CN108314225A - 改善酸性水汽提塔底回用净化水水质的装置及净化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善酸性水汽提塔底回用净化水水质的装置及净化方法。回用净化水输入管路到预过滤器的入口，预过滤器下层出口连通一级反渗透装置入口，一级反渗透装置出口连通到二级反渗透装置入口和回用净化水输入管路，二级反渗透装置的出口连通到三级反渗透装置入口和一级反渗透装置入口，三级反渗透装置的上层出口排出三级浓缩液，三级反渗透装置的下层出口经三级净化水泵连接到二级反渗透装置入口。本发明通过分流少量回用净化水进入多级反渗透或电渗析装置改善回用净化水水质，只产生极少量的浓缩废水，大大降低其中的Cl‑和Fe2+浓度，确保回用净化水水质的稳定达标，适用于石油化工和煤化工等领域污水汽提装置的塔底回用净化水。
Description
技术领域
本发明涉及石油化工、煤化工等领域中的酸性水汽提净化水回用工艺，具体是涉及了一种改善酸性汽提塔底回用净化水水质的装置及净化方法。
背景技术
酸性水汽提装置是能源与化工工业中含硫、含氮废水的重要加工处理装置，经过处理后的酸水污染物含量达标后才可以排出。目前，我国酸性水汽提装置的工艺主要有三种，即单塔低压全吹出汽提、单塔加压侧线汽提和双塔加压汽提等。其中单塔工艺在汽提塔底部分分离获得符合排放或回用达标的净化水，双塔工艺则在氨汽提塔底部得到净化水。
近年来，随着我国高硫、高氮、高酸和含氯等低价劣质原油的加工比例逐年增加，导致石化工业酸性水排放装置中NH3、H2S和CO2等腐蚀性介质浓度上升，而且其它腐蚀性介质，例如Cl-和CN-浓度也在不断升高。酸性水在经过汽提塔汽提后，部分微量杂质，例如Cl-和Fe2+等无法全部汽提至塔顶，特别是在单塔加压侧线汽提工艺中，塔顶温度较低(40～50℃)，Cl-几乎无法汽提至塔顶，导致酸性水中的Cl-大部分存在于塔底净化水中，造成严重的腐蚀问题。
当前，随着环保政策的日益严格，对企业水资源的利用率提出了更高的要求，酸性水汽提装置塔底净化水回用已成为石化企业节能、减排、降耗的重要手段之一。因此，设计和执行合理的回用净化水工艺较为迫切。通常，使用回用净化水的设备一般是以除氧水的标准进行设计、制造和运行维护。相对于除氧水水质，塔底净化水中的杂质含量较高，净化水回用还会导致Cl-和Fe2+等杂质在净化水中的不断循环累积，使水质逐步恶化，显著加剧了石化工业中压力容器和压力管道的流动腐蚀速率，进而造成腐蚀性的泄漏、穿孔、爆管，引发非计划停工事故，经济损失惨重。因此，石化工业中迫切需要一种改善酸性水汽提塔底回用净化水水质的装置及净化方法，提高酸性水汽提装置在变工况环境下的运行适应性，保障石化设备的长周期安全稳定运行。
发明内容
本发明针对现有酸性水汽提工艺存在的回用水腐蚀性强的突出问题，提出一种改善酸性水汽提塔底回用净化水水质的装置及净化方法，在降低水资源消耗的前提下有效控制回用净化水中腐蚀性杂质的含量，减少回用净化水的流动腐蚀特性，从而提高回用净化水的利用效率，延长设备使用寿命，避免因回用水腐蚀性介质浓度高引发流动腐蚀失效问题。
本发明的目的通过以下装置和方法实现：
一、第一种改善酸性水汽提塔底回用净化水水质的装置
装置包括预过滤器、一级反渗透装置、一级净化水泵、二级反渗透装置、二级净化水泵、三级反渗透装置和三级净化水泵；回用净化水经管道连接到预过滤器的入口，预过滤器上层出口经管路排出上层悬浮液，预过滤器下层出口经管路连通到一级反渗透装置的入口，一级反渗透装置上层出口经管路连通到二级反渗透装置的入口，一级反渗透装置下层出口经一级净化水泵连接到回用净化水的输入管路，二级反渗透装置的上层出口经管路连通到三级反渗透装置的入口管道，二级反渗透装置的下层出口经二级净化水泵连接到一级反渗透装置的入口，三级反渗透装置的上层出口经管路排出三级浓缩液，三级反渗透装置的下层出口经三级净化水泵连接到二级反渗透装置的入口管道。
