CN114026046A - 通过具有数个清洁颗粒的污垢的蒸发及防止的废水处理 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于包括数个无机及有机材料的一混合物的一废水流的所述蒸发的工艺，所述工艺包括使一废水流与数个清洁颗粒一起通过一强制循环蒸发器的一壳管式热交换器，以减轻所述废水流流过的所述热交换器的所述内表面上的污垢。在另一方面，本发明涉及一种强制循环蒸发器，所述强制循环蒸发器包括适用于实施如前述权利要求中任一项所述的方法的一流化床热交换器，所述蒸发器是位于一化学工艺设备之后，优选在一染料制造设备之后，所述化学工艺设备产生包括数个无机及有机材料的一混合物的一废水的。

Description

通过具有数个清洁颗粒的污垢的蒸发及防止的废水处理

技术领域

本发明属于工艺废水处理领域。特别地，本发明涉及用于一废水流的所述蒸发的一种工艺及一种设备，所述蒸发包括数个无机及有机材料的一混合物，例如源自一染料生产工艺的废水。

背景技术

在各种化学生产工艺中，获得了一废水流。所述废水流包括数个有机及无机材料的一混合物。所述流可源自例如萃取及洗涤或添加酸性或碱性溶液以中及一反应混合物的上游工艺，或源自涉及例如有机金属化合物的数个反应混合物。此外，可以将各种废水流结合起来进行组合进一步处理，例如通过蒸发水及最终沉积干物质来进行浓缩，例如。在一后处理步骤之后。

为了处理数个含水废水流，数个强制循环蒸发器(forced circulationevaporators)被广泛使用，特别是当已知所述液体会污染所述传热表面时。强制循环蒸发包括使用一或多个热交换器及一或多个闪蒸分离单元与水循环结合使用，以便通过在所述热交换器之后的闪蒸(flashing)来去除蒸汽，以避免在所述热交换器管子中沸腾，因为这会导致增强的污垢。此数个热交换器通常是壳管式的(of the shell and tube type)，且此数个热交换器包括被一束管子所横穿的一壳体，所述壳体通常设有一入口及一出口，以便在所述数个管子的所述壳体侧来冷凝水蒸气，并且所述数个管子配置成使数个再循环工艺液体从中通过，从而通过所述数个管子的所述内表面来接收冷凝热。

在图1中，绘示出涉及一多效蒸发的一典型的废弃物处理方案。在一预处理设备(pre-treatment plant)中的所述废水的一预处理之后，所述水流在所述多效蒸发器设备中被浓缩，从而使所述废水流最终可以如一喷雾干燥设备般在一后处理步骤中干燥。

一般的数个蒸发器以及应用一壳管式热交换器(shell and tube heatexchanger)的所述数个强制循环蒸发器的一个缺点在于所述废水流流过的所述热交换器的所述内表面上的所述污垢。污垢通常由沉积物引起，例如所述废水流中的数个成分的沉淀或结晶。当形成一污垢层时，它会负面地影响到所述数个强制循环蒸发器的所述运行效率。例如，用于处理来自数个染料生产工艺的一废水流的一多效强制循环蒸发器(multi-effect forced circulation evaporator，MEE)设备通常运行12天至15天的一期间，并随后需要关闭5天至7天来清洁(通常通过高压水射流清洁)。在大多数情况下，清洁非常困难，以至于仍然保留了一些层。清洗后的所述设备在第0天只能以80％的所述产能运行，且在下一次清洗之前所述产能下降到50％。数个公司应用了各种解决方案，例如添加数个化学品以减少结晶、化学清洗、高压水射流清洗及设备冗余来处理所述污垢。然而，这些解决方案会导致设备停机以及资本支出及运营支出方面的额外成本。

在处理包括数个无机及有机材料的一混合物的数个废水流的数个蒸发器中，数个强制循环蒸发器中的污垢特别成问题，因为这些流形成众所周知的坚硬及强粘性污垢层。在这些情况下，所述污垢层通常不溶于水，甚至不溶于一10重量份％的盐酸溶液。据信，所述污垢层的硬度及附着性至少部分是由所述层的所述化学组成所造成的，且特别是由所述有机材料的存在及其性质所造成的。数个有机材料(且特别是那些源自数个染料生产工艺的那些有机材料)可以为数个热反应性化合物，所述数个热反应性化合物加热后它们的数个特性会发生改变，这可能会导致更强的附着性及更高的硬度。尽管长期以来一直需要一种解决方案，特别是在所述领域中，但尚未提供足以解决污垢问题的令人满意的方法。

发明内容

数个本发明人惊奇地发现，通过使所述废水流与数个清洁颗粒一起通过所述热交换器，可以减轻在所述废水流流过的所述热交换器的所述内表面上的所述数个无机及有机材料的污垢沉积。有利地，本发明提供了一自清洁原理，从而无需关闭所述工艺来进行一单独的清洁。

