钠截留率≥98％；所述反渗透装置(2)的反渗透膜为常压或高压膜，所述反渗透装置(2)的回收率为50％～90％，运行压力为1MPa～5MPa。
4.根据权利要求2中所述的一种反渗透浓盐水资源化系统，其特征在于，所述热熔罐(5)的上清液出口与硫酸钠双效蒸发结晶装置(3)的回流口连通。
5.根据权利要求1中所述的一种反渗透浓盐水资源化系统，其特征在于，冷冻结晶装置(4)与反渗透装置(2)的浓水出口与树脂装置(7)的进口连接，树脂装置(7)的出口与反应装置(14)的浓盐水进口连接，所述树脂装置(7)的树脂为耐盐的螯合离子交换树脂。
6.根据权利要求1中所述的一种反渗透浓盐水资源化系统，其特征在于，杂盐蒸发结晶装置(10)的出水口与反应装置(14)的进口连通。
7.根据权利要求1中所述的一种反渗透浓盐水资源化系统，其特征在于，所述干燥装置以工业余热为热源，所述干燥装置为通用干燥器，包括盘式干燥器、流化床干燥器或喷雾干燥器，所述工业余热包括工艺过程高温气和DMTO装置水洗水、净化水或蒸汽冷凝液。
8.根据权利要求1中所述的一种反渗透浓盐水资源化系统，其特征在于，所述尿素装置(12)含氨废气中的氨气浓度为3％～10％，温度为15℃～100℃；所述火炬装置(13)二氧化碳废气中的二氧化碳浓度为10％～100％。
9.一种反渗透浓盐水资源化方法，其特征在于，用于权利要求1-8中任一项所述的反渗透浓盐水资源化系统，具体步骤为：
S1将工业废水处理系统的反渗透浓盐水进行两级纳滤分盐得到纳滤浓水和产水；
S2对纳滤浓水进行双效蒸发结晶，得到的母液进行冷冻结晶得到十水硫酸钠，将十水硫酸钠与双效蒸发结晶得到的料液混合进行蒸发浓缩干燥，得到硫酸钠盐；
S3对两级纳滤分盐后的产水进行反渗透浓缩，得到的产水回用，得到的浓水与冷冻结晶产生的母液混合，去除硬度，得到软化后的混合浓盐水；
S4混合浓盐水利用煤化工项目产生的含氨废气中的氨气和含二氧化碳废气中的二氧化碳依次进行吸氨和碳酸化反应后，进行蒸发浓缩结晶，得到碳酸氢钠晶液，过滤得到母液，利用工业余热对碳酸氢钠晶液进行干燥，得到固体碳酸钠；
S5母液进行蒸发结晶，干燥，得到杂盐。
10.根据权利要求9所述的一种反渗透浓盐水资源化方法，其特征在于，步骤S2中，所述双效蒸发结晶的温度为60℃～120℃，压力为-1Mpa～1Mpa；所述冷冻结晶的温度为-10℃～10℃，压力为-1Mpa～1Mpa；
步骤S4中，所述蒸发浓缩结晶的温度为15℃～100℃，反应时间2h～10h，使得饱和杂盐溶液二氧化碳浓度达到100mol/L～1000mol/L，得到的碳酸氢钠晶液含水率＜10％；工业余热温度为100℃～500℃，压力为0.1Mpa～1Mpa，所述碳酸钠纯度≥98％。
说明书
一种反渗透浓盐水资源化系统及方法
技术领域
本发明属于工业废水零排放反渗透浓盐水资源化技术领域，具体属于一种反渗透浓盐水资源化系统及方法。
背景技术
目前工业废水处理工程基本工艺为“预处理+反渗透”，废水经过脱盐处理后产品水回用，水回收率一般在50％～75％，经过脱盐工艺后产生的大量反渗透浓盐水采取直接排放的方式，不仅对环境造成了不良影响而且造成水资源和盐资源的浪费，鉴于以上问题，近年来各个地区出台政策，要求工业废水零排放，即使处理合格的产品水也不能外排。
针对工业废水零排放的迫切需求，有一些项目对反渗透浓盐水进行进一步脱盐浓缩结晶处理，使产水回收率达到95％以上，剩余混盐进行分盐处理，最后将结晶盐作为工业盐出售，实现工业废水全部资源化利用，满足零排放要求。然而各项目采用的浓盐水处理工艺不尽相同，处理成本均较高。在废水零排放项目实际运行过程中，出现催化氧化处理COD效果不佳、纳滤膜堵塞、系统抗冲击能力差等问题。而且在进一步浓缩蒸发结晶的过程中，容易产生硅结垢和钙镁离子结垢的问题，破坏膜系统和蒸发结晶系统相关设备。最终产生的结晶盐存在纯度不高、纯度不稳定、销路不畅、价格低廉的问题。
