CN205295055U - 一种应用于煤化工高盐废水资源化装置 - Google Patents

Abstract

一种应用于煤化工高盐废水资源化装置，通过纳滤分盐、双进双出多效蒸发及老化母液处理三个单元回收工业废水中的水、氯化钠和硫酸钠，通过本实用新型处理煤化工高盐废水，可以回收不小于99%的水分及不小于90%的盐分，回用水水质满足脱盐水或循环水补水水质要求，回收的氯化钠满足标准GB/T5462-2003《工业盐》日晒工业盐二级品，硫酸钠满足标准GB/T？6009-2014《工业无水硫酸钠》Ⅲ类合格品，可以变废为宝，不但解决了固废的环保问题，也产生了具有经济价值的产品，直接或间接的大幅降低废水处理成本，从而真正意义上实现工业废水“零”排放。

Description

一种应用于煤化工高盐废水资源化装置

技术领域

本实用新型属于煤化工高盐废水处理技术领域，具体涉及一种应用于煤化工高盐废水资源化装置。

背景技术

煤炭是我国主要化石能源，现代煤化工以煤炭-能源化工技术为基础，煤气化为龙头，运用催化合成、分离、生物化工等先进的化工技术，生产能够替代石油的洁净能源和各类化工产品，如成品油、天然气、甲醇、二甲醚、乙烯、丙烯等。我国煤化工项目主要分布在内蒙、陕西、新疆、山西、宁夏、甘肃等地。

我国煤炭资源和水资源分布极不均衡。昆仑山-秦岭-大别山一线以北地区煤炭资源量占全国总量的90%以上，而水资源仅占全国总量的21%。在我国西部和北部地区，地表水资源的缺乏直接导致地下水的过度开采和污染。为缓解水污染形式，《节能减排“十二五”规划》和《国家环境保护“十二五”规划》均提出了COD、氨氮等主要水体污染物减排8%的目标；2012年国务院发布的《关于实行最严格水资源管理制度的意见》划出了三个关于水体的红线，从国家层面实行最严格水资源管理。

废水零排放在国外称之为零液体排放(ZLD)，是指企业不向地表水域排放任何形式的废水；GB/T21534-2008《工业用水节水术语》中对零排放解释为企业或主体单元的生产用水***达到工业废水外排。简言之，零排放就是将工业废水浓缩成为固体或浓缩的形式再加以处理，而不是以废水的形式外排到自然水体。在上述背景下，水资源和水环境问题已成为制约煤化工产业发展的瓶颈，实现废水真正“零排放”已成为煤化工发展的自身需求和外在要求。

煤化工各单元产生的废水最终会以含盐废水的形式统一处理；当前，煤化工含盐废水通过膜浓缩将80～90%的水回用，其余以高盐浓水的形式进入蒸发结晶单元（或晒盐池），将剩余水回用，而无机盐以固体废混盐的形式分离并排放，这也是当前已实现的废水“零排放”形式，即水资源基本全部回收利用，盐组分以废混盐填埋处理；但该固体废混盐组分复杂、有害物质浓度高，处理需采用投资较高的危险固废填埋场，按国内现行管理办法，危废处置成本约2000元以上/吨，占蒸发结晶总费用60%以上；而废混盐中氯化钠和硫酸钠含量高达95%以上，将这部分盐回收利用则可实现真正意义的废水“零排放”。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种应用于煤化工高盐废水资源化装置，可以将煤化工高盐废水中不小于99%的水回收，不小于90%的盐回收，产生工业级的氯化钠和硫酸钠，同时减小固废的处理成本，电耗及热耗也更低，更为经济；最终将煤化工行业污水处理环保压力大大降低，同时也增加了经济收益。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种应用于煤化工高盐废水资源化装置，包括纳滤分盐单元、一效蒸发器、二效蒸发器、三效蒸发器、四效蒸发器、五效蒸发器及老化母液处理单元，其纳滤单元一路与纳滤浓水一级预热器、纳滤浓水二级预热器、一效蒸发器、二效蒸发器，硝旋流器、硝浆缓冲罐依次连通；硝浆缓冲罐通过硝离心机连接硝离心母液缓冲罐，硝离心母液缓冲罐连接老化母液处理单元；纳滤单元另一路与纳滤产水一级预热器、纳滤产水二级预热器、三效蒸发器、四效蒸发器、五效蒸发器依次连通，五效蒸发器通过盐旋流器连接盐浆缓冲罐；盐浆缓冲罐通过压滤机喂料泵连接板框压滤机，板框压滤机连接压滤机母液缓冲罐，压滤机母液缓冲罐连接老化母液处理单元，同时连接五效蒸发器；

