申请日2018.09.03
公开(公告)日2019.01.11
IPC分类号C02F9/10; C01D3/04; C01D5/00; C02F103/38; C02F101/36
摘要
一种基于余热驱动的氟化工厂污水零排放及资源回收方法，属于聚偏氟乙烯等氟化工厂生产工艺技术与污水处理技术领域。针对相关化工厂生产工艺中大量产生的三类污水，包括内含可回收物料类工艺污水、低浓度类污水、高浓度危废类污水，本发明分别采用了基于余热驱动的不同热法污水回收技术，包括降温过滤净化、余热蒸发与结晶装置，通过采用所回收的工艺余热，对污水进行加热蒸发、浓缩直至结晶，实现能源、水资源及内含物料资源的全面回收。本方法以全厂能量流、水及污水流及其在不同工艺段的形态和品位变换为中心，构建集节能与环保于一体的能源梯级综合利用系统，可用较低建设成本和大幅降低人工能耗来实现化工厂污水零排放及资源的循环利用。
权利要求书
1.一种基于余热驱动的氟化工厂污水零排放及资源回收方法，针对聚偏氟乙烯传统生产工艺中大量产生如下三类高盐污水，第一类是压滤工艺段产生的内含可回收物料类工艺污水，第二类是包括除盐水浓水、冷却塔排污水在内的低浓度类污水，第三类是混杂了包括工艺高浓排水、酸碱中和水、再生废水、污水处理过程次生高浓水在内的高浓度危废类污水，解决现有技术处理高倍浓缩后的残留污水采用的包括多效蒸发、MVR蒸发在内的常规方式投资过大、能耗过高的问题，鉴于现有聚偏氟乙烯生产工艺已利用包括回收压滤工艺污水余热在内的工艺余热实现了超低能耗工艺生成的同时、通过将降温后的压滤工艺污水送入污水处理装置实现了第一类污水资源的回收，本发明为实现包括第二类和第三类污水资源在内的全厂污水资源及其内含物资源回收，提出了基于余热驱动的氟化工厂污水零排放及资源回收方法，其特征在于，包括除盐水浓水、冷却塔排污水在内的低浓度类污水(P)经过预处理工艺段后，进入高浓度RO膜(47)并产生清水(Q)，高浓度RO膜(47)高浓度污水再进入多盐余热蒸发结晶器(48)并产生污水二次蒸汽(C2)和工业级氯化钠(K3)、工业级硫酸钠(K4)及杂盐(K5);包括工艺高浓排水、酸碱中和水、再生废水、污水处理过程次生高浓水在内的高浓度危废类污水(G)经过预处理工艺段后，进入纳滤膜分盐装置(44)，纳滤膜分盐装置(44)的一价离子污水再进入单盐余热蒸发结晶器(45)并产生污水二次蒸汽(C2)和工业级氯化钠(K3)，而纳滤膜分盐装置(44)的高价离子污水再进入净化除硬装置(46)，并与氧化钙(T1)、其它化学药剂(T2)混合后，产生硫酸钙(K6)、杂盐(K5)，残留的除硬高浓污水返回到前置氧化装置(40)并进行循环处理，单盐余热蒸发结晶器(45)和多盐余热蒸发结晶器(48)产生的污水二次蒸汽(C2)与一级余热加热器(21)的加热侧进口相连，一级余热加热器(21)、RO膜(42)和高浓度RO膜(47)的清水(Q)送往除盐水装置(32)的水源水进口并与水源补水(S)相通，除盐水装置(32)的超纯水(C)出口与一级余热加热器(21)的被加热侧进口相连，一级余热加热器(21)的被加热侧出水经二级余热加热器(22)的被加热侧后，与高温余热加热器(31)的被加热侧进口相连，高温余热加热器(31)的被加热侧出口与蒸汽加热器(3)的被加热侧进口相连，二级余热加热器(22)的加热侧进口与排水蓄水罐(10)和一级压滤机(11)的高温压滤水(J1)的出口相连，二级余热加热器(22)的加热侧出口与压滤用余热热泵(23)的蒸发器的进口相连，蒸发器的出口则与污水处理池(12)的低温压滤水(J2)的进口相连，压滤用余热热泵(23)的发生器的蒸汽进口与来自分汽缸(1)的蒸汽出口相通，发生器的蒸汽凝结水(D)出口与蒸汽凝结水集水装置(24)的蒸汽凝结水进口相通，蒸汽凝结水集水装置(24)的出口分