通常煤化工项目存在大量的含氨废气和二氧化碳废气无法回收，造成资源浪费和环境污染。含氨废气主要来源于合成氨生产的弛放气和尿素造粒塔的高空排放尾气，其他来源有焦炉煤气、氨冷冻罐排气、硝酸装置尾气以及工业生产装置中设备的跑、冒、滴、漏等，其中80％以上的氨废气来自于合成氨弛放气。随着我国合成氨工业的快速发展，合成氨产量持续上升，含氨废气的排放量也将进一步增加。氨是典型的有毒有害工业气态污染物之一，大量含氨工业尾气直接排入大气，不仅造成合成氨产品的损失，而且恶化了人们的生存环境。氨在大气中被氧化生成NOx，形成酸雨，进而氧化成硝酸盐，进入水循环系统，污染地下水。另外，氨对人体健康会造成危害，严重者会引发肺部感染和呼吸衰竭导致死亡。
煤化工厂生产过程中产生的废气主要来自于煤储运工段、煤粉制备及输送系统除尘尾气、气化工段的连续放空气及事故放空气、变换工段的汽提塔酸性气及事故放空气、脱硫脱碳工段的洗涤塔排放的尾气以及含H2S酸性气体、丙烯压缩工段废气、硫回收装置排放废气、甲烷化工段的事故放空气等，排放量大，且成分复杂，在工艺上无法使用。为了保证化工生产装置的正常操作和安全，一般设置了相应的火炬气排放管网和火炬等设施，火炬高度105m，塔架高100m，将来自各排放系统的物料，首先引入火炬气分离罐，将气液分离，液体返回回收装置，气体引入火炬气密封罐，从密封罐出来的气体则引入火炬烟囱，燃烧后气体成分主要为CO2和H2O等，大量CO2的排放引起温室效应并且如果外排二氧化碳废气处理不当，会影响相关化工项目的正常生产和项目效益。
在煤化工产业中，现有的工艺路线存在较大的能量浪费。比如，煤气化工段高压闪蒸分离器后气体的温度约为170℃左右，常采用循环水、空冷器冷却至约40℃；变换工段出最后一级低压废热锅炉的粗合成气的温度约为140℃左右，也直接用循环水冷却后进入气液分离器；空分工段空气增压机，出末级压缩机的压缩气体温度约160℃，此部分热量均采用循环冷却水冷却。现有工艺路线对上述气体的冷却多采用循环水或空气，不仅造成热能的浪费，还会消耗较多的电能或循环水，因此将上述气体中的显热和潜热有效利用将提高工厂的经济效益。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种反渗透浓盐水资源化系统及方法，将工业废水处理系统与煤化工废气回收利用耦合制备纯碱，为废水中盐资源、工业废气(氨气、二氧化碳)资源化找到新的解决方案，符合低碳生产与循环利用的发展趋势，具有重要的生态意义和广阔的应用前景。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种反渗透浓盐水资源化系统，包括工业废水处理系统中的反渗透系统和煤化工项目的尿素装置、火炬装置，所述反渗透系统的进口与反渗透浓盐水输出管道连通，所述反渗透系统的浓水出口与反应装置的浓盐水进口连接，尿素装置的含氨废气出口与反应装置的进口连通，火炬装置的含CO2废气出口与反应装置的进口连接，所述反应装置的浓水出口与碳酸氢钠结晶装置的进水口连通，碳酸氢钠结晶装置的母液出口与杂盐蒸发结晶装置的进口连通，所述反渗透系统的出料口、碳酸氢钠结晶装置的出料口和杂盐蒸发结晶装置的出料口均连接有干燥装置用于干燥得到硫酸钠盐、碳酸钠和杂盐。
进一步的，所述反渗透系统包括两级纳滤装置、反渗透装置、硫酸钠双效蒸发结晶装置、冷冻结晶装置和热熔罐，其中所述两级纳滤装置的进口与反渗透浓盐水输出管道连通，两级纳滤装置的产水出口与反渗透装置的进口连通，所述两级纳滤装置的浓水出口与硫酸钠双效蒸发结晶装置的进口连通；硫酸钠双效蒸发结晶装置的母液出口与冷冻结晶装置的进口连通，硫酸钠双效蒸发结晶装置的出料口、冷冻结晶装置的出料口均与热熔罐进口连通；热熔罐出料口与干燥装置进口连通，所述冷冻结晶装置的母液出口与反渗透装置的浓水出口均与反应装置的浓水进口连接。
