一种煤化工催化剂生产废水资源化处理系统及方法与流程

本发明涉及一种煤化工催化剂生产废水资源化处理系统及方法。

背景技术：

1、我国煤化工产业正处于从传统向现代转型的关键阶段，不仅是能源安全的“压舱石”，更在推动绿色低碳发展方面发挥重要作用。煤制油工程降低了我国对石油制备成品油的依赖，其中煤直接液化是一种将煤直接加氢转化为液体燃料的洁净煤技术。技术关键在于高效催化剂的制备和应用，它可以降低煤直接液化反应条件苛刻度，提高液化油收率，降低生产成本。但催化剂生产过程中会排放大量较难处理的高含盐废水，其溶解性固体tds含量在40000~60000mg/l，氨氮含量在10000mg/l左右，钙镁硬度（以碳酸钙计）在1500~3500mg/l，cod含量在300~600mg/l,悬浮物含量在100~200mg/l（主要为细煤粉）。若直接外排环境，危害极大。

2、催化剂生产废水属于高盐分、高氨氮废水。目前针对高氨氮废水常用的技术工艺有吹脱法、生化法和化学法。吹脱法是将废水调至碱性，然后在吹脱塔中通入空气或蒸汽，经过气液接触将废水中的游离氨吹脱出来，使氨氮从液相转移到气相。该技术工艺虽然氨氮去除率能达到90%以上，但存在碱液和回调用酸消耗量大，运行能耗高，且处理后的废水氨氮浓度仍存在超标可能。另外，吹脱装置易结垢，吹脱氨氮存在二次环境污染风险。生化法对废水氨氮处理浓度有适应性，一般适用于中低浓度即500mg/l以下，当氨氮浓度高于500mg/l时，对微生物具有抑制作用，对氨氮降解效率大幅降低。生化反应中硝化过程需要消耗大量氧气，反硝化过程需要消耗大量碳源，处理成本也较高。另外，废水高盐分也会对微生物活性有不利影响。化学法研究最多的是化学沉淀法，是向废水中投加镁源和磷酸盐，与氨氮三者反应生成mgnh4po4·6h2o（map）沉淀，沉淀物经进一步加工能成为性能优良的复合肥料。但由于沉淀剂价格高昂，不具备显著经济性。煤化工催化剂生产废水的氨氮浓度远超出常规工艺处理的范围，会造成脱氨运行费用急剧增加，且废水脱氨后剩余高盐分依旧无法直接外排环境。

3、对煤化工催化剂生产废水采用蒸发结晶零排放是一种有效可行的处理方式。它是利用溶解度原理将废水中的氨氮和硫酸根以硫酸铵固体结晶盐的形式从废水中分离出来，实现废水脱盐，蒸馏液回用，零液体外排。但在具体实施应用中其特有水质条件依旧会给蒸发结晶零排放工艺系统带来巨大挑战：1）煤化工催化剂生产废水除了含有高浓度硫酸铵无机盐离子外，还存在其他无机盐离子和有机物等杂质成分，直接蒸发结晶处理得到的是以硫酸铵为主的固体杂盐，只能暂作为危废处置，其处置费用较高，每吨处置费用在1500~2500元。若考虑增加工段去除杂质成分，必将导致工艺流程冗长，装置投资和运行成本增加。2）煤化工催化剂生产废水具有较高浓度硫酸根离子，还有一定含量钙、镁硬度离子，在废水蒸发浓缩环节，极易导致装置结垢，无法实现长周期稳定运行，装置清洗频繁。如果采用药剂法在预处理段去除钙、镁硬度，由于蒸发浓缩过程中的富集效应，钙、镁硬度残余量需要控制在极低水平，药剂投加量会大幅增加，运行成本过高。3）煤化工催化剂生产废水含有较高浓度的固体悬浮物，主要为细煤粉。它的存在会影响装置稳定运行，使蒸发结晶零排放工艺得到的副产硫酸铵盐品质降低，资源化利用受阻同时细煤粉资源也白白浪费。