所述的一效蒸发器一端连接蒸汽包，一效蒸发器一端出口与二效蒸发器、三效蒸发器、四效蒸发器、五效蒸发器依次连接，另一端与一效平衡罐、一效闪蒸罐依次连接，一效闪蒸罐通过生蒸汽冷凝水泵连接纳滤浓水一级预热器；五效蒸发器通过混合冷凝器连接水环真空泵；混合冷凝器另一端连接冷却水封槽；所述的二效蒸发器、三效蒸发器、四效蒸发器分别通过二效平衡罐、三效平衡罐、四效平衡罐、五效平衡罐并联通过生蒸汽冷凝水泵连接纳滤产水一级预热器，纳滤产水一级预热器连接再生水冷却器；

所述的纳滤单元通过纳滤产水泵连接纳滤产水一级预热器，通过纳滤浓水泵连接纳滤浓水一级预热器；二效蒸发器通过硝出料泵连接硝旋流器；硝离心母液缓冲罐通过硝离心母液出料泵连接老化母液处理单元；压滤机母液缓冲罐通过盐母液泵连接老化母液处理单元；五效蒸发器通过盐出料泵连接盐旋流器；

所述的硝离心机一端还连接销产品包装机；板框压滤机另一端连接盐产品包装机。

所述的一效蒸发器、二效蒸发器、三效蒸发器、四效蒸发器、五效蒸发器分别设有一效强制循环泵、二效强制循环泵、三效强制循环泵、四效强制循环泵、五效强制循环泵。

所述的一效蒸发器、二效蒸发器、三效蒸发器、四效蒸发器、五效蒸发器的使用，其效数根据纳滤产水和纳滤浓水水量的大小及比例，通常设置为四效或五效；末效二次蒸汽通过冷凝器冷却并保证真空度，末端真空度通常保持在-0.85～-0.90KPaG。

所述的纳滤分盐单元采用纳滤膜，纳滤膜孔径为1～2nm。

所述的老化母液处理单元采用一个膜式真空干燥设备，热源为0.5～1.0MPaG的低压蒸汽，母液的换热在真空的环境下进行，真空度通常保证在-70～-80KPaG。

所述的一效闪蒸罐可由Oslo结晶器、DTB结晶器、DP结晶器中的一种代替。

本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型可以将废水中不小于99%的水回收，不小于90%的盐回收，产生工业级的氯化钠和硫酸钠，工艺条件简单稳定，便于工业化推广。通过本实用新型方法，能够回收得到高纯度的氯化钠和硫酸钠，满足工业级产品的质量要求，可直接回收或作为副产品包装出售，从根本意义上实现了煤化工工业废水“零”排放，满足当前日益严峻的环保需要，而且变废为宝，实现盐类的资源化利用，较大程度了缓解了工业废水处理成本高的劣势。

2）本实用新型是采用三个单元，即纳滤分盐、多效蒸发结晶及老化母液处理；三部分依次递推运行，即高盐废水依次经过纳滤单元、多效蒸发结晶单元、母液老化单元；将废水中几乎全部的水回收，90%以上的盐作为产品包装出售，老化母液处理单元产生的约10%的混盐则可以填埋或者燃烧炉煅烧处理；整个过程中，除了少许废盐需处理外无其他排放物，故而极大的降低了原有的处理成本，

3）煤化工高盐废水中含有一些高溶或不宜析出的组分，如COD、硫化钠、碳酸钠等，这些组分随着不断浓缩，会变得越来越多，最终使蒸发母液“老化”，进而影响出盐质量的好坏；而通过本实用新型的母液老化处理单元，可以始终抽出一部分母液进入该单元处理，最终使得蒸发母液中的高溶或不宜析出的组分含量始终维持在允许的范围内，始终保证产品氯化钠和硫酸钠质量达标。