因此，本发明涉及一种用于一废水流的所述蒸发的工艺，所述废水流包括数个无机及有机材料的一混合物，所述工艺包括使一废水流与数个清洁颗粒一起通过一强制循环蒸发器的一壳管式热交换器(shell and tube heat exchanger)，以减轻所述废水流流过的所述热交换器的所述内表面上的污垢沉积。

先前已在使用来自数个石油及天然气提取工艺的海水及盐水的一冷凝器上使用数个清洁颗粒减轻污垢，在那里观察到数个无机材料如碳酸钙的污垢(参见例如Vallespin等人，热交换器污垢及清洁(Heat Exchanger Fouling and Cleaning)，2017年，第293至298页，其全文并入本文，以及US8075740)。然而，相较于数个无机及有机材料混合物的所述数个污垢层，已知这些污垢层的硬度及粘性更低，因此，即使在形成一厚度为3mm以上的一层的情况下，数个清洁颗粒的所述温及刮擦效应(mild scraping effect)足以从所述数个表面中清除所述数个污垢层。

然而，数个本发明人惊奇地发现，如果在一早期阶段(即在一厚污垢层有机会形成之前)进行所述污垢沉积的所述刮除，可以特别有效地减轻根据本发明的所述废水的所述处理中的污垢沉积。因此，出乎意料的是，即使在所述数个颗粒对所述硬的及粘性污垢沉积物的所述温及刮擦作用(mild scraping effect)不足以去除它的情况下，所述污垢仍然可以通过预先或早期清洁(preemptive or early cleaning)来减轻。因此，在本发明的一优选实施例中，在具有已经发展到厚度超过3mm(优选大于1mm，更优选大于0.5mm)的一层的一污垢沉积之前，所述废水流与所述数个颗粒一起通过所述热交换器。特别地，所述废水流从所述工艺开始就与所述数个颗粒一起通过所述热交换器以从头去除所述数个管子的所述表面上的所述污垢，即在污垢开始积聚时去除污垢。

不希望受理论束缚，数个本发明人相信源自包括数个无机及有机材料的所述废水流的污垢的所述特定硬度及粘附性至少部分是由所述热交换器的所述表面处的所述数个有机材料在所述高温下的进一步反应所引起的。所述热交换器在所述壳体侧(即所述蒸汽在所述热交换器的所述数个管子外侧冷凝的所述侧)运行的数个典型温度是在110℃至130℃的范围内。通过在这些温度下形成所述污垢层，所述数个有机材料可能发生反应，例如聚合，从而形成一坚硬的粘性材料。包括或结合数个无机材料被认为甚至进一步硬化污垢。基于本发明，所述数个发明人相信通过在一早期使用所述数个清洁颗粒来清洁所述表面，可以限制甚至避免所述数个有机材料的反应。

已发现，本发明特别适用于处理源自染料制造工艺的数个废水流。染料如活性染料、分散染料、酸性染料、还原染料、碱性染料、硫化染料及直接染料，通常含有数个热反应性有机化合物，特别是芳香族化合物及/或具有反应性基团的化合物。这些染料或其数个分子部分可能存在于所述废水流中并导致所述污垢。所述数个无机材料通常包括一或多种盐类，所述一或多种盐类选自由铵盐、钾盐、钠盐、镁盐及钙盐所组成的群组，优选地选自由碳酸钙、硫酸钙、氯化钠、磺酸钠、磺酸镁及碳酸镁所组成的群组。数个热反应性有机材料及所述数个无机材料的所述组合因此被认为导致一特别坚硬及粘性的污垢，这是由于在升高的温度下的所述污垢中形成的所述数个有机反应产物中包括了数个无机材料。将在根据本发明的所述数个操作条件下(因此例如在加热所述废水流的所述蒸汽温度下)，评估数个化合物的所述热反应性。

本发明且特别是通过一早期清洁来减轻污垢的所述优点是所述数个工艺适用于各种废水流组合物。在典型的数个化学生产设施中，由于在所述设备中进行的所述数个化学工艺的所述改变以及废水流的所述数个中间处理步骤的所述改变，所述废水的所述成分可能会改变很大。本发明是一种稳健且可靠的方法，因为不使用仅特定针对某些类型的污垢的数个化学品。此外，甚至可以减轻非常坚硬及粘性的污垢。本发明特别适用于减轻不溶于10重量％盐酸的污垢。

此外，本发明适用于具有一高化学及/或生物需氧量(COD/BOD)的废水的蒸发。因此，在本发明的数个具体实施例中，所述废水流具有高达1000mg/L的一COD，但所述工艺还可以允许更高的数个COD值，例如高达10000mg/L，或甚至高达100.000mg/L或甚至更高。不需要所述COD值的一下限，但由于所述废水流含有有机物质，因此所述COD始终高于0mg/L。源自一化设备(例如一染料设备)的废水进料可能具有介于25,000mg/L及30,000mg/L之间的一COD。所述废水流具有在约5,000mg/L至约100,000mg/L的一范围内的一典型COD。据信，所述COD水平越高，所述污垢层可能随着时间变得越硬及越粘，特别是在所述数个有机材料包括数个热反应性有机材料的情况下。