4、针对以上问题和挑战，急需开发一种针对煤化工催化剂生产废水的零排放及资源化处理系统及工艺方法，实现废水零液体外排的同时，对其中所含有的煤粉、水分、盐分获得资源化循环利用，满足系统装置长周期稳定运行且运行费用较低，从而助力我国煤制油产业实现绿色高质量发展。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、本发明要解决的技术问题是如何实现对煤化工催化剂生产废水的零排放以及低成本充分资源化处理的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种煤化工催化剂生产废水资源化处理系统，其包括：

4、煤粉分离回收单元，其与催化剂生产废水进料端连接，用于煤粉资源的循环利用；

5、晶种蒸发浓缩单元，其与煤粉分离回收单元连接，用于产品水的回用；

6、晶种提纯回收单元，其与晶种蒸发浓缩单元连接，用于石膏的回收；

7、硫铵蒸发结晶单元，其与晶种提纯回收单元连接，用于硫酸铵盐的回收；

8、杂盐干化单元，其与硫铵蒸发结晶单元连接，用于排出固体杂盐。

9、作为本发明所述煤化工催化剂生产废水资源化处理系统的一种优选方案，其中：所述煤粉分离回收单元包括煤粉沉降浓缩池、煤粉板框压滤机和多介质过滤器，煤粉沉降浓缩池的进口与煤化工催化剂生产废水相连通，煤粉沉降浓缩池的出口通过管道分别与煤粉板框压滤机和多介质过滤器连接，煤粉板框压滤机通过管道与多介质过滤器连接。

10、作为本发明所述煤化工催化剂生产废水资源化处理系统的一种优选方案，其中：所述晶种蒸发浓缩单元包括蒸发进料罐、预热器、脱气塔、循环蒸发部和蒸发浓浆液泵，蒸发进料罐、预热器和脱气塔通过管道依次连接，蒸发进料罐的进口通过管道与多介质过滤器的出口连接，循环蒸发部通过管道分别与脱气塔、预热器和蒸发浓浆液泵连接。

11、作为本发明所述煤化工催化剂生产废水资源化处理系统的一种优选方案，其中：所述循环蒸发部包括蒸发器、蒸发循环泵、蒸发加热器、蒸汽压缩机和蒸发蒸馏液罐，蒸发器、蒸发循环泵和蒸发加热器通过循环管连接，脱气塔通过循环管与蒸发器连接，蒸汽压缩机通过管道分别与蒸发器和蒸发加热器连接，蒸发蒸馏液罐通过管道分别与蒸发加热器和预热器连接。

12、作为本发明所述煤化工催化剂生产废水资源化处理系统的一种优选方案，其中：所述晶种蒸发浓缩单元还包括晶种罐，晶种罐通过管道与脱气塔与蒸发器之间的循环管连接。

13、作为本发明所述煤化工催化剂生产废水资源化处理系统的一种优选方案，其中：所述晶种提纯回收单元包括通过管道依次连接的蒸发浓液罐、一级晶种板框压滤机、固体输送机、晶种洗涤罐以及二级晶种板框压滤机，蒸发浓液罐通过管道与蒸发浓浆液泵连接，晶种洗涤罐通过管道与预热器连接，二级晶种板框压滤机通过管道与催化剂生产废水进料端连接。

14、作为本发明所述煤化工催化剂生产废水资源化处理系统的一种优选方案，其中：所述硫铵蒸发结晶单元包括结晶进料罐、循环结晶部、结晶浓浆液泵、稠厚器、离心脱水机、干燥机和母液罐，结晶进料罐通过管道分别与一级晶种板框压滤机和循环结晶部连接，循环结晶部、结晶浓浆液泵、稠厚器、离心脱水机和干燥机通过管道依次连接，母液罐通过管道与离心脱水机连接。

15、作为本发明所述煤化工催化剂生产废水资源化处理系统的一种优选方案，其中：所述循环结晶部包括结晶加热器、结晶器、结晶循环泵、蒸汽冷凝液罐、冷凝器和结晶蒸馏液罐，结晶加热器、结晶器和结晶循环泵通过循环管连接，结晶进料罐通过循环管与结晶器连接，结晶加热器通过管道分别与外部蒸汽和蒸汽冷凝液罐连接，冷凝器通过管道分别与结晶器和结晶蒸馏液罐连接，结晶蒸馏液罐通过管道与预热器连接。