4）对于传统思路，一般需要两套蒸发装置将纳滤浓水和纳滤产水分别进行处理，进而得到产品盐；而本实用新型只采用一套多效蒸发装置，纳滤浓水和纳滤产水同时进入该装置，而浓缩料浆也同时由该装置采出，大大节省了装置的投资及占地面积，且也大幅降低的能耗，使得该实用新型更具有竞争力；

5）蒸发装置纳滤浓水及纳滤产水的进料方式是根据两种盐溶解度的差别，即硫酸钠在40度以下时，随着温度的上升溶解度增加；而在40度以上时，随着温度的上升溶解度反而下降；而氯化钠的溶解度随温度变化不明显；故而富含硫酸钠的纳滤浓水选择进入多效蒸发的前段，前段的操作温度范围是100～150℃；富含氯化钠的纳滤产水则选择进入多效蒸发的后半段，后段的操作温度范围是100～50℃；因此在高温段析出硫酸钠，低温段析出氯化钠；离心干燥后得到纯度较高的工业盐产品。

6）蒸发结晶单元为多效蒸发，在没有结晶析出的蒸发器可选择降膜蒸发器、自然循环蒸发器、强制循环蒸发器，优选降膜蒸发器；降膜蒸发器具有高传热系数、低传热面积、循环量小等优点，非常适合于蒸水及浓缩，可节省整个装置的有效传热温差，降低投资成本；含有结晶析出的蒸发器选择强制循环蒸发器。强制循环蒸发器是一种传热系数大、抗结巴能力强的蒸发器，溶液在设备内的循环主要靠外加动力所产生的强制流动，循环速度一般设置为2～3m/s；当循环液体流过加热室时被加热，然后在分离室中压力降低时部分蒸发；料液进入分离室气液分离，可以强化分离效果，使整体设备具有较大的分离弹性；较高的循环速度使得结晶盐无法结在换热管上，有利于处理粘度较大、易结垢、易结晶的物料或浓缩程度较高的溶液，因此非常适用于结晶出盐的蒸发。

7）可将废水中99%以上的水回收并达到脱盐水或循环水补水指标要求；将废水中不小于90%的盐以硫酸钠和氯化钠的形式得以回收，且回收的氯化钠满足标准GB/T5462-2003《工业盐》日晒工业盐二级品；硫酸钠满足标准GB/T6009-2014《工业无水硫酸钠》Ⅲ类合格品。

附图说明

图1为本实用新型的结构及工艺流程示意图。

其中，1为纳滤分盐单元；2为纳滤浓水一级预热器；3为纳滤浓水二级预热器；4为一效蒸发器；5为纳滤产水泵；6为二效蒸发器；7为纳滤浓水泵；8为硝旋流器；9为硝离心机；10为硝离心母液缓冲罐；11为硝浆缓冲罐；12为纳滤产水一级预热器；13为纳滤产水二级预热器；14为硝出料泵；15为三效蒸发器；16为四效蒸发器；17为硝离心母液出料泵；18为五效蒸发器；19为盐母液泵；20为盐旋流器；21为压滤机母液缓冲罐；22为盐浆缓冲罐；23为压滤机喂料泵；24为板框压滤机；25为老化母液处理单元；26为一效平衡罐；27为一效闪蒸罐；28为混合冷凝器；29为水环真空泵；30为二效平衡罐；31为三效平衡罐；32为四效平衡罐；33为再生水冷却器；34为蒸汽包；35为盐出料泵；36为销产品包装机，37为盐产品包装机；38为冷却水封槽；39为生蒸汽冷凝水泵；40为五效平衡罐；41为高盐废水管；42为蒸汽管；43为生蒸汽冷凝管；44为再生水补充管；45为再生水至界外管；46为废盐出口；47为冷却给水管；48为冷却回水管；49为低压蒸汽冷凝管；50为低压蒸汽管。

图1中黑色粗实心箭头表示物料走向，黑色粗空心箭头表示蒸汽走向，黑色细单箭头表示盐及硝产品处理走向，黑色细双箭头表示冷凝水、循环水、冷却给水、冷却回水的流向，黑色细三箭表示不凝气流向。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明：

