公布日：2022.07.05
申请日：2022.04.11
分类号：C02F9/10(2006.01)I;C02F11/122(2019.01)I;C01D3/04(2006.01)I;C01D5/00(2006.01)I;C02F103/36(2006.01)N;C02F103/34(2006.01)N
摘要
本发明涉及一种合成氨与乙二醇废水零排放处理系统，所述系统包括预处理单元、纳滤单元和结晶单元。预处理单元用于对废水中的重金属离子、二氧化硅以及硬度离子进行去除；纳滤单元进行纳滤分盐。本发明基于梯级处理、污染物尽可能排出体系外以及高含盐浓缩水不回头的多种设计理念，设计了废水蒸发结晶的处理系统，通过对第二产水基于两级膜浓缩和氯化钠热法结晶的方式进行氯化钠提取，对第二浓水基于冷却浓缩结晶和熔融结晶的方式进行硫酸钠提取，并且通过冷却浓缩结晶进一步提取氯化钠，使得制作出的氯化钠和硫酸钠的理化指标符合煤化工副产工业标准、产水水质达到指标以及达到合成氨与乙二醇废水零排放的效果。
权利要求书
1.一种合成氨与乙二醇废水零排放处理系统，其特征在于，所述系统包括预处理单元、纳滤单元和结晶单元，所述预处理单元用于对废水中的重金属离子、二氧化硅以及硬度离子进行去除并送至第一反渗透膜模块得到第一产水和第一浓水，所述纳滤单元通过纳滤膜元件对所述第一反渗透膜模块处理得到的所述第一浓水进行纳滤分盐，并得到经过所述纳滤单元处理后的第二产水和第二浓水，所述结晶单元用于对所述纳滤单元处理后的所述第二产水基于两级膜浓缩和氯化钠热法结晶的方式进行氯化钠提取，并用于对所述第二浓水基于冷却浓缩结晶和熔融结晶的方式进行硫酸钠提取，所述第一产水作为新鲜水和/或循环水补水进入所述结晶单元并与所述结晶单元的冷凝水形成混合冷凝水作为换热热源和/或所述结晶单元的液位控制供水源，以对所述第二产水和第二浓水的氯化钠和硫酸钠的提取提供回用水支持，所述废水经过预处理单元处理后通过所述纳滤单元和所述结晶单元回收合成氨与乙二醇废水中的氯化钠和硫酸钠结晶，从而实现废水的零排放。
2.如权利要求1所述的合成氨与乙二醇废水零排放处理系统，其特征在于，所述结晶单元包括第一氯化钠蒸发结晶模块、第二氯化钠蒸发结晶模块和硫酸钠结晶模块，所述纳滤单元处理后的所述第二产水通过第二反渗透膜模块进入所述第一氯化钠蒸发结晶模块进行蒸发结晶，所述纳滤单元处理后的所述第二浓水通过冷冻模块进入所述第二氯化钠蒸发结晶模块和硫酸钠结晶模块进行结晶。
3.如权利要求2所述的合成氨与乙二醇废水零排放处理系统，其特征在于，所述第二产水经过所述第二反渗透膜模块得到第三产水和第三浓水，所述第三浓水进入超高压膜模块得到第四产水和第四浓水，所述第四浓水进入所述第一氯化钠蒸发结晶模块，所述第一氯化钠蒸发结晶模块以三效蒸发结晶的方式处理所述第四浓水并得到氯化钠，其中，所述三效蒸发结晶是指依次降低各蒸发室高盐水沸点，基于沸点温度的不同分离出二次蒸汽，生蒸汽中热能多次逐级利用。
4.如权利要求3所述的合成氨与乙二醇废水零排放处理系统，其特征在于，所述系统还包括预浓缩模块和除沫模块，所述第二浓水进入冷冻模块前，预浓缩模块对二次蒸汽进行压缩以使得二次蒸汽温度提高并用于系统蒸发热源，所述除沫模块用于所述第一氯化钠蒸发结晶模块和第二氯化钠蒸发结晶模块，并用于蒸发过程所产生的二次蒸汽中的液滴和/或泡沫的清除。
5.如权利要求4所述的合成氨与乙二醇废水零排放处理系统，其特征在于，所述冷冻模块包括一级预冷器和二级预冷器，所述一级预冷器将循环冷却水和所述第二浓水逆流换热降温，预冷后的所述第二浓水进入所述二级预冷器，将冷冻模块中的上清液与所述第二浓水逆流换热降温，换热后的上清液进入所述第二氯化钠蒸发结晶模块。