所述数个清洁颗粒可以从数个颗粒的一流化床送入所述数个管子中，例如保持在所述热交换器的所述底部的一入口处的一流化床。所述流化床可以保持在准静止状态，使得数个清洁颗粒离开所述床与所述废水流一起流过所述数个管子，并且随后被送回所述床。例如通过使用连接到所述热交换器的所述顶部的一出口的一重力分离器来从所述废水流中分离出所述清洁颗粒，并利用重力通过一降液管将它们送回所述底部处的所述入口，所述数个颗粒可以从所述废水流中分离地再循环。不含所述数个颗粒的废水流随后可以通过一闪蒸容器，并且所述废水流的所述液体部分可以被送回所述热交换器。

适用于本发明的数个清洁颗粒具有一典型尺寸，所述典型尺寸在1mm至5mm的所述范围内，优选在2mm至4mm的所述范围内，例如对于陶瓷大约3mm及对于不锈钢大约2mm。所述数个颗粒可以基于各种材料，例如金属及陶瓷。数个陶瓷清洁颗粒对于成本效益是优选的。然而，在对各种颗粒材料进行广泛评估之后，数个本发明人惊奇地发现，如果所述数个清洁颗粒包括数个不锈钢颗粒(即基于、包括或基本上为由不锈钢制成的数个颗粒)，可以获得特别好的结果，尤其是在所述数个颗粒的低侵蚀方面。数个不锈钢颗粒在经济上通常不如数个陶瓷颗粒具有吸引力，但是为了根据本发明来减轻所述硬的及粘性污垢，已发现所述数个不锈钢颗粒对侵蚀的更好抵抗导致了对于所述数个不锈钢颗粒的一总体偏好。

基于包括所述数个清洁颗粒的所述废水流的所述总体积，所述数个清洁颗粒通常以2体积％至10体积％存在于通过所述热交换器的所述流中。在本领域中，所述废水流过的所述热交换器的所述管子的每个体积流体的所述体积分数通常称为所述废水流的孔隙率(porosity)。所述体积的其余部分被所述数个颗粒占据。因此，本发明的所述废水流通常具有一孔隙率，所述孔隙率在90％至98％的所述范围内，优选在92％至96％的所述范围内，例如约94％。已发现，这种孔隙率在所述整个系统的有效污垢缓解及压降之间取得了一良好的平衡。

被发现是有效污垢降缓与防止或限制所述设备腐蚀之间的一平衡的另一工艺参数是通过所述热交换器的所述废水流的所述流速。已发现不需要非常高的流速，但是低流速在减轻污垢方面通常不太有效。因此，约0.5m/s至约0.7m/s的流速是优选的。

通过所述数个管子的所述废水流中的所述数个清洁颗粒通过施加冲刷作用来防止在所述数个管子的所述内部积聚污垢沉积物。在所述热交换器的所述第一效应的所述壳侧中使用的蒸汽通常可以具有在110℃至130℃的所述范围内的一温度。所述清洁已发现是如此有效，以致于供应到所述第一效应的所述蒸汽的所述温度可以显著地高于现有技术而不具有一污垢层的积聚，以及所述蒸汽的所述温度例如可以为130℃至160℃的所述范围内。这种更高的温度可以显著地减少所需的传热面积，从而使所述MEE设备为更加密实的。因此，根据本发明，所述蒸汽温度可以在约110℃至约160℃的所述范围内，优选在130℃至约160℃的所述范围内。

以上述流速达到所述温度的蒸汽通常会导致在2℃至4℃的所述范围中的所述废水地一温度升高。通过这种相对低的温度升高，所述数个热交换器管子中所述废水的沸腾被抑制，例如通过与所述颗粒分离器及所述闪蒸容器的所述配置存在的所述水柱压力。所述蒸发器可以相应地导致约25重量％至40重量％的所述废水的一浓度。

本发明的另一方面涉及一种强制循环蒸发器，所述强制循环蒸发器是位于一化学工艺设备之后，所述化学工艺设备产生包括数个无机及有机材料的一混合物的一废水。其可定位成使其可直接地处理离开所述设备的此类废水及/或使其可在预处理或中间处理后处理废水。在一优选实施例中，所述强制循环蒸发器是位于一染料制造设备之后。在一化学工艺设备(特别是一染料制造设备)之后的这种定位可以不具有一预处理，但有利地包括一预处理设备，例如一沉降及过滤装置，例如一压滤机。

