公布日：2023.03.31
申请日：2022.11.29
分类号：C01B33/10(2006.01)I;C01B7/19(2006.01)I
摘要
本发明公开了一种光伏行业氟化氢废水资源化利用系统装置和方法，解决现有技术中光伏行业氟化氢废水处理效率低，成本高，无法进行资源有效回收利用的技术问题。本发明的氟化氢废水资源化利用系统装置，包括氟硅酸反应装置、氢氟酸精制装置和热蒸汽压缩再生装置。通过氟硅酸反应装置沉降氟硅酸，离心后废水中上清液进入氢氟酸精制装置进行氢氟酸精制回收，蒸馏塔产生的蒸汽经热蒸汽压缩再生装置回收利用，沉淀后的氟硅酸盐通过清洗除杂再利用。通过本发明系统装置同时实现了氟氢酸和氟硅酸的有效回收利用，降低废水处理量和水处理剂使用量，减少能耗及水处理成本，提高工作效率。可广泛应用于环保技术领域。
权利要求书
1.一种光伏行业氟化氢废水资源化利用系统装置，其特征在于，包括氟硅酸反应装置、氢氟酸精制装置和热蒸汽压缩再生装置；所述氟硅酸反应装置通过盐沉降废水中的氟硅酸；具体的，所述氟硅酸反应装置(1)底部设有第一采出口(101)，其侧面依次连接设有采出泵(2)和离心机(3)，所述采出泵(2)吸入口和排出口通过管路分别与所述第一采出口(101)和离心机(3)进口相连通，所述离心机(3)上清液出口通过管路与所述氢氟酸精制装置相连通，其底部滤渣出口通过管路与所述氟硅酸盐精制装置相连通；所述氢氟酸精制装置对废水中的氢氟酸进行浓缩回收；具体的，所述氢氟酸精制装置包括换热器(4)、精馏塔(5)、回流罐(6)、塔底物料循环泵(14)和回流泵(16)；所述换热器(4)进口、出口分别通过管路与所述离心机(3)上清液出口和所述精馏塔(5)下部进料口相连通；所述精馏塔(5)塔底通过管路与所述塔底物料循环泵(14)相连通，精馏塔(5)塔顶气相冷凝后液体通过回流罐(6)和回流泵(16)由精馏塔塔顶回流口(502)回流到精馏塔(5)中；所述热蒸汽压缩再生装置用于将所述蒸馏塔(5)产生的蒸汽经热蒸汽压缩再生装置回收利用。
2.根据权利要求1所述的一种光伏行业氟化氢废水资源化利用系统装置，其特征在于，所述热蒸汽压缩再生装置包括塔顶降膜蒸发器(7)、塔顶气液分离器(8)、蒸汽压缩机(9)、塔底降膜蒸发器(10)、塔底气液分离器(11)、塔顶热水循环泵(12)、过热蒸汽降温器(13)和塔底热水输送泵(17)；所述塔顶降膜蒸发器(7)物料进口、物料出口和冷媒出口分别通过管路与所述精馏塔(5)塔顶出气口、回流罐(6)进口和塔顶气液分离器(8)相连通；所述塔顶气液分离器(8)底部的饱和热水通过所述塔顶热水循环泵(12)与塔顶降膜蒸发器冷媒进口(702)通过管路相连通，其内部蒸汽通过管路经塔顶气液分离器蒸汽出口(801)依次经由经蒸汽压缩机(9)和过热蒸汽降温器(13)处理后，进入所述塔底气液分离器(11)；所述精馏塔(5)塔底液料出口通过管路经所述塔底物料循环泵(14)与所述塔底降膜蒸发器(10)连通，所述塔底降膜蒸发器(10)物料出口通过管路与所述精馏塔(5)下部气相入口相连通；所述塔底降膜蒸发器(10)蒸汽出口、进口分别通过管路与所述塔底气液分离器(11)蒸汽进口、出口循环连通；所述塔底气液分离器(11)内的热水通过管路经热水输送泵(17)输送至塔顶气液分离器(8)。
3.根据权利要求1所述的一种光伏行业氟化氢废水资源化利用系统装置，其特征在于，所述精馏塔(5)内、中下部还设有集液盘，其侧面设有与所述集液盘相配合的精馏塔产品侧线采出口(501)；所述精馏塔(5)塔底废液通过塔底采出泵(15)排出。
4.根据权利要求1所述的一种光伏行业氟化氢废水资源化利用系统装置，其特征在于，所述氟硅酸反应装置(1)为密闭釜式结构、罐式结构或槽式结构，其顶部设有进料口(102)和加盐口(103)，其内部还设有搅拌装置(104)。