6.如权利要求5所述的合成氨与乙二醇废水零排放处理系统，其特征在于，所述第二氯化钠蒸发结晶模块以二效蒸发结晶的方式处理所述换热后的上清液并得到氯化钠，其中，所述二效蒸发结晶是指依次降低各蒸发室高盐水沸点，基于沸点温度的不同分离出二次蒸汽，生蒸汽中热能多次逐级利用。
7.如权利要求6所述的合成氨与乙二醇废水零排放处理系统，其特征在于，所述系统还包括杂盐单元，所述第四浓水通过所述第一氯化钠蒸发结晶模块的三效蒸发结晶母液和所述换热后的上清液通过所述第二氯化钠蒸发结晶模块的二效蒸发结晶母液进入所述杂盐单元进行干燥处理。
8.如权利要求7所述的合成氨与乙二醇废水零排放处理系统，其特征在于，所述硫酸钠结晶模块包括熔融结晶器和离心机，所述第二浓水经过冷冻模块处理后进入所述熔融结晶器进行蒸发结晶并得到硫酸钠结晶盐，所述硫酸钠结晶盐进入离心机中，得到硫酸钠。
9.如权利要求8所述的合成氨与乙二醇废水零排放处理系统，其特征在于，所述第一产水、第三产水和第四产水进入产品水池中，所述产品水池用于储存处理过程中的所述第一产水、第三产水和第四产水，并用于给所述预处理单元提供再生水。10.一种合成氨与乙二醇废水零排放处理方法，其特征在于，所述方法包括：对废水中的重金属离子、二氧化硅以及硬度离子进行去除并得到第一产水和第一浓水；对得到的所述第一浓水进行纳滤分盐，并得到经过处理后的第二产水和第二浓水；对所述第二产水和第二浓水进行结晶处理，所述废水经过重金属离子、二氧化硅以及硬度离子的去除后通过纳滤分盐和结晶处理回收合成氨与乙二醇废水中的氯化钠和硫酸钠结晶，从而实现废水的零排放。
发明内容
针对现有技术之不足，本发明的技术方案是提供一种合成氨与乙二醇废水零排放处理系统，所述系统包括预处理单元、纳滤单元和结晶单元，所述预处理单元用于对废水中的重金属离子、二氧化硅以及硬度离子进行去除并送至第一反渗透膜模块得到第一产水和第一浓水，所述纳滤单元通过纳滤膜元件对所述第一反渗透膜模块处理得到的所述第一浓水进行纳滤分盐，并得到经过所述纳滤单元处理后的第二产水和第二浓水，所述结晶单元用于对所述纳滤单元处理后的所述第二产水和第二浓水进行结晶处理，所述第一产水作为新鲜水和/或循环水补水进入所述结晶单元并与所述结晶单元的冷凝水形成混合冷凝水作为换热热源和/或所述结晶单元的液位控制供水源，以对所述第二产水和第二浓水的氯化钠和硫酸钠的提取提供回用水支持。所述废水经过预处理单元处理后通过所述纳滤单元和所述结晶单元回收合成氨与乙二醇废水中的氯化钠和硫酸钠结晶，从而实现废水的零排放。本发明基于梯级处理、污染物尽可能排出体系外以及高含盐浓缩水不回头的多种设计理念，设计了废水蒸发结晶的处理系统，通过对第二产水基于两级膜浓缩和氯化钠热法结晶的方式进行氯化钠提取，对第二浓水基于冷却浓缩结晶和熔融结晶的方式进行硫酸钠提取，并且通过冷却浓缩结晶进一步提取氯化钠，使得制作出的氯化钠和硫酸钠的理化指标符合煤化工副产工业标准、产水水质达到指标以及达到合成氨与乙二醇废水零排放的效果。
根据一种优选的实施方式，所述结晶单元包括第一氯化钠蒸发结晶模块、第二氯化钠蒸发结晶模块和硫酸钠结晶模块，所述纳滤单元处理后的所述第二产水通过第二反渗透膜模块进入所述第一氯化钠蒸发结晶模块进行蒸发结晶，所述纳滤单元处理后的所述第二浓水通过冷冻模块进入所述第二氯化钠蒸发结晶模块和硫酸钠结晶模块进行结晶。