二、第二种改善酸性水汽提塔底回用净化水水质的装置
装置包括预过滤器、一级电渗析装置、一级净化水泵、二级电渗析装置、二级净化水泵、三级电渗析装置和三级净化水泵；回用净化水经管道连接到预过滤器的入口，预过滤器上层出口经管路排出上层悬浮液，预过滤器下层出口经管路连通到一级电渗析装置的入口，一级电渗析装置上层出口经管路连通到二级电渗析装置的入口，一级电渗析装置下层出口经一级净化水泵连接到回用净化水的输入管路，二级电渗析装置的上层出口经管路连通到三级电渗析装置的入口管道，二级电渗析装置的下层出口经二级净化水泵连接到一级电渗析装置的入口，三级电渗析装置的上层出口经管路排出三级浓缩液，三级电渗析装置的下层出口经三级净化水泵连接到二级电渗析装置的入口管道。
三、第一种改善酸性水汽提塔底回用净化水水质的进化方法(基于第一种装置)
来自酸性水汽提塔底并换热后的回用净化水分流一部分进入预过滤器除去上层悬浮物，另一部分回用净化水和一级反渗透装置输出的一级净化水混合后形成未处理回用净化水与一级净化水的混合水排出；经预过滤器处理后获得预过滤水并进入具有反渗透膜的多级分离装置：经过一级反渗透装置分离得到一级净化水和一级浓缩液，一级净化水经一级净化水泵加压后与另一部分未进入预过滤器的回用净化水混合后形成未处理回用净化水与一级净化水的混合水后排出；一级浓缩液进入二级反渗透装置，经二级反渗透装置分离得到二级净化水和二级浓缩液，二级净化水经二级净化水泵加压后回到一级反渗透装置的输入端与预过滤水混合形成预过滤水与二级净化水的混合水；二级浓缩液进入三级反渗透装置，经三级反渗透装置分离得到三级净化水和三级浓缩液，三级净化水经三级净化水泵加压后回到二级反渗透装置的输入端与一级浓缩液混合形成三级净化水与一级浓缩液混合物，三级浓缩液排出装置进行后续处理。
所述的上层悬浮物包括悬浮颗粒和油等。
四、第二种改善酸性水汽提塔底回用净化水水质的进化方法(基于第二种装置)
来自酸性水汽提塔底并换热后的回用净化水分流一部分进入预过滤器除去上层悬浮物，另一部分回用净化水和一级电渗析装置输出的一级净化水混合后形成未处理回用净化水与一级净化水的混合水；经预过滤器处理后获得预过滤水并进入具有电渗析离子交换膜的多级分离装置：经过一级电渗析装置分离得到一级净化水和一级浓缩液，一级净化水经一级净化水泵加压后和另一部分未进入预过滤器的回用净化水混合后形成未处理回用净化水与一级净化水的混合水后排出；一级浓缩液进入二级电渗析装置，经二级电渗析装置分离得到二级净化水和二级浓缩液，二级净化水经二级净化水泵加压后回到一级电渗析装置的输入端与预过滤水混合形成预过滤水与二级净化水的混合水，二级浓缩液进入三级电渗析装置，经三级电渗析装置分离得到三级净化水和三级浓缩液，三级净化水经三级净化水泵加压后回到二级电渗析装置的输入端与一级浓缩液混合形成三级净化水与一级浓缩液混合物，三级浓缩液排出装置进行后续处理。
所述的上层悬浮物包括悬浮颗粒和油等。
所述的预过滤器和各级反渗透装置的操作温度为20～80℃，反渗透装置操作压力为0.5～5MPaG，操作电压100～500V，操作电流为0.1～5A。
所述的预过滤器和各级电渗析装置的操作温度为20～80℃，电渗析装置的操作压力为0.05～0.3MPaG，操作电压100～500V，操作电流为0.1～5A。
本发明进入净化水处理装置的回用净化水流量占总回用净化水流量的1％～20％。
本发明具体实施进入净化水处理装置的回用净化水Cl-含量为0～200ppmw，Fe2+含量0～20ppmw，总非挥发性杂质含量不超过200ppmw。