具体实施方式

下文将参照数个附图更全面地描述本发明，其中示出了本发明的数个实施例。在所述数个附图中，为了清楚起见，可能夸大了数个系统、数个组件、数个层及数个区域的所述数个绝对及相对尺寸。可以参照本发明的可能理想化的数个实施例及数个中间结构的示意图及/或截面图来描述数个实施例。在所述描述及数个附图中，相同的元件符号始终代表为相同的元件。相关术语及其派生词应被解释为是指当时所描述的或所讨论的附图中所示的所述取向。这些相关术语是为了便于描述，除非另有说明，否则不要求所述系统以一特定取向来构建或操作。

在图2中，示意性地绘示出根据本发明的一强制循环蒸发器的一典型设置。所述壳管式热交换器(1)配置成竖直的，特别是放置成垂直的(能够通过所述水柱压力来抑制早期水沸腾)并且包括位于所述底部的一入口隔室(11)，所述入口隔室(11)适于保持所述数个清洁颗粒的一均匀流化床，使得所述床的数个颗粒的一部分可以离开所述床并向上流过所述热交换器管子以流向所述热交换器(12)的所述顶部处的所述出口。通过所述数个管子的所述废水流中的所述数个清洁颗粒随后可以通过施加冲刷作用来防止在所述数个管子的所述内部积聚污垢沉积物。所述热交换器还包括一入口(13)以能够输入所述废水流(WW)。此外，所述热交换器包括所述水蒸气入口及出口(14、15)。在所述范例中，所述入口(14)处的所述蒸汽的所述温度可以在130℃至约160℃的所述范围内。因此所述壳管式热交换器优选包括一流化床热交换器。适用于本发明的数个流化床热交换器的数个范例描述于WO 02/25201；Vallespin等人，热交换器污垢及清洁(Heat Exchanger Fouling and Cleaning)，2017年，第293至298页；及Klaren等人，用于严重污染液体的自清洁流化床热交换器及其对工艺设计的影响(Self-Cleaning Fluidized Bed Heat Exchangers for SeverelyFouling Liquids and their Impact on Process Design)，热交换器-基本设计应用(Heat Exchangers-Basic Design Applications)，Mitrovic,J.编辑，其全部内容并入本文。

在图2中，所述出口12连接到一固液分离器(2)，例如一重力分离器(见下文)，所述固液分离器(2)配置成将所述数个清洁颗粒的至少大部分与经由所述固液分离器的一入口(21)进入的所述加热的废水(HW)中分离出。所述固液分离器的一颗粒出口(22)及一液体出口(23)分别允许一浓缩的清洁颗粒流(CP)及所述加热的废水液体(HL)离开所述固液分离器。所述浓缩的清洁颗粒流在重力及所述控制流(4')的作用下通过一降液管返回到所述隔室11，所述控制流(4')是所述主液体回路的一小部分。数个颗粒的所述再循环的流补充所述入口处的所述流化床并使其保持在一准静止状态。所述固液分离器(23)的所述液体出口通过一闪蒸容器入口(31)与一闪蒸容器(3)相连。所述闪蒸容器还包括一蒸汽出口(32)及一液体出口(33)。所述蒸汽出口32允许从所述闪蒸容器中排出排放蒸汽(DV)，以及所述液体出口33允许所述浓缩的废水流(CW)流出所述闪蒸容器并进入所述液体回路(4)，所述液体回路(4)与一废液出口(41)及一废液进口(42)连接，所述废液出口(41)及所述废液进口(42)分别允许浓缩的废水液(DL)输出及一新鲜废水(FW)进入所述强制循环蒸发器。所述液体回路(4)与一循环泵装置(5)连接，所述循环泵装置(5)配置成将所述浓缩的废水流(WW)泵送到所述热交换器的所述入口13。此外，所述颗粒出口(22)通过所述颗粒入口(16)连接到用于分配所述数个流化颗粒(11)的所述隔室，使得所述浓缩的颗粒流(CP)可以再循环到所述热交换器中。

在所述强制循环蒸发器的一典型实施例中，所述流化床热交换器连接到一固液分离器，以便从所述加热的废水中分离出所述数个清洁颗粒，以允许所述数个清洁颗粒分离地再循环于所述热交换器中。为此可以适当地采用各种固液分离器装置。例如数个筛板、数个水力旋流器及数个重力分离器是合适的。然而，数个本发明人已经发现，对于本发明而言，数个筛板通常不是优选的，因为它们会导致所述筛子被污垢堵塞的问题。这是令人惊讶的，因为以前的数个蒸发器系统(例如用于处理来自数个石油及天然气提取工艺的那些)，数个筛板已成功用于所述蒸发器系统。已发现对于本发明而言，可以特别合适地使用数个重力分离器。虽然一水力旋流器由于其较小的尺寸而通常是优选的，但是由于侵蚀的原因，它在本发明中的使用实际上不太优选。本发明的所述固液分离器通常需要从液体中分离出约20kg/s至30kg/s的固体颗粒。已发现，一重力分离器最适合此目的。