别于单盐余热蒸发结晶器(45)和多盐余热蒸发结晶器(48)的驱动热源进口相通，单盐余热蒸发结晶器(45)和多盐余热蒸发结晶器(48)的驱动热源出口相连后，分别与低浓度排水(P)的出口管、二级空预器(27)的加热侧进口和高温余热加热器(31)的加热侧进口相连，二级空预器(27)的加热侧出口与高温余热加热器(31)的加热侧出口相连后与压滤用余热热泵(23)的冷凝器及吸收器的被加热侧进口相连，冷凝器及吸收器的被加热侧出口与蒸汽凝结水集水装置(24)的余热水进口相连，蒸汽凝结水集水装置(24)的蒸汽凝结水进口与包括余热热泵(23)的发生器的蒸汽凝结水(D)在内的所有工艺设备产生的蒸汽凝结水(D)的出口相通。
2.如权利要求1所述的基于余热驱动的氟化工厂 污水 零排放及资源回收方法，其特征在于所述的一级余热加热器(21)采用蒸汽型加热器结构，二级余热加热器(22)采用专用污水换热器结构，高温余热加热器(31)采用板换。
3.如权利要求1所述的基于余热驱动的氟化工厂污水零排放及资源回收方法，其特征在于所述的压滤用余热热泵(23)采用污水型的吸收式热泵或分体式引射式热泵结构。
4.如权利要求1所述的基于余热驱动的氟化工厂污水零排放及资源回收方法，其特征在于所述的单盐余热蒸发结晶器(45)采用负压二级蒸发换热结构。
5.如权利要求1所述的基于余热驱动的氟化工厂污水零排放及资源回收方法，其特征在于所述的多盐余热蒸发结晶器(48)采用负压一级蒸发换热结构。
6.如权利要求1所述的基于余热驱动的氟化工厂污水零排放及资源回收方法，其特征在于所述的二级空预器(27)的加热侧和高温余热加热器(31)的加热侧采用并联连接方式，而不是串联连接方式。
7.如权利要求1所述的基于余热驱动的氟化工厂污水零排放及资源回收方法，其特征在于所述的低浓度类污水(P)经过的预处理工艺段包括：初步过滤净化装置(41)、RO膜(42)、污水再净化装置(43)，或者初步过滤净化装置(41)之前增加设置一个前置氧化装置(40)，或者预处理工艺段再增加其它处理环节与装置。
8.如权利要求1所述的基于余热驱动的氟化工厂污水零排放及资源回收方法，其特征在于所述的高浓度危废类污水(G)经过的预处理工艺段包括：前置氧化装置(40)、初步过滤净化装置(41)、RO膜(42)、污水再净化装置(43)，或者取消前置氧化装置(40)，或者预处理工艺段再增加其它处理环节与装置。
说明书
一种基于余热驱动的氟化工厂污水零排放及资源回收方法
技术领域
本发明涉及一种基于余热驱动的氟化工厂污水零排放及资源回收方法，属于聚偏氟乙烯及化工生产工艺技术与污水处理技术领域。
背景技术
现有聚偏氟乙烯生产中的物质流、能量流通常包括多个流程：偏氟乙烯(VDF)塔釜裂解制备流程、聚偏氟乙烯(PVDF)塔釜聚合制备流程、洗涤压滤流程、烘干成粒及打包流程、污水处理流程等，参见图1，其中的主要物料流为：作为原材料的物料B→偏氟乙烯塔釜装置5制备出VDF半成品B1→聚偏氟乙烯塔釜装置4制备出PVDF半成品B2→一级压滤机11洗涤压滤后的PVDF一级压滤状态B3→二级压滤机8洗涤压滤后的PVDF二级压滤状态B4→烘干——成粒装置15打包后的PVDF成品B5。
工艺水及污水处理流程为：水源水(每天耗量合计约2800t/d，单产水耗折合200t/t)→超纯水制水(约1500t/d)→偏氟乙烯塔釜装置4、偏氟乙烯塔釜装置5、蒸汽加热器3，其中后者加热后送入到二级压滤机8、一级压滤机11→全部排水汇总到污水处理池12进行厂内污水处理→达标污水排向当地污水处理厂，污泥填埋或外运。
烘干工艺空气流程为：环境空气→空气蒸汽加热器14→烘干→成粒装置15→排入大气。