本发明预过滤装置可根据实际情况选取活性炭、微滤膜或超滤膜等过滤装置。
本发明的有益效果是：
本发明通过分流少量回用净化水进入多级反渗透或电渗析装置改善酸性水汽提塔底回用净化水水质，只产生极少量(＜0.05％wt)的浓缩废水，同时处理的回用净化水Cl-和Fe2+浓度分别降低70％和60％以上，一级回用净化水和未处理净化水混合后的回用净化水Cl-和Fe2+浓度分别降低4％和3％以上，可确保回用净化水水质的稳定达标。
本发明可适用于石油化工和煤化工等领域污水汽提装置(尤其是单塔加压侧线汽提装置)的塔底回用净化水，工艺简单实用，设备投资费用较少，装置配制灵活多变，无需改动污水汽提装置。
附图说明
图1为采用三级反渗透工艺的回用净化水水质改善工艺装置图。
图1中：1-回用净化水，2-预过滤器，3-上层悬浮物，4-预过滤水，5-预过滤水与二级净化水的混合水，6-一级反渗透装置，7-一级浓缩液，8-一级净化水，9-一级净化水泵，10-未处理回用净化水与一级净化水的混合水；11-三级净化水与一级浓缩液混合物，12-二级反渗透装置，13-二级浓缩液，14-二级净化水，15-二级净化水泵，16-三级反渗透装置，17-三级浓缩液，18-三级净化水，19-三级净化水泵。
图2为采用三级电渗析工艺的回用净化水水质改善工艺装置图。
图2中：20-回用净化水，21-预过滤器，22-上层悬浮物，23-预过滤水，24-预过滤水与二级净化水的混合水，25-一级电渗析装置，26-一级浓缩液，27-一级净化水，28-一级净化水泵，29-未处理回用净化水与一级净化水的混合水；30-三级净化水与一级浓缩液混合物，31-二级电渗析装置，32-二级浓缩液，33-二级净化水，34-二级净化水泵，35-三级电渗析装置，36-三级浓缩液，37-三级净化水，38-三级净化水泵。
具体实施方式
为进一步说明本发明的技术方案，以下通过具体实施例子进一步说明。
本发明实施例如下：
实施例1：本例采用三级反渗透工艺改善回用净化水水质。
如图1所示，装置包括回用净化水1、预过滤器2、一级反渗透装置6、一级净化水泵9、二级反渗透装置12、二级净化水泵15、三级反渗透装置16和三级净化水泵19；回用净化水1经管道连接到预过滤器2的入口，预过滤器2上层出口经管路排出上层悬浮液3，预过滤器2下层出口经管路连通到一级反渗透装置6的入口，一级反渗透装置6上层出口经管路连通到二级反渗透装置12的入口，一级反渗透装置6下层出口经一级净化水泵9连接到回用净化水1的输入管路，二级反渗透装置12的上层出口经管路连通到三级反渗透装置16的入口管道，二级反渗透装置12的下层出口经二级净化水泵15连接到一级反渗透装置6的入口，三级反渗透装置16的上层出口经管路排出三级浓缩液17，三级反渗透装置16的下层出口经三级净化水泵19连接到二级反渗透装置12的入口管道。
具体工艺流程见图1，来自酸性水汽提塔底并换热后的回用净化水1分流一部分进入预过滤器2除去上层悬浮液，另一部分回用净化水1和一级反渗透装置6输出的一级净化水8混合后形成未处理回用净化水与一级净化水的混合水10进入各级装置。经预过滤器2处理后的预过滤水4进入具有反渗透膜的多级分离装置：先经过一级反渗透装置6分离得到一级净化水8和一级浓缩液7，一级净化水8经一级净化水泵9加压后回到预过滤器2的输入端，并与未经处理的回用净化水1混合形成未处理回用净化水与一级净化水的混合水10，一级浓缩液7进入二级反渗透装置12分离得到二级净化水14和二级浓缩液13，二级净化水14经二级净化水泵15加压后回到一级反渗透装置6的输入端，并与预过滤水4混合形成预过滤水与二级净化水的混合水5，二级浓缩液13进入三级反渗透装置16分离得到三级净化水18和三级浓缩液17，三级净化水18经三级净化水泵19加压后回到二级反渗透装置12的输入端，并与一级浓缩液7混合形成三级净化水与一级浓缩液混合物11，三级浓缩液17出装置进行后续装置处理。