因此，在一优选实施例中，如图3所示，本发明的所述蒸发器(100)包括：

-所述流化床热交换器(1)，配置成接收一载有颗粒的废水流(LW)并将一废水流与数个清洁颗粒一起加热以形成包括所述数个清洁颗粒(HW)的一加热的废水流，

-一固液分离器(2)，配置成接收含有所述数个清洁颗粒(HW)的所述加热的废水流，并从所述加热的废水液(HL)中分离出数个浓缩的清洁颗粒流(CP)；

-一闪蒸容器(3)，配置成接收所述加热的废水液体(HL)，并将水蒸气(DV)及浓缩废水(CW)的一流排放至一液体回路(4)中；

-液体回路(4)，与一废水液体出口(41)连接，所述废水液体出口(41)配置成排放浓缩废水(CW)，并且所述液体回路(4)与一废水液入口(42)连接，所述废水液入口(42)配置成将新鲜废水(FW)引入至所述回路，以形成废水流(WW)；

-其中所述固液分离器包括一重力分离器。

在图4中，绘示出了所述加热的废水液的流量分布及速度的所述数个计算机化流体动力学(computational fluid dynamics，CFD)分析结果，所述加热的废水液在所述颗粒分离器中具有直径为3毫米并由陶瓷所制成的的数个球形清洁颗粒。从所述入口上方可以明显看出，所述数个流速低于或等于数个陶瓷清洁颗粒的所述下落速度，并且基本上可以避免任何颗粒带入所述闪蒸容器中。

为了热力学效率或良好的水蒸气经济性，所述强制再循环蒸发器中产生的所述蒸汽可以再利用。特别地，在未示出的一实施例中，所述闪蒸容器中产生的所述蒸汽可以例如在使用机械蒸汽压缩(MVC)或机械蒸汽再压缩(MVR)技术的一单效强制循环蒸发器中离开所述水蒸气出口(32)并被(重新)压缩并在所述水蒸气入口(14)处供给到所述壳的所述蒸汽侧。在所述闪蒸容器中产生的所述蒸汽也可以在一多效蒸发器(MEE)设备的一进一步阶段中再利用，所述设备包括在数个后续阶段操作的一串联的强制循环蒸发器，以更有效地利用所述产生的蒸汽。特别地，所述闪蒸容器中产生的蒸汽可以离开所述蒸汽出口(32)并且可以被供给到另一壳管式热交换器的所述壳侧的所述水蒸气入口(14)。

如上所述的所述强制循环蒸发器因此可以适当地是一MEE设备的一部分。数个本发明人惊奇地发现，当根据本发明的所述强制循环蒸发器及其工艺用于一MEE设备中时，仅在所述第一效应(即所述MEE设备中的所述第一强制循环蒸发器)中将所述废水流与数个清洁颗粒一起通过一壳管式热交换器就足够了。令人惊讶的是，主动减轻第一效应中的污垢也减轻了或强烈减少了数个后续效应的污垢，即使这些效应不包括所述流化床热交换器而是基于数个常规热交换器。因此，本发明的另一方面是一MEE设备，其中至少一效应，优选地仅为第一效应，包括本文所述的所述流化床热量，而数个后续效应可包括不具有数个清洁颗粒的数个常规热交换器。

通常，仅在需要减轻污垢的范围内，如本文所述，装备一MEE设备或进行多效蒸发工艺可能是有利的，所述多效蒸发工艺使用了数个清洁颗粒的一流化床。换句话说，如果由于不会发生污垢而不需要针对一MEE设备配备某些效应或进行具有数个清洁颗粒的所述流化床的多效蒸发工艺来减轻这些效应中的污垢，最好省略那些效应中的数个流化床的所述数个清洗颗粒。这降低了投资成本。事实上，上述令人惊讶的发现，即主动减轻第一效应中的污垢也减轻了所述MEE设备的所述数个后续效应中的污垢，并不一定仅限于所述第一效应及所述数个后续效应。针对于此的一个原因是，所述第一效应不一定是最容易发生污垢的。例如，在应用正向进料的一MEE工艺中，这可能是最后一个效应，所述最后一个效应中包括数个有机及无机材料的所述混合物的所述浓度为最高(但所述温度为最低)时，数个情况可能是所述污垢有机会占主导地位。因此，一般而言，可以看出，应用根据本发明的数个清洁颗粒的所述流化床对于配备成具有所述数个清洁颗粒的一效应但并非所有效应可以是有利的。

因此，本发明的一方面涉及一种多效蒸发工艺，用于一废水流的所述蒸发，所述废水流包括数个无机及有机材料的一混合物，所述工艺包括超过一个串联的强制循环蒸发器效应，其中超过一个且少于所有效应包括随后使一废水流与数个清洁颗粒一起通过一强制循环蒸发器的一壳管式热交换器，以减轻所述废水流流经的所述热交换器的所述内表面上的污垢。