主要能量流为(以某工厂一条年设计产能5000t/y的生产性能耗为例说明)：作为热源的约0.8MPa的热源蒸汽A(每天蒸汽耗量合计约200t/d，单产能耗折合14.4t/t)→偏氟乙烯塔釜装置4加热物料(能耗约20t/d)、偏氟乙烯塔釜装置5加热物料(能耗约20t/d)、蒸汽加热器3加热超纯水(能耗约140t/d)、空气蒸汽加热器14加热烘干用进风(能耗约20t/d)→蒸汽凝结水排出液。作为主要工艺冷源的冷冻机(两类冷冻机，低温冷冻机出水温度-35℃， COP1.256;常温冷冻机出水温度0℃，COP3.42;系统合计运行COP约为1.5)→冷量输入到偏氟乙烯塔釜装置4、偏氟乙烯塔釜装置5冷却物料→工艺排热量及压缩机电能转化的冷凝器冷却热负荷→冷却塔→大气。
因此，上述物质流、能量流表明了现状聚偏氟乙烯生产需消耗大量高温蒸汽，但大量余热白白损失，且工艺及冷却用废水也大量排污，属于高能耗高污染高排放的落后生产工艺，在节能环保要求越来越高的今天，已与清洁生产的时代要求严重不符。
聚偏氟乙烯等氟化工厂的传统生产工艺中大量产生如下三类高盐污水，第一类是压滤工艺段产生的内含可回收物料类工艺污水，第二类是包括除盐水浓水、冷却塔排污水在内的低浓度类污水，第三类是混杂了包括工艺高浓排水、酸碱中和水、再生废水、污水处理过程次生高浓水在内的高浓度危废类污水，现状处理高倍浓缩后的残留污水多采用蒸汽蒸发、多效蒸发、MVR蒸发等实现污水零排放，但均属投资大、能耗高的技术方法。根据上述情况，由刘洪祥、许太治、张茂勇等作为发明人于2018年03月24日申请的专利“一种聚偏氟乙烯超低能耗及污水零排放清洁生产工艺方法”(申请号：2018102480463)、“一种基于超低能耗的聚偏氟乙烯制备工艺系统”(申请号：201820408016X)，设计了实现聚偏氟乙烯超低能耗及污水零排放清洁生产工艺方法，利用包括回收压滤工艺污水余热在内的工艺余热实现了超低能耗工艺生成的同时、通过将降温后的压滤工艺污水送入污水处理装置实现第一类污水资源回收，但是对于第二类、第三类污废水则并未涉及，因此还不能实现全面的污水零排放及资源回用。
发明内容
本发明的目的和任务是，针对现状聚偏氟乙烯生产中的高能耗高污染高排放问题，本方法为实现包括第二类和第三类污水资源在内全厂污水资源及其内含物资源回收，对其物质流和能量流进行全面规划和优化设计，采用了基于热法污水零排放技术的资源回收装置和系统，包括采用专用污水换热技术、专用分盐提纯技术、专用余热驱动的污水蒸发浓缩及结晶技术等技术方式，梯级回收余热资源及梯级利用能源品位，回收厂内全部工艺废水、及废水中的各种物料及盐类等资源，实现全厂污水资源、物料资源及80%以上的工艺余热资源的全面回收与循环利用。
本发明的具体描述是：一种基于余热驱动的氟化工厂污水零排放及资源回收方法，针对聚偏氟乙烯传统生产工艺中大量产生如下三类高盐污水，第一类是压滤工艺段产生的内含可回收物料类工艺污水，第二类是包括除盐水浓水、冷却塔排污水在内的低浓度类污水，第三类是混杂了包括工艺高浓排水、酸碱中和水、再生废水、污水处理过程次生高浓水在内的高浓度危废类污水，解决现有技术处理高倍浓缩后的残留污水采用的蒸汽蒸发、多效蒸发、MVR蒸发等投资过大、能耗过高的问题，鉴于现有聚偏氟乙烯生产工艺已利用包括回收压滤工艺污水余热在内的工艺余热实现了超低能耗工艺生成的同时、通过将降温后的压滤工艺污水送入污水处理装置实现了第一类污水资源的回收，本方法为实现包括第二类和第三类污水资源在内全厂污水资源及其内含物资源回收，提出了基于余热驱动的氟化工厂污水零排放及资源回收方法和系统，其特征在于，包括除盐水浓水、冷却塔排污水在内的低浓度类污水P经过预处理工艺段后，进入高浓度RO膜47并产生清水Q，高浓度RO膜47高浓度污水再进入多盐余热蒸发结晶器48并产生污水二次蒸汽C2和工业级氯化钠K3、工业级硫酸钠K4及杂盐K5;包括工艺高浓排水、酸碱中和水、再生废水、污水