16、作为本发明所述煤化工催化剂生产废水资源化处理系统的一种优选方案，其中：所述杂盐干化单元包括母液泵和干化机，母液泵通过管道分别与母液罐和干化机连接。

17、一种煤化工催化剂生产废水资源化处理方法，适用所述的煤化工催化剂生产废水资源化处理系统，包括如下步骤：

18、s1：催化剂生产废水通过管道泵入到煤粉沉降浓缩池内，经煤粉板框压滤机将废水中的煤粉分离并回收利用；

19、s2：将去除煤粉固体悬浮物的废水泵入蒸发进料罐内，经预热器预热后进入到脱气塔内，去除废水中的不凝气体，再泵入到循环蒸发部内，产生二次蒸汽，重新作为预热器的加热热源，生成产品水回收利用；

20、s3：蒸发浓浆液泵将完成蒸发后的蒸发浓浆液泵入到蒸发浓液罐内，经一级晶种板框压滤机、晶种洗涤罐和二级晶种板框压滤机提纯后，产出含水率较低的晶种泥饼；

21、s4：将一级晶种板框压滤机的压滤液泵入结晶进料罐内，经循环结晶部产生二次蒸汽，作为预热器的加热热源，生成产品水回收利用，当结晶器内废水浓缩至硫酸铵过饱和结晶析出点后，经结晶浓浆液泵输送至稠厚器，进一步提高固含量，再泵入离心脱水机进行固液分离，由干燥机干燥脱水后，产出含水率较低的硫酸铵盐；

22、s5：母液罐中的离心母液经由母液泵输送至干化机，富集各类杂质的母液在干化机作用下，产生含水率较低的固体杂盐，外运处置。

23、本发明有益效果为：

24、1、通过煤粉分离回收单元、晶种蒸发浓缩单元、晶种提纯回收单元、硫铵蒸发结晶单元和杂盐干化单元之间相互配合，以实现对煤化工催化剂生产废水的零排放以及低成本充分资源化处理；

25、2、煤粉分离回收单元不仅能够将催化剂生产废水中的煤粉悬浮物进行分离回收并回输至催化剂制备单元作为生产原料，实现煤粉资源的循环利用，还提高了后端晶种提纯回收单元得到的副产石膏纯度品质以及后端硫铵蒸发结晶单元得到的副产硫酸铵纯度品质；

26、3、晶种蒸发浓缩单元中预先投加固体硫酸钙晶种颗粒，并随料液作循环流动，利用废水在蒸发浓缩过程中形成的成垢粒子优先吸附于晶种表面，从而降低其在热换器壁面附着形成结垢物质而对换热效率和装置稳定运行的影响；废水可以实现高倍率浓缩，从而减少结晶段处理负荷和装置规模，降低投资；另外，装置进水可耐受3500mg/l以下的硬度离子含量，装置可实现6个月以上连续稳定运行；

27、4、采用“洗涤+两级板框压滤”的晶种提纯回收单元，显著改善生成晶种的纯度，回收的高品质晶种泥饼可作为副产石膏，进一步可制成满足《建筑石膏》（gb/t 9776-2022）要求的石膏产品，实现资源化利用；同时也可使得结晶段进料的晶种悬浮物含量低于100mg/l，减少结晶段得到固体盐中水不溶物杂质含量；

28、5、采用硫铵蒸发结晶+杂盐干化单元，通过调控硫铵蒸发结晶单元排放母液至杂盐干化单元的废水量，将结晶器料液中富集的有机物等杂质成分以杂盐形式排出系统外，保证硫铵蒸发结晶单元产出固体硫酸铵盐的纯度较高（≥90wt%），满足《肥料级硫酸铵》（gb/t 535-2020）ⅱ型指标要求，可作为固体化学肥料实现资源化回用，还实现了系统杂盐率低于5%，所得固体杂盐含水率较低约为10%左右。