根据上述MEE工艺，本发明的另一方面是一种多效蒸发器(MEE)设备，所述设备包括超过一个串联的强制循环蒸发器效应，其中一或多个且少于所有效应包括一壳管式热交换器，所述壳管式热交换器具有数个清洁颗粒的一流化床，所述数个颗粒配置成与一废水流一起通过所述数个管子。

通常，如果数个清洁颗粒用于一个效应中，它们会被再循环，同时所述浓缩的废水流继续到所述下一个效应。所述数个清洁颗粒及所述加热的废水流或所述浓缩的废水流的分离可以例如使用如本文所述的所述固液分离器来进行。

在某些MEE工艺中，如果不进行处理，污垢可能主要发生在具有最极端工作温度的那些效应中。在一具体实施例中，优选地，相对于多效蒸发工艺的所有效应，具有最极端工作温度的那些效应(例如，一个、两个、三个或更多个效应)包括所述使所述废水流与所述数个清洁颗粒一起通过所述强制循环蒸发器的所述壳管式热交换器。最极端的工作温度在本文中是指所述最高或最低温度，通过所述热交换器时所述各自的废水流以所述最高或最低温度而被加热。

类似地，在某些MEE工艺中，如果不进行处理，污垢可能主要发生在具有数个无机及有机材料的所述混合物的所述较高浓度的那些效应中。因此，也可以优选地考虑所述参数来决定装备哪些效应。替代地或附加地，考虑根据所述前一段的所述工作温度。因此，在一实施例中，可以优选的是，相对于多效蒸发工艺的所有效应，具有所述废水流中的所述混合物的所述较高浓度的那些效应(例如一个、两个、三个或更多个效应)包括所述使所述废水流与所述数个清洁颗粒一起通过所述强制循环蒸发器的所述壳管式热交换器。

在图5中，示意性地绘示出根据本发明的一MEE。在所述图式中，已经包括了四个效应(100、200、300、400)，但是本发明不一定限于此效应数量。所述第一效应(100)包括所述强制循环蒸发器，所述强制循环蒸发器包括如图3所示的所述数个流化清洁颗粒。为了清楚起见，省略了所述数个元件符号及数个流标示。图5中的所述数个其他效应，即效应编号2(200)、3(300)及4(400)是数个传统的强制循环蒸发器。如图5所示，每个热交换器都会产生一冷凝水流。所述冷凝水流可以选择性地用于预热所述进入的废水进料，或者可以进料至所述下一效应的所述热交换器的所述壳中，在所述下一效应中所述冷凝水流会闪蒸并提供一额外的热量输入。冷凝闪蒸如其所称的可用于提高所述能源效率。在所述最后一效应(即效应4(400))中产生的所述蒸汽在一冷凝器中冷凝。也可以在一冷凝器中使用所述蒸汽的部分来作为一额外的预热器。

在图5中，还包括一可选的热压缩机(TVR)，所述可选的热压缩机(TVR)具有用于进一步提高所述效率的一主要目的。所述TVR是一热压缩机，所述热压缩机可以使用一相对较高压力的新鲜水蒸气来吸入具有一较低压力的蒸汽，产生具有高于来自所述第一效应的蒸汽的一压力及温度的一蒸汽混合物，这使得可以用作在所述热交换器的所述壳中的热量源。一TVR的所述用途具有对于所述水蒸气经济的(大约)相同效应，所述相同效应相同于对于一MEE的附加一效应。

根据本发明的所述MEE可以在具有及不具有一TVR的情况下使用。同样在根据本发明的一单效蒸发器的情况下，可以使用或不使用所述TVR。如果不使用TVR，则将新鲜水蒸气直接送入所述第一效应的所述热交换器。当不使用TVR时，大部分地所述水蒸气在压力及温度方面为降低的，以限制所述热交换器中的数个壁温，从而降低所述污垢趋势。有利地，利用根据本发明的所述技术，可以应用数个更高的水蒸气温度，因为所述数个清洁颗粒减轻了所述更高的污垢趋势。数个更高的水蒸气温度允许了所述建造得更密实的。

根据本发明，一强制循环蒸发器中的一传统热交换器可以改装成具有一流化床热交换器。这允许了轻松适应现有系统，而无需大量成本。

如本文所用，单数形式“一”(a；an)及“所述”(the)也旨在包括复数形式，除非上下文另有明确指示。术语“及/或”包括一或多个相关所列项目的任何及所有组合。应当理解，术语“包括”(comprises)及/或“包括”(comprising)定义了所述特征的存在但不排除一或多个其他特征的存在或添加。