如图1所示，一种应用于煤化工高盐废水资源化装置，包括纳滤分盐单元1、一效蒸发器4、二效蒸发器6、三效蒸发器15、四效蒸发器16、五效蒸发器18及老化母液处理单元25，纳滤分盐单元1一路与纳滤浓水一级预热器2、纳滤浓水二级预热器3、一效蒸发器4、二效蒸发器6，硝旋流器8、硝浆缓冲罐11依次连通；硝浆缓冲罐11通过硝离心机9连接硝离心母液缓冲罐10，硝离心母液缓冲罐10连接老化母液处理单元25；纳滤分盐单元1另一路与纳滤产水一级预热器12、纳滤产水二级预热器13、三效蒸发器15、四效蒸发器16、五效蒸发器18依次连通，五效蒸发器18通过盐旋流器20连接盐浆缓冲罐22；盐浆缓冲罐22通过压滤机喂料泵23连接板框压滤机24，板框压滤机24连接压滤机母液缓冲罐21，压滤机母液缓冲罐21连接老化母液处理单元25，同时连接五效蒸发器18；

所述的一效蒸发器4一端连接蒸汽包34，一效蒸发器4一端出口与二效蒸发器6、三效蒸发器15、四效蒸发器16、五效蒸发器18依次连接，另一端与一效平衡罐26、一效闪蒸罐27依次连接，一效闪蒸罐27通过生蒸汽冷凝水泵39连接纳滤浓水一级预热器2；五效蒸发器18通过混合冷凝器28连接水环真空泵29；混合冷凝器28另一端连接冷却水封槽38；所述的二效蒸发器6、三效蒸发器15、四效蒸发器16分别通过二效平衡罐30、三效平衡罐31、四效平衡罐32、五效平衡罐40并联通过生蒸汽冷凝水泵39连接纳滤产水一级预热器12，纳滤产水一级预热器12连接再生水冷却器33；

所述的纳滤分盐单元1通过纳滤产水泵5连接纳滤产水一级预热器12，通过纳滤浓水泵7连接纳滤浓水一级预热器2；二效蒸发器6通过硝出料泵14连接硝旋流器8；硝离心母液缓冲罐10通过硝离心母液出料泵17连接老化母液处理单元25；压滤机母液缓冲罐21通过盐母液泵19连接老化母液处理单元25；五效蒸发器18通过盐出料泵35连接盐旋流器20；

所述的硝离心机9一端还连接销产品包装机36；板框压滤机24另一端连接盐产品包装机37。

所述的一效蒸发器4、二效蒸发器6、三效蒸发器15、四效蒸发器16、五效蒸发器18分别设有一效强制循环泵、二效强制循环泵、三效强制循环泵、四效强制循环泵、五效强制循环泵。

所述的一效蒸发器4、二效蒸发器6、三效蒸发器15、四效蒸发器16、五效蒸发器18的使用，其效数根据纳滤产水和纳滤浓水水量的大小及比例，通常设置为四效或五效；末效二次蒸汽通过冷凝器冷却并保证真空度，末端真空度通常保持在-0.85～-0.90KPaG。

所述的纳滤分盐单元1采用纳滤膜，纳滤膜孔径为1～2nm。

所述的老化母液处理单元25采用一个膜式真空干燥设备，热源为0.5～1.0MPaG的低压蒸汽，母液的换热在真空的环境下进行，真空度通常保证在-70～-80KPaG。

所述的一效闪蒸罐27可由Oslo结晶器、DTB结晶器、DP结晶器中的一种代替。

本实用新型的工作原理是：

物料流向：

煤化工高盐废水通过高盐废水管41首先进入纳滤分盐单元1，将其分为纳滤产水和纳滤浓水；纳滤产水和纳滤浓水流量比约为2～2.5；其中，纳滤产水中主要含有氯化钠和水，纳滤浓水含硫酸钠、氯化钠和水；分离后的纳滤产水和纳滤浓水送往蒸发结晶单元。