本发明进入净化水处理装置(反渗透或电渗析装置)的净化水流量占总回用净化水流量的1％～20％。进入净化水处理装置的回用净化水Cl-含量为0～200ppmw，Fe2+含量0～20ppmw，总非挥发性杂质含量不超过200ppmw。预过滤器可根据实际情况选取活性炭、微滤膜或超滤膜等过滤装置。
某企业加氢废水经单塔加压侧线汽提工艺汽提，工艺数据见表1。反渗透装置处理量为5t/h，未处理回用净化水Cl-浓度为10μg/g，Fe2+浓度为3μg/g。
表1三级反渗透工艺参数
采用该装置处理后的一级净化水流量为96t/h，Cl-浓度为2ppmw，较未处理回用净化水Cl-浓度降低80％，Fe2+浓度为1ppmw，较未处理回用净化水Fe2+浓度降低66.7％；一级净化水与未处理回用净化水混合后的流量为99.96t/h，Cl-浓度为9.6ppmw，较未处理回用净化水Cl-浓度降低4％，Fe2+浓度为2.9ppmw，较未处理回用净化水Fe2+浓度降低3.3％；三级浓缩液流量为0.04t/h，分别占反渗透装置处理净化水流量和总回用净化水流量的0.8％和0.04％，Cl-浓度为1000ppmw，Fe2+浓度为251ppmw。
由上述实验结果可见，本发明将多级反渗透工艺用于石油化工和煤化工行业的酸性水汽提后的净化水处理，降低回用净化水中非挥发性杂质(Cl-浓度，Fe2+浓度)含量60％以上，一级回用净化水和未处理净化水混合后的回用净化水Cl-和Fe2+浓度分别降低4％和3％以上，避免回用净化水中杂质的循环累积，可有效改善水质，减少注水后污水溶液对设备管道的流动腐蚀，同时只产生不超过回用水净化总流量0.05％的废水，可确保回用净化水水质的稳定达标。
实施例2：本例采用三级电渗析工艺改善回用净化水水质。
如图2所示，装置包括回用净化水20、预过滤器21、一级反渗透装置25、一级净化水泵28、二级反渗透装置31、二级净化水泵34、三级反渗透装置35和三级净化水泵38；回用净化水20输入管路到预过滤器21的入口，预过滤器21上层出口排出上层悬浮液22，预过滤器21下层出口连通到一级反渗透装置25的入口，一级反渗透装置25上层出口连通到二级反渗透装置31的入口，一级反渗透装置25下层出口经一级净化水泵28连接到回用净化水20输入管路，二级反渗透装置31的上层出口三级反渗透装置35的入口，二级反渗透装置31的下层出口经二级净化水泵34连接到一级反渗透装置25的入口，三级反渗透装置35的上层出口排出三级浓缩液36，三级反渗透装置35的下层出口经三级净化水泵38连接到二级反渗透装置31的入口。
具体工艺流程见图2，来自酸性水汽提塔底并换热后的回用净化水20分流一部分进入预过滤器21除去上层悬浮液，另一部分回用净化水20和一级反渗透装置25输出的一级净化水27混合后形成未处理回用净化水与一级净化水的混合水29进入各级装置。经预过滤器21处理后的预过滤水23进入具有电渗析离子交换膜的多级分离装置：先经过一级电渗析装置25分离得到一级净化水27和一级浓缩液26，一级净化水27经一级净化水泵28加压后回到预过滤器21的输入端，并与未经处理的回用净化水20混合形成未处理回用净化水与一级净化水的混合水29，一级浓缩液26进入二级电渗析装置31分离得到二级净化水33和二级浓缩液32，二级净化水33经二级净化水泵34加压后回到一级电渗析装置25的输入端，并与预过滤水23混合形成预过滤水与二级净化水的混合水24，二级浓缩液32进入三级电渗析装置35分离得到三级净化水37和三级浓缩液36，三级净化水37经三级净化水泵38加压后回到二级电渗析装置31的输入端，并与一级浓缩液26混合形成三级净化水与一级浓缩液混合物30，三级浓缩液36出装置进行后续装置处理。