根据一种优选的实施方式，所述第二产水经过所述第二反渗透膜模块得到第三产水和第三浓水，所述第三浓水进入超高压膜模块得到第四产水和第四浓水，所述第四浓水进入所述第一氯化钠蒸发结晶模块，所述第一氯化钠蒸发结晶模块以三效蒸发结晶的方式处理所述第四浓水并得到氯化钠，其中，所述三效蒸发结晶是指依次降低各蒸发室高盐水沸点，基于沸点温度的不同分离出二次蒸汽，生蒸汽中热能多次逐级利用。第一氯化钠蒸发结晶模块采用三效蒸发结晶处理形式，通过真空系统改变各蒸发室的压强，使得蒸发室高盐水沸点改变，实现二次蒸汽的分离，让生蒸汽中的热能多次逐级利用，节省系统功耗，提高系统蒸发率。
根据一种优选的实施方式，所述系统还包括预浓缩模块和除沫模块，所述第二浓水进入冷冻模块前，预浓缩模块对二次蒸汽进行压缩以使得二次蒸汽温度提高并用于系统蒸发热源，所述除沫模块用于所述第一氯化钠蒸发结晶模块和第二氯化钠蒸发结晶模块，并用于蒸发过程所产生的二次蒸汽中的液滴和/或泡沫的清除。除沫模块拦截二次蒸汽夹带的液滴及优化，进一步清除第二浓水含有的氯化钠，第二，本发明目的即为提取高质量氯化钠和硫酸钠，上清液提取出的氯化钠满足高质量要求，提高了该系统提取氯化钠的效率；
(6)通过纳滤单元得出第二泡沫等，可以保证产生冷凝水的质量，避免了压缩机、蒸发器加热室或冷凝器在腐蚀、结垢、传热系数降低等不良条件下工作并引起严重污染的问题。
根据一种优选的实施方式，所述冷冻模块包括一级预冷器和二级预冷器，所述一级预冷器将循环冷却水和所述第二浓水逆流换热降温，预冷后的所述第二浓水进入所述二级预冷器，将冷冻模块中的上清液与所述第二浓水逆流换热降温，换热后的上清液进入所述第二氯化钠蒸发结晶模块。第一，为后续硫酸钠的提取品质做优化，进一步清除第二浓水含有的氯化钠，第二，本发明目的即为提取高质量氯化钠和硫酸钠，上清液提取出的氯化钠满足高质量要求，提高了该系统提取氯化钠的效率，第三，蒸发能源只消耗热能循环所消耗的电能，与一般蒸汽热源蒸发器比较能源消耗大幅度降低，并且当蒸发量由于实际生产需要进行调整时，只要通过控制系统调整压缩机转速、真空度和进料量，系统会自动适应新的蒸发量。
根据一种优选的实施方式，所述第二氯化钠蒸发结晶模块以二效蒸发结晶的方式处理所述换热后的上清液并得到氯化钠，其中，所述二效蒸发结晶是指依次降低各蒸发室高盐水沸点，基于沸点温度的不同分离出二次蒸汽，生蒸汽中热能多次逐级利用。第二氯化钠蒸发结晶模块采用二效蒸发结晶处理形式，以节省建设成本以及运行成本。
根据一种优选的实施方式，所述系统还包括杂盐单元，所述第四浓水通过所述第一氯化钠蒸发结晶模块的三效蒸发结晶母液和所述换热后的上清液通过所述第二氯化钠蒸发结晶模块的二效蒸发结晶母液进入所述杂盐单元进行干燥处理。杂盐单元处理了提取出氯化钠后剩余的母液，充分利用各单元处理完成后的产水和浓水，实现对合成氨与乙二醇废水的零排放。
根据一种优选的实施方式，所述硫酸钠结晶模块包括熔融结晶器和离心机，所述第二浓水经过冷冻模块处理后进入所述熔融结晶器进行蒸发结晶并得到硫酸钠结晶盐，所述硫酸钠结晶盐进入离心机中，得到硫酸钠。从上述各构件后送至硫酸钠结晶模块的第二浓水，本身以具有较高含量硫酸钠，其余杂质也去除，所以采用熔融结晶器以节省建设成本以及运行成本，并且熔融结晶器采用强制循环单效蒸发结晶，进一步节省投资和占地。
根据一种优选的实施方式，所述第一产水、第三产水和第四产水进入产品水池中，所述产品水池用于储存处理过程中的所述第一产水、第三产水和第四产水，并用于给所述预处理单元提供再生水。对各产水的多次利用，在贯彻浓水不回流的基础上，提高产水使用效率，并且集中于产品水池，能再次进入循环，使进入蒸发结晶产盐系统的水量进一步降低，节约投资、占地及运行能耗。