5.根据权利要求2所述的一种光伏行业氟化氢废水资源化利用系统装置，其特征在于，所述塔顶降膜蒸发器(7)和塔底降膜蒸发器(10)均为立式不透性石墨降膜蒸发器。
6.根据权利要求1所述的一种光伏行业氟化氢废水资源化利用系统装置，其特征在于，其还包括氟硅酸精制装置，所述氟硅酸精制装置用于对经所述离心机(3)过滤沉降后的氟硅酸盐进行杂质去除；具体的，所述氟硅酸精制装置依次连接设有一级清洗器(18)、二级清洗器(19)和真空干燥器(20)，所述一级清洗器(18)进口通过管路与所述离心机(3)的滤渣出口相连通，所述一级清洗器(18)、二级清洗器(19)和真空干燥器(20)分别通过管路依次顺序连接。
7.根据权利要求6所述的一种光伏行业氟化氢废水资源化利用系统装置，其特征在于，所述一级清洗器(18)、二级清洗器(19)为萃取离心机、密闭澄清槽或带搅拌装置的搅拌釜中的一种。
8.一种光伏行业氟化氢废水资源化利用方法，其特征在于：使用权利要求1-7任何一项所述的一种光伏行业氟化氢废水资源化利用系统装置，具体步骤包括如下：(1)将需要处理的氟化氢废水注入到所述氟硅酸反应装置(1)中；(2)在所述氟硅酸反应装置(1)中加入沉降剂，沉降氟化氢废水中的氟硅酸；(3)由所述采出泵(2)提供动力将步骤(2)所述氟硅酸反应装置(1)完成氟硅酸沉降后的液体氟化氢废水泵进入所述离心机(3)中进行离心分离；(4)将步骤(3)分离得到的上清液按批次泵进入所述氢氟酸精制装置中，进行氢氟酸精制回收；(5)将步骤(3)分离得到的底部氟硅酸沉淀物送入所述氟硅酸精制装置中进行清洗除杂。
9.根据权利要求8所述的一种光伏行业氟化氢废水资源化利用方法，其特征在于，所述氟硅酸反应装置(1)中加入的沉降剂为钠盐或钾盐，沉降时间为3h-4h。
10.根据权利要求9所述的一种光伏行业氟化氢废水资源化利用方法，其特征在于，所述氢氟酸废水的氢氟酸含量为8％-25％，氟硅酸含量为0.1％-12％；步骤(4)所述氢氟酸精制装置中，精馏塔(5)参数配置为：氢氟酸精馏塔理论板数为18-52，产品侧线采出位置为自下而上第5-30块理论板，进料位置为自下而上第2-10块理论板；回流比为3-5∶1，操作压力60KpaG-101KpaG。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了一种装置结构设计合理，操作简便，实用性强，可实现氟化氢的有效回收利用，同时副产优质氟硅酸盐产品，能够减轻光伏生产行业后端废水废渣处理压力，安全环保的光伏行业氟化氢废水资源化利用系统装置和方法。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：本发明提供的光伏行业氟化氢废水资源化利用系统装置，其特征在于，包括氟硅酸反应装置、氢氟酸精制装置和热蒸汽压缩再生装置；
氟硅酸反应装置通过盐沉降废水中的氟硅酸；具体的，氟硅酸反应装置底部设有第一采出口，其侧面依次连接设有采出泵和离心机，采出泵吸入口和排出口通过管路分别与第一采出口和离心机进口相连通，离心机上清液出口通过管路与氢氟酸精制装置相连通，其底部滤渣出口通过管路与氟硅酸盐精制装置相连通；
氢氟酸精制装置对废水中的氢氟酸进行浓缩回收；具体的，氢氟酸精制装置包括换热器、精馏塔、回流罐、塔底物料循环泵和回流泵；换热器进口、出口分别通过管路与离心机上清液出口和精馏塔下部进料口相连通；精馏塔塔底通过管路与塔底物料循环泵相连通，精馏塔塔顶气相冷凝后液体通过回流罐和回流泵由精馏塔塔顶回流口回流到精馏塔中；
热蒸汽压缩再生装置用于将蒸馏塔产生的蒸汽经热蒸汽压缩再生装置回收利用。
优选的，热蒸汽压缩再生装置包括塔顶降膜蒸发器、塔顶气液分离器、蒸汽压缩机、塔底降膜蒸发器、塔底气液分离器、塔顶热水循环泵、过热蒸汽降温器和塔底热水输送泵；