处理过程次生高浓水在内的高浓度危废类污水G经过预处理工艺段后，进入纳滤膜分盐装置44，纳滤膜分盐装置44的一价离子污水再进入单盐余热蒸发结晶器45并产生污水二次蒸汽C2和工业级氯化钠K3，而纳滤膜分盐装置44的高价离子污水再进入净化除硬装置46，并与氧化钙T1、其它化学药剂T2混合后，产生硫酸钙K6、杂盐K5，残留的除硬高浓污水返回到前置氧化装置40并进行循环处理，单盐余热蒸发结晶器45和多盐余热蒸发结晶器48产生的污水二次蒸汽C2与一级余热加热器21的加热侧进口相连，一级余热加热器21、RO膜42和高浓度RO膜47的清水Q送往除盐水装置32的水源水进口并与水源补水S相通，除盐水装置32的超纯水C出口与一级余热加热器21的被加热侧进口相连，一级余热加热器21的被加热侧出水经二级余热加热器22的被加热侧后，与高温余热加热器31的被加热侧进口相连，高温余热加热器31的被加热侧出口与蒸汽加热器3的被加热侧进口相连，二级余热加热器22的加热侧进口与排水蓄水罐10和一级压滤机11的高温压滤水J1的出口相连，二级余热加热器22的加热侧出口与压滤用余热热泵23的蒸发器的进口相连，蒸发器的出口则与污水处理池12的低温压滤水J2的进口相连，压滤用余热热泵23的发生器的蒸汽进口与来自分汽缸1的蒸汽出口相通，发生器的蒸汽凝结水D出口与蒸汽凝结水集水装置24的蒸汽凝结水进口相通，蒸汽凝结水集水装置24的出口分别于单盐余热蒸发结晶器45和多盐余热蒸发结晶器48的驱动热源进口相通，单盐余热蒸发结晶器45和多盐余热蒸发结晶器48的驱动热源出口相连后，分别与低浓度排水P的出口管、二级空预器27的加热侧进口和高温余热加热器31的加热侧进口相连，二级空预器27的加热侧出口与高温余热加热器31的加热侧出口相连后与压滤用余热热泵23的冷凝器及吸收器的被加热侧进口相连，冷凝器及吸收器的被加热侧出口与蒸汽凝结水集水装置24的余热水进口相连，蒸汽凝结水集水装置24的蒸汽凝结水进口与包括余热热泵23的发生器的蒸汽凝结水D在内的所有工艺设备产生的蒸汽凝结水D的出口相通。
一级余热加热器21采用蒸汽型加热器结构，二级余热加热器22采用专用污水换热器结构，高温余热加热器31采用板换。
压滤用余热热泵23采用污水型的吸收式热泵或分体式引射式热泵结构。
单盐余热蒸发结晶器45采用负压二级蒸发换热结构。
多盐余热蒸发结晶器48采用负压一级蒸发换热结构。
二级空预器27的加热侧和高温余热加热器31的加热侧采用并联连接方式，而不是串联连接方式。
低浓度类污水P经过的预处理工艺段包括：初步过滤净化装置41、RO膜42、污水再净化装置43，或者初步过滤净化装置41之前增加设置一个前置氧化装置40，或者预处理工艺段再增加其它处理环节与装置。
高浓度危废类污水G经过的预处理工艺段包括：前置氧化装置40、初步过滤净化装置41、RO膜42、污水再净化装置43，或者取消前置氧化装置40，或者预处理工艺段再增加其它处理环节与装置。
本发明解决了聚偏氟乙烯生产中的余热资源、水资源、物料资源等全面回收利用的问题，可实现余热资源回收率达80%，三类不同性质的污水采用不同的技术方式实现了全面回收和污水零排放、物料资源分离回收，并可实现全部资源化利用等，其中与常规污水零排放及危废盐提纯回收技术相比，可降低90%左右的人工能源需求，大幅降低能耗的同时可将运行费用降低一个数量级，成为大多数工业用户建得起、用得起的全面污水治理及资源化回收的全新技术方式。本发明可使聚偏氟乙烯的制备工艺实现由高能耗高污染高排放行业向工艺污水零排放、能耗及水资源消耗极低的清洁生产型绿色化工厂模式转变，兼具技术、经济价值和环保、社会效果。
同时，本发明所设计的技术方法及其装置与工程实施方案，也可进一步推广到其它行业的类似工艺处理过程中，具有更普遍的产业应用价值与社会经济效益。