为了清楚及简明描述的目的，这里将数个特征描述为所述数个相同或单独实施例的一部分，然而，应当理解，本发明的所述范围可以包括具有所述的所有或一些特征的组合的实施例。

本发明可用所述数个下述范例来说明。

范例1

根据本发明，用于处理来自一染料生产公司的废水的一现有、常规全尺寸蒸发器改装成具有一流化床配置。所述改装包括添加用于一流化床操作的一些特定组件，例如用于颗粒分布的一入口通道及用于从所述循环流体中分离出数个颗粒的一重力分离器。如图2所绘示的一设置是作为一多效蒸发器(MEE)设备的一第一效应所获得的。进入所述第一效应的所述水蒸气温度平均为115℃。所述设备达到的所述最大蒸发能力约为4.8立方米/小时。

所述废水可能在所述进料处，例如具有以下组成；

COD水平至少为20,000mg/L；

BOD水平至少为9,000mg/L；

TDS水平至少为40,000mg/L；

及数个元素或K、Na、CaCO3(硬度)、Cl、SO4均在1000mg/L以上。

已发现典型的废水具有以下成分：

NH<sub>4</sub>+NH<sub>3</sub>	350mg/L
		K	1400ppm
Na	9600ppm
		Mg	170ppm
Ca	300ppm
		CaCO<sub>3</sub>(硬度)	4300ml/L
Cl	13700mg/L
		SO<sub>4</sub>	7700mg/L
CO<sub>2</sub>	70mg/L
		化学需氧量(COD)	18500mg/L
生物需氧量(BOD)	9000mg/L
		总溶解固体(TDS)	43000mg/L
总悬浮固体(TSS)	180mg/L
		pH	6.4

通过输入的所述进料、收集的所述冷凝物及从MEE取出的所述产品的一每日平衡来监控所述设备性能。从所述平衡中计算出以m3/h为单位的所述每日平均蒸发率。图6显示了所述蒸发能力作为具有所述原始配置以及所述第一效应改装成所述自清洁流化床热交换器之后的所述设备的操作的所述小时数的函数。下面显示的数据是从所述设备的所述操作团队所收到的。

在所述流化床的操作的所述第一400小时期间，与使用所述传统热交换器的所述操作相比，所述蒸发能力具有一增加的斜率。尽管在所述改装前使用高压水射流清洁来清洁所述数个热交换器管子，但并非所有管子都100％清洁。因此，在400小时的持续时间内，由于流化床的所述冲刷作用，可能会去除部分现有污垢层。这个假设(即管子不是100％干净的)后来在检查中得到证实，发现数个管子有一些污垢层。这种现有的污垢层也有负面影响，因为松散的污垢层部分导致一些管子堵塞，随后填充了数个颗粒。

在所述检查工艺中还检查了所述数个其他效应。发现效应2、3及4的所述数个管子比所述第一效应的所述改装之前是更为清洁的。对于未改装的其他效应中的所述污垢也减少的所述观察结果的一种可能解释可能是流化床的所述应用由于所述颗粒移动的所述研磨效应而减小了所述系统中数个固体的所述尺寸。所述固体尺寸的所述减小有助于减少所述MEE设备中的所述数个其他效应中的所述颗粒污垢。

考虑到检查期间的所述数个观察结果，再次清洁所述数个热交换器管子以去除数个旧层，并清除被数个颗粒堵塞的所述数个管子。在检查及清洁所述数个管子之后，重新启动所述热交换器。图5显示了蒸发能力随所述设备进一步操作的所述变化。

图7证实了，随着长期操作，所述设备的所述蒸发能力保持稳定。所示的曲线拟合仅适用于清洗所述数个管子400小时后的操作情况，以及所述曲线证明了蒸发量恒定。

Claims (25)

1.一种多效蒸发工艺，用于一废水流的所述蒸发，其特征在于，所述废水流包括数个无机及有机材料的一混合物，所述工艺包括超过一个串联的强制循环蒸发器效应，其中一或多个且少于所有效应包括使一废水流与数个清洁颗粒一起通过一强制循环蒸发器的一壳管式热交换器，以减轻所述废水流流经的所述热交换器的所述内表面上的污垢。

2.如前述权利要求所述的工艺，其特征在于，相对于所述多效蒸发工艺的所有效应，所述一或多个且少于所有效应具有最极端工作温度，所述一或多个且少于所有效应包括所述使所述废水流与所述数个清洁颗粒一起通过所述强制循环蒸发器的所述壳管式热交换器。

3.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其特征在于，相对于所述多效蒸发工艺的所有效应，所述一或多个且少于所有效应具有所述废水流中的所述混合物的最高浓度，所述一或多个且少于所有效应包括所述使所述废水流与所述数个清洁颗粒一起通过所述强制循环蒸发器的所述壳管式热交换器。

4.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，仅有一效应，优选地为所述多效蒸发工艺的所述第一效应，包括所述使所述废水流与所述数个清洁颗粒一起通过所述强制循环蒸发器的所述壳管式热交换器。