具体工艺流程见图2。某石化企业的加氢废水经单塔加压侧线汽提工艺汽提，其工艺数据见表2。电渗析装置处理量为9.6t/h，未处理回用净化水Cl-浓度为15μg/g，Fe2+浓度为5μg/g。
表2三级电渗析工艺参数
采用该装置处理后的一级净化水流量为9.547t/h，Cl-浓度为4ppmw，较未处理回用净化水Cl-浓度降低73.3％，Fe2+浓度为2ppmw，较未处理回用净化水Fe2+浓度降低60％；一级净化水与未处理回用净化水混合后的流量为159.95t/h，Cl-浓度为14.3ppmw，较未处理回用净化水Cl-浓度降低4.7％，Fe2+浓度为4.8ppmw，较未处理回用净化水Fe2+浓度降低4％；三级浓缩液流量为0.053t/h，分别占电渗析装置处理净化水流量和总回用净化水流量的0.55％和0.033％，Cl-浓度为2000ppmw，Fe2+浓度为530ppmw。
由上述实验结果可见，本发明将多级电渗析工艺用于石油化工和煤化工行业的酸性水汽提后的净化水处理，降低回用净化水中非挥发性杂质(Cl-浓度，Fe2+浓度)含量60％以上，一级回用净化水和未处理净化水混合后的回用净化水Cl-和Fe2+浓度降低4％以上，避免回用净化水中杂质的循环累积，可有效改善水质，减少注水后污水溶液对设备管道的流动腐蚀，同时只产生不超过回用水净化总流量0.05％的废水，可确保回用净化水水质的稳定达标。
另外，本发明的反渗透或电渗析分离装置的级数包括但不限于三级，可根据实际情况选择二级、三级、四级或更多级。例如，对于二级的反渗透分离装置，是将图1中的三级反渗透装置16和三级净化水泵19不放置；对于二级的电渗析分离装置，是将图2中的三级电渗析装置35和三级净化水泵38不放置。而对于四级的反渗透分离装置或者电渗析分离装置，在三级反渗透装置或者三级电渗析装置后面再设置四级反渗透装置或者四级电渗析装置，并增设四级净化水泵连接回二级反渗透装置或者二级电渗析装置。依次类推，当设置n级(n＞3)以上的反渗透装置或电渗析装置时，即在n-1级反渗透装置或者n-1级电渗析装置后面再增设第n级反渗透装置或第n级电渗析装置，并增设第n级净化水泵连接回n级反渗透装置或者n级电渗析装置。
Claims (7)
1.一种改善酸性水汽提塔底回用净化水水质的装置，其特征在于：包括预过滤器(2)、一级反渗透装置(6)、一级净化水泵(9)、二级反渗透装置(12)、二级净化水泵(15)、三级反渗透装置(16)和三级净化水泵(19)；回用净化水(1)经管道连接到预过滤器(2)的入口，预过滤器(2)上层出口经管路排出上层悬浮液(3)，预过滤器(2)下层出口经管路连通到一级反渗透装置(6)的入口，一级反渗透装置(6)上层出口经管路连通到二级反渗透装置(12)的入口，一级反渗透装置(6)下层出口经一级净化水泵(9)连接到回用净化水(1)的输入管路，二级反渗透装置(12)的上层出口经管路连通到三级反渗透装置(16)的入口管道，二级反渗透装置(12)的下层出口经二级净化水泵(15)连接到一级反渗透装置(6)的入口，三级反渗透装置(16)的上层出口经管路排出三级浓缩液(17)，三级反渗透装置(16)的下层出口经三级净化水泵(19)连接到二级反渗透装置(12)的入口管道。
2.一种改善酸性水汽提塔底回用净化水水质的装置，其特征在于：权利要求1所述装置中的一级反渗透装置(6)、二级反渗透装置(12)和三级反渗透装置(16)分别替换为一级电渗析装置(25)、二级电渗析装置(31)和三级电渗析装置(35)。