本发明还包括一种合成氨与乙二醇废水零排放处理方法，所述方法包括：对废水中的重金属离子、二氧化硅以及硬度离子进行去除并得到第一产水和第一浓水；对得到的所述第一浓水进行纳滤分盐，并得到经过处理后的第二产水和第二浓水；对所述第二产水和第二浓水进行结晶处理。所述废水经过重金属离子、二氧化硅以及硬度离子的去除后通过纳滤分盐和结晶处理回收合成氨与乙二醇废水中的氯化钠和硫酸钠结晶，从而实现废水的零排放。
本发明的有益技术效果：
(1)本发明基于梯级处理、污染物尽可能排出体系外以及高含盐浓缩水不回头的多种设计理念，设计了废水蒸发结晶的处理系统，通过对第二产水基于两级膜浓缩和氯化钠热法结晶的方式进行氯化钠提取，对第二浓水基于冷却浓缩结晶和熔融结晶的方式进行硫酸钠提取，并且通过冷却浓缩结晶进一步提取氯化钠，使得制作出的氯化钠和硫酸钠的理化指标符合煤化工副产工业标准、产水水质达到指标以及达到合成氨与乙二醇废水零排放的效果；
(2)本发明的第一产水、第三产水和第四产水均进入产品水池中作为各部件的新鲜水和或循环水补水对各产水的多次利用，在贯彻浓水不回流的基础上，提高产水使用效率，并且集中于产品水池，能再次进入循环，使进入蒸发结晶产盐系统的水量进一步降低，节约投资、占地及运行能耗，同时用作与结晶单元中各效蒸汽罐的冷凝水形成混合冷凝水作为其换热热源和/或所述结晶单元的液位控制供水源；
(3)通过预处理单元中的高密度澄清池、高强度膜、两级阳床以及除碳器工艺，对合成氨与乙二醇废水进行软化处理，并且除去Ca2+、Mg2+、SiO2。同时实现混凝、絮凝作用，可使原水中的悬浮物、有机物、胶体等物质凝聚成较大的絮凝物，以便于有效的沉淀去除，有效降低来水的有机物、悬浮物及浊度，也为后续高强度膜的稳定运行创造良好条件；
(4)本发明中的高强度膜区别于现有技术的多介质和超滤方案，通过抽吸方式，对大量细小悬浮物成功拦截，解决了高盐水密度大，沉降效果差，普通超滤膜易堵塞、断丝等问题，并且具有较高水回收率，反洗的排水仍在高强度膜池内；
(5)第一氯化钠蒸发结晶模块采用三效蒸发结晶处理形式，通过真空系统改变各蒸发室的压强，使得蒸发室高盐水沸点改变，实现二次蒸汽的分离，让生蒸汽中的热能多次逐级利用，节省系统功耗，提高系统蒸发率(即减温减压开度调节加热室生蒸汽用量)，而第二氯化钠蒸发结晶模块采用二效蒸发结晶处理形式，以节省建设成本以及运行成本。第二氯化钠蒸发结晶模块处理的是第二浓水，其主要含有硫酸钠，从中提取氯化钠的目的在于，第一，为后续硫酸钠的提取做产水和第二浓水，通过对氯化钠和硫酸钠的不同提取手段，并且通过产水回流，浓水不回流的方式，在进一步保障各设备安全性、被腐蚀概率的同时，兼顾高质量氯化钠和硫酸钠的提取，以对第二产水提取氯化钠，第二浓水上清液提取氯化钠的两个路径，提高氯化钠制备效率，提高硫酸钠制备品质，并且剩余母液进入杂盐单元，得到质量差一筹的杂盐，实现合成氨与乙二醇废水的零排放；
(7)第一氯化钠蒸发结晶模块和第二氯化钠蒸发结晶模块上端均设置有除沫模块，拦截二次蒸汽夹带的液滴及泡沫等，可以保证产生冷凝水的质量，避免了压缩机、蒸发器加热室或冷凝器在腐蚀、结垢、传热系数降低等不良条件下工作并引起严重污染的问题，此外第一氯化钠蒸发结晶模块和第二氯化钠蒸发结晶模块下端设置结晶室，目的是使盐颗粒长大并集盐、浓缩、提高盐的品质。
（发明人：权秋红;张建飞;元西方;李争光;丁哲）