塔顶降膜蒸发器物料进口、物料出口和冷媒出口分别通过管路与精馏塔塔顶出气口、回流罐进口和塔顶气液分离器相连通；塔顶气液分离器底部的饱和热水通过塔顶热水循环泵与塔顶降膜蒸发器冷媒进口通过管路相连通，其内部蒸汽通过管路经塔顶气液分离器蒸汽出口依次经由经蒸汽压缩机和过热蒸汽降温器处理后，进入塔底气液分离器；
精馏塔塔底液料出口通过管路经塔底物料循环泵与塔底降膜蒸发器连通，塔底降膜蒸发器物料出口通过管路与精馏塔下部气相入口相连通；塔底降膜蒸发器蒸汽出口、进口分别通过管路与塔底气液分离器蒸汽进口、出口循环连通；塔底气液分离器内的热水通过管路经热水输送泵输送至塔顶气液分离器。
优选的，精馏塔内、中下部还设有集液盘，其侧面设有与集液盘相配合的精馏塔产品侧线采出口；精馏塔塔底废液通过塔底采出泵15排出。
优选的，氟硅酸反应装置为密闭釜式结构、罐式结构或槽式结构，其顶部设有进料口和加盐口，其内部还设有搅拌装置。
优选的，塔顶降膜蒸发器和塔底降膜蒸发器均为立式不透性石墨降膜蒸发器。
优选的，还包括氟硅酸精制装置，氟硅酸精制装置用于对经离心机过滤沉降后的氟硅酸盐进行杂质去除；具体的，氟硅酸精制装置依次连接设有一级清洗器、二级清洗器和真空干燥器，一级清洗器进口通过管路与离心机的滤渣出口相连通，一级清洗器、二级清洗器和真空干燥器分别通过管路依次顺序连接。
优选的，一级清洗器、二级清洗器为萃取离心机、密闭澄清槽或带搅拌装置的搅拌釜中的一种。
一种光伏行业氟化氢废水资源化利用方法，使用上述的何一项的任一种光伏行业氟化氢废水资源化利用系统装置，具体步骤包括如下：
(1)将需要处理的氟化氢废水注入到所述氟硅酸反应装置中；
(2)在氟硅酸反应装置中加入沉降剂，沉降氟化氢废水中的氟硅酸；
(3)由采出泵提供动力将步骤(2)氟硅酸反应装置完成氟硅酸沉降后液体氟化氢废水泵进入离心机中进行离心分离；
(4)将步骤(3)分离得到的上清液按批次泵进入氢氟酸精制装置中，进行氢氟酸精制回收；
(5)将步骤(3)分离得到的底部氟硅酸沉淀物送入氟硅酸精制装置中进行清洗除杂。
优选的，氟硅酸反应装置中加入的沉降剂为钠盐或钾盐，沉降时间为3h-4h。
优选的，氢氟酸废水的氢氟酸含量为8％-25％，氟硅酸含量为0.1％-12％。
优选的，步骤(4)氢氟酸精制装置中，精馏塔参数配置为：氢氟酸精馏塔理论板数为18-52，产品侧线采出位置为自下而上第5-30块理论板，进料位置为自下而上第2-10块理论板；回流比为3-5:1，操作压力60KpaG-101KpaG。
本发明具备以下有益效果：
(1)本发明的氟化氢废水资源化利用系统装置，通过氟硅酸反应装置沉降氟硅酸，离心沉淀后的氟硅酸盐通过氟硅酸精制装置进行清洗除杂再利用；废水中上清液进入氢氟酸精制装置进行氢氟酸精制回收利用，进而对氟化氢废水中的有效成分进行回收利用，实现资源化回收，提高资源利用率。同时，经过处理后的氟化氢废水中有害成分大大降低，进而减少了后续氟化氢废水的处理程序。通过本发明系统装置同时实现了对氟化氢废水中氟氢酸和氟硅酸的有效回收利用，降低废水处理量和水处理剂使用量，减少能耗及水处理成本，提高工作效率。
(2)本发明的氟化氢废水资源化利用系统装置，蒸馏塔产生的蒸汽通过热蒸汽压缩再生装置，利用热蒸汽换热将热能送回至氢氟酸精制装置重复利用，大大降低了生产能耗，降低成本，符合绿色环保理念。
(3)本发明的光伏行业氟化氢废水资源化利用方法，方法简单，实施方便，操作成本低，采用沉降剂沉降氟化氢废水中的氟硅酸，使氟硅酸和氢氟酸得到有效回收利用，降低氟化氢废水的有害成分，避免了石灰等水处理剂使用产生的大量污泥和废弃物及其后续处理步骤，简化废水处理流程的同时实现资源再生回收利用，有效提高氟化氢生产过程及废水处理的经济效益。
（发明人：颜企明;刘顺江;冯加亮;刘莱琛;冯文秀）