3.根据权利要求1所述装置的一种改善酸性水汽提塔底回用净化水水质的净化方法，其特征在于：来自酸性水汽提塔底并换热后的回用净化水(1)分流一部分进入预过滤器(2)除去上层悬浮物(3)，另一部分回用净化水(1)和一级反渗透装置(6)输出的一级净化水(8)混合后形成未处理回用净化水与一级净化水的混合水(10)排出；经预过滤器(2)处理后获得预过滤水(4)并进入具有反渗透膜的多级分离装置：经过一级反渗透装置(6)分离得到一级净化水(8)和一级浓缩液(7)，一级净化水(8)经一级净化水泵(9)加压后与另一部分未进入预过滤器(2)的回用净化水(1)混合后形成未处理回用净化水与一级净化水的混合水(10)后排出；一级浓缩液(7)进入二级反渗透装置(12)，经二级反渗透装置(12)分离得到二级净化水(14)和二级浓缩液(13)，二级净化水(14)经二级净化水泵(15)加压后回到一级反渗透装置(6)的输入端与预过滤水(4)混合形成预过滤水与二级净化水的混合水(5)；二级浓缩液(13)进入三级反渗透装置(16)，经三级反渗透装置(16)分离得到三级净化水(18)和三级浓缩液(17)，三级净化水(18)经三级净化水泵(19)加压后回到二级反渗透装置(12)的输入端与一级浓缩液(7)混合形成三级净化水与一级浓缩液混合物(11)，三级浓缩液(17)排出装置进行后续处理。
4.根据权利要求2所述装置的一种改善酸性水汽提塔底回用净化水水质的净化方法，其特征在于：来自酸性水汽提塔底并换热后的回用净化水(20)分流一部分进入预过滤器(21)除去上层悬浮物(22)，另一部分回用净化水(20)和一级电渗析装置(25)输出的一级净化水(27)混合后形成未处理回用净化水与一级净化水的混合水(29)；经预过滤器(21)处理后获得预过滤水(23)并进入具有电渗析离子交换膜的多级分离装置：经过一级电渗析装置(25)分离得到一级净化水(27)和一级浓缩液(26)，一级净化水(27)经一级净化水泵(28)加压后和另一部分未进入预过滤器(21)的回用净化水(20)混合后形成未处理回用净化水与一级净化水的混合水(29)后排出；一级浓缩液(26)进入二级电渗析装置(31)，经二级电渗析装置(31)分离得到二级净化水(33)和二级浓缩液(33)，二级净化水(33)经二级净化水泵(34)加压后回到一级电渗析装置(25)的输入端与预过滤水(23)混合形成预过滤水与二级净化水的混合水(24)，二级浓缩液(32)进入三级电渗析装置(35)，经三级电渗析装置(35)分离得到三级净化水(37)和三级浓缩液(36)，三级净化水(37)经三级净化水泵(38)加压后回到二级电渗析装置(31)的输入端与一级浓缩液(26)混合形成三级净化水与一级浓缩液混合物(30)，三级浓缩液(36)排出装置进行后续处理。
5.根据权利要求3或4所述的一种改善酸性水汽提塔底回用净化水水质的净化方法，其特征在于：所述的上层悬浮物(3)/上层悬浮物(22)包括悬浮颗粒和油等。
6.根据权利要求3所述的一种改善酸性水汽提塔底回用净化水水质的净化方法，其特征在于：所述的预过滤器和各级反渗透装置的操作温度为20～80℃，反渗透装置操作压力为0.5～5MPaG，操作电压100～500V，操作电流为0.1～5A。
7.根据权利要求4所述的一种改善酸性水汽提塔底回用净化水水质的净化方法，其特征在于：所述的预过滤器和各级电渗析装置的操作温度为20～80℃，电渗析装置的操作压力为0.05～0.3MPaG，操作电压100～500V，操作电流为0.1～5A。
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