纳滤浓水通过纳滤浓水泵7依次进入纳滤浓水一级预热器2和纳滤浓水二级预热器3，将其预热至115～125℃，优选120℃后进入一效蒸发器4进行蒸发浓缩，经一效强制循环泵使得一部分料液实现效内循环，另一部分料液送入二效蒸发器6，继续蒸发浓缩，蒸发浓缩温度为100～110℃；待剩余液的固体含量达到5～25%m，优选15%m，开始出料，通过硝出料泵进入硝旋流器8进一步浓缩至25～30%m，之后旋流浓液进入硝浆缓冲罐11，旋流清液回至二效蒸发器6继续浓缩；硝浆缓冲罐11中的硝浆通过硝离心机9分盐，产生的硫酸钠含水量不高于5%m，同时经过销产品包装机36干燥及包装作为产品储存销售；离心母液则进入硝离心母液缓冲罐10，进而通过老化母液处理单元25进行干燥分盐处理。

纳滤产水通过纳滤产水泵5依次进入纳滤产水一级预热器12和纳滤产水二级预热器13，将其预热至90～100℃，优选95℃后进入三效蒸发器15蒸发浓缩，蒸发浓缩温度为100～110℃，优选100℃；经三效强制循环泵使得一部分料液实现效内循环，另一部分料液送入四效蒸发器16，继续蒸发浓缩，蒸发温度为80～90℃，优选80℃；经四效强制循环泵使得一部分料液实现效内循环，另一部分料液送入五效蒸发器18，继续蒸发浓缩，蒸发浓缩温度为55～65℃，优选55℃；待剩余液的固体含量达到5～25%m，优选15%m，开始出料，同构盐出料泵35进入盐旋流器20进一步浓缩至25～30%m，之后旋流浓液进入盐浆缓冲罐22，清液则进入压滤机母液缓冲罐21；之后浓盐浆通过压滤机喂料泵23送入板框压滤机24进行分盐处理，盐饼定期送入盐产品包装机37，母液则流入压滤机母液缓冲罐21，最终母液返回至五效继续蒸发18；少部分母液则进入母液老化单元25进行处理。

母液老化单元25一端设有废盐出口46，一端设有冷却给水管47、冷却回水管48，另外两端分别设有低压蒸汽冷凝管49、低压蒸汽管50。

蒸汽和冷凝水流向：

低压饱和蒸汽同构蒸汽管42首先进入蒸汽包34缓冲，进而进入一效蒸发器4加热器进行加热，同时通过再生水补充管44为一效蒸发器4补水，产生的冷凝水首先进入一效平衡罐26，之后进入一效闪蒸罐27在较低压力下闪蒸并回收部分热量，之后通过生蒸汽冷凝水泵39送至纳滤浓水一级预热器2与纳滤浓水进行间接换热，之后送往界外生蒸汽冷凝管43；一效蒸发器4产生的二次蒸汽作为二效蒸发器6热源进行换热，二效蒸发器6产生的二次蒸汽作为三效蒸发器15热源进行换热，三效蒸发器15产生的二次蒸汽作为四效蒸发器16热源进行换热，四效蒸发器16产生的二次蒸汽作为五效蒸发器18热源进行换热，五效蒸发器18产生的二次蒸汽通过混合冷凝器28冷凝冷却；二、三、四效产生的二次蒸汽冷凝液首先分别进入二效平衡罐30、三效平衡罐31、四效平衡罐32，最后汇总后通过生蒸汽冷凝水泵39送入纳滤产水一级预热器12作为热源与纳滤产水进行换热，之后以再生水的形式进入再生水至界外管45；同时混合冷凝器28产生的不凝气由水环真空泵29抽出，排入大气。

循环水流向：

循环水有两个使用，一是通过冷却给水管47为再生水冷却器33冷却介质降低再生水温度；另一是通过冷却回水管48为混合冷凝器28冷却介质，回水则首先流入冷却水封槽液封，其次送入循环回水管网，再生水冷却器33接有冷却给水管47、冷却回水管48。

Claims (6)