进一步的，所述两级纳滤装置采用的纳滤膜为常压或高压纳滤膜，对硫酸钠截留率≥98％；所述反渗透装置的反渗透膜为常压或高压膜，所述反渗透装置的回收率为50％～90％，运行压力为1MPa～5MPa。
进一步的，所述热熔罐的上清液出口与硫酸钠双效蒸发结晶装置的回流口连通。
进一步的，冷冻结晶装置与反渗透装置的浓水出口与树脂装置的进口连接，树脂装置的出口与反应装置的浓盐水进口连接，所述树脂装置的树脂为耐盐的螯合离子交换树脂。
进一步的，杂盐蒸发结晶装置的出水口与反应装置的进口连通。
进一步的，所述干燥装置以工业余热为热源，所述干燥装置为通用干燥器，包括盘式干燥器、流化床干燥器或喷雾干燥器，所述工业余热包括工艺过程高温气和DMTO装置水洗水、净化水或蒸汽冷凝液。
进一步的，所述尿素装置含氨废气中的氨气浓度为3％～10％，温度为15℃～100℃；所述火炬装置二氧化碳废气中的二氧化碳浓度为10％～100％。
本发明还提供一种反渗透浓盐水资源化方法，用于上述反渗透浓盐水资源化系统，具体步骤为：
S1将工业废水处理系统的反渗透浓盐水进行两级纳滤分盐得到纳滤浓水和产水；
S2对纳滤浓水进行双效蒸发结晶，得到的母液进行冷冻结晶得到十水硫酸钠，将十水硫酸钠与双效蒸发结晶得到的料液混合进行蒸发浓缩干燥，得到硫酸钠盐；
S3对两级纳滤分盐后的产水进行反渗透浓缩，得到的产水回用，得到的浓水与冷冻结晶产生的母液混合，去除硬度，得到软化后的混合浓盐水；
S4混合浓盐水利用煤化工项目产生的含氨废气中的氨气和含二氧化碳废气中的二氧化碳依次进行吸氨和碳酸化反应后，进行蒸发浓缩结晶，得到碳酸氢钠晶液，过滤得到母液，利用工业余热对碳酸氢钠晶液进行干燥，得到固体碳酸钠；
S5母液进行蒸发结晶，干燥，得到杂盐。
进一步的，步骤S2中，所述双效蒸发结晶的温度为60℃～120℃，压力为-1Mpa～1Mpa；所述冷冻结晶的温度为-10℃～10℃，压力为-1Mpa～1Mpa；
步骤S4中，所述蒸发浓缩结晶的温度为15℃～100℃，反应时间2h～10h，使得饱和杂盐溶液二氧化碳浓度达到100mol/L～1000mol/L，得到的碳酸氢钠晶液含水率＜10％；工业余热温度为100℃～500℃，压力为0.1Mpa～1Mpa，所述碳酸钠纯度≥98％。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明将工业废水处理系统与工业废气回收利用耦合制备纯碱，充分利用工业废水处理系统中的废水处理装置和煤化工项目的废气排放装置，可节省单独建设纯碱制备装置的投资，废水处理产生的浓盐水浓度和温度可满足制备纯碱需求，不必另外制备盐原料，将工业废水处理系统已有废水装置和、煤化工项目中的废气装置耦合，新建少部分装置即可实现废气、废水、废热高效低碳转化，为废水中盐资源、工业废气(氨气、二氧化碳)资源化找到新的解决方案，符合低碳生产与循环利用的发展趋势。
本发明提供一种反渗透浓盐水资源化系的方法，将反渗透浓盐水经过两级纳滤分盐后，纳滤浓水通过蒸发结晶和冷冻结晶，产出高品质硫酸钠结晶盐；纳滤产水经过反渗透浓缩后与硫酸钠冷冻结晶母液混合，通过树脂软化、吸氨、碳酸化反应、结晶干燥得到工业碳酸钠原料，整体工艺流程能耗低、工艺稳定、环保经济，废水中盐资源、废气资源化率高，充分利用煤化工项目产生的余热，具有广阔的应用前景；
本发明提供的反渗透浓盐水资源化系统及方法，将反渗透浓盐水、含氨废气、含二氧化碳废气和工业余热充分利用，变废为宝，降低企业工业废水处理成本的同时，可为企业带来可观收入，为反渗透浓盐水处理及资源化利用提供参考与依据具有重要意义；
本发明提供的反渗透浓盐水资源化系统及方法，可将制备产生的碳酸钠直接用于水处理需要使用纯碱的工艺过程中，包括高密池软化除硬除硅等工艺中，硫酸钠可用于工业项目，具有显著的经济、社会和生态意义。
（发明人：史元腾; 赵泽盟; 董宝光; 王帅; 李智锋）