1.一种应用于煤化工高盐废水资源化装置，包括纳滤分盐单元（1）、一效蒸发器（4）、二效蒸发器（6）、三效蒸发器（15）、四效蒸发器（16）、五效蒸发器（18）及老化母液处理单元（25），其特征在于，纳滤分盐单元（1）一路与纳滤浓水一级预热器（2）、纳滤浓水二级预热器（3）、一效蒸发器（4）、二效蒸发器（6），硝旋流器（8）、硝浆缓冲罐（11）依次连通；硝浆缓冲罐（11）通过硝离心机（9）连接硝离心母液缓冲罐（10），硝离心母液缓冲罐（10）连接老化母液处理单元（25）；纳滤分盐单元（1）另一路与纳滤产水一级预热器（12）、纳滤产水二级预热器（13）、三效蒸发器（15）、四效蒸发器（16）、五效蒸发器（18）依次连通，五效蒸发器（18）通过盐旋流器（20）连接盐浆缓冲罐（22）；盐浆缓冲罐（22）通过压滤机喂料泵（23）连接板框压滤机（24），板框压滤机（24）连接压滤机母液缓冲罐（21），压滤机母液缓冲罐（21）连接老化母液处理单元（25），同时连接五效蒸发器（18）；

所述的一效蒸发器（4）一端连接蒸汽包（34），一效蒸发器（4）一端出口与二效蒸发器（6）、三效蒸发器（15）、四效蒸发器（16）、五效蒸发器（18）依次连接，另一端与一效平衡罐（26）、一效闪蒸罐（27）依次连接，一效闪蒸罐（27）通过生蒸汽冷凝水泵（39）连接纳滤浓水一级预热器（2）；五效蒸发器（18）通过混合冷凝器（28）连接水环真空泵（29）；混合冷凝器（28）另一端连接冷却水封槽（38）；所述的二效蒸发器（6）、三效蒸发器（15）、四效蒸发器（16）分别通过二效平衡罐（30）、三效平衡罐（31）、四效平衡罐（32）、五效平衡罐（40）并联通过生蒸汽冷凝水泵（39）连接纳滤产水一级预热器（12），纳滤产水一级预热器（12）连接再生水冷却器（33）；

所述的纳滤分盐单元（1）通过纳滤产水泵（5）连接纳滤产水一级预热器（12），通过纳滤浓水泵（7）连接纳滤浓水一级预热器（2）；二效蒸发器（6）通过硝出料泵（14）连接硝旋流器（8）；硝离心母液缓冲罐（10）通过硝离心母液出料泵（17）连接老化母液处理单元（25）；压滤机母液缓冲罐（21）通过盐母液泵（19）连接老化母液处理单元（25）；五效蒸发器（18）通过盐出料泵（35）连接盐旋流器（20）；

所述的硝离心机（9）一端还连接销产品包装机（36）；板框压滤机（24）另一端连接盐产品包装机（37）。

2.根据权利要求1所述的一种应用于煤化工高盐废水资源化装置，其特征在于，所述的一效蒸发器（4）、二效蒸发器（6）、三效蒸发器（15）、四效蒸发器（16）、五效蒸发器（18）分别设有一效强制循环泵、二效强制循环泵、三效强制循环泵、四效强制循环泵、五效强制循环泵。

3.根据权利要求1所述的一种应用于煤化工高盐废水资源化装置，其特征在于，所述的一效蒸发器（4）、二效蒸发器（6）、三效蒸发器（15）、四效蒸发器（16）、五效蒸发器（18）的使用，其效数根据纳滤产水和纳滤浓水水量的大小及比例，通常设置为四效或五效；末效二次蒸汽通过冷凝器冷却并保证真空度，末端真空度通常保持在-0.85～-0.90KPaG。

4.根据权利要求1所述的一种应用于煤化工高盐废水资源化装置，其特征在于，所述的纳滤分盐单元（1）采用纳滤膜，纳滤膜孔径为1～2nm。

5.根据权利要求1所述的一种应用于煤化工高盐废水资源化装置，其特征在于，所述的一效闪蒸罐（27）可由Oslo结晶器、DTB结晶器、DP结晶器中的一种代替。

6.根据权利要求1所述的一种应用于煤化工高盐废水资源化装置，其特征在于，所述的老化母液处理单元（25）采用一个膜式真空干燥设备，热源为0.5～1.0MPaG的低压蒸汽，母液的换热在真空的环境下进行，真空度通常保证在-70～-80KPaG。