5.一种用于一废水流的所述蒸发的工艺，其特征在于，所述废水流包括数个无机及有机材料的一混合物所述工艺包括使包括数个无机及有机材料的所述混合物的所述废水流与数个清洁颗粒一起通过一强制循环蒸发器的一壳管式热交换器，以减轻所述废水流流过的所述热交换器的所述内表面上的污垢。

6.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其特征在于，所述废水流从所述工艺开始就与所述数个颗粒一起通过所述热交换器，以在所述数个颗粒开始积聚时去除在所述数个管子的所述表面上的所述污垢。

7.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其特征在于，所述数个有机材料包括数个热反应性有机化合物，特别是数个芳族化合物。

8.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其特征在于，在所述工艺开始时所述废水流具有5,000mg/L至100,000mg/L的所述范围内的一化学需氧量COD。

9.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其特征在于，所述数个无机材料包括一或多种盐类，所述一或多种盐类选自由铵盐、钾盐、钠盐、镁盐及钙盐所组成的群组，优选地选自由碳酸钙、硫酸钙、氯化钠、磺酸钠、磺酸镁及碳酸镁所组成的群组。

10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述废水包括来自一染料生产工艺的废水，特别是来自制备活性染料、分散染料、酸性染料、还原染料、碱性染料、硫化染料及/或直接染料的一染料生产工艺的废水。

11.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其特征在于，所述数个清洁颗粒包括数个不锈钢颗粒，所述数个不锈钢颗粒优选具有在1mm至5mm的所述范围内、优选在1.5mm至2.5mm的所述范围内的一尺寸，例如约2mm。

12.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其特征在于，离开所述热交换器的所述废水被引入至一固液分离器，优选为一重力分离器，以产生一加热的废水液体及一浓缩的清洁颗粒流。

13.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其特征在于，离开所述热交换器的一加热的废水流被引入至一固液分离器，以产生一加热的液体流及一浓缩的颗粒流，所述加热的液体流被引入至一闪蒸容器，以产生一蒸汽排放流及一液体排放流，以及其中所述蒸汽排放流及/或液体排放流的至少一部分被引入一进一步强制循环蒸发器步骤，作为一多效蒸发工艺的一部分，优选其中所述多效蒸发工艺的所述数个进一步步骤在不具有数个流化床热交换器的情况下进行。

14.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述废水流以约0.5m/s至约0.7m/s的一流速流过所述热交换器。

15.如前述权利要求中任一项所述的工艺，其特征在于，具有数个颗粒的所述废水流具有一孔隙率，所述孔隙率为90％至98％的所述范围内、所述孔隙率优选为92％至96％的所述范围内，所述孔隙率例如为约94％，其中孔隙率定义为具有数个颗粒的所述废水流过的所述热交换器的所述管子的每体积流体的所述体积分数。

16.如前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过提供具有约110℃至约160℃的所述范围内、优选130℃至约160℃的所述范围内的一温度的水蒸气来加热所述热交换器。

17.适用于实施如前述权利要求中任一项所述的方法的多效蒸发器MEE设备，其特征在于，所述设备包括超过一个串联的强制循环蒸发器效应，其中一或多个且少于所有效应包括一壳管式热交换器，所述壳管式热交换器具有数个清洁颗粒的一流化床，所述数个清洁颗粒配置成与一废水流一起通过所述数个管子。

18.如前述权利要求所述的多效蒸发器MEE设备，其特征在于，相对于所述多校蒸发效应的所有设备，所述一或多个且少于所有的效设备适于所述最极端工作温度来执行所述工艺，所述一或多个且少于所有效应包括具有数个清洁颗粒的所述流化床。

19.如前述权利要求17至18中任一项所述的多效蒸发器MEE设备，其特征在于，相对于所述多校蒸发效应的所有设备，所述一或多个且少于所有效应适于接收所述废水流中的数个无机及有机材料的所述混合物的所述最高浓度，所述一或多个且少于所有效应包括具有数个清洁颗粒的所述流化床。

20.如前述权利要求17至19中任一项所述的多效蒸发器MEE设备，其特征在于，仅有一效应，优选地为所述多效蒸发设备的所述第一效应，包括具有数个清洁颗粒的所述流化床。

21.一种强制循环蒸发器，其特征在于，包括适于执行如前述权利要求中任一项所述的方法的一交换器，所述交换器特别地包括一壳管式热交换器，所述壳管式热交换器具有数个清洁颗粒的一流化床，所述数个清洁颗粒配置成与一废水流一起通过所述数个管子，所述蒸发器是位于一化学工艺设备之后，优选在一染料制造设备之后，所述化学工艺设备产生包括数个无机及有机材料的混合物的一废水。

22.如权利要求17至21中任一项所述的多效蒸发器MEE设备或强制循环蒸发器，其特征在于，所述一或多个蒸发器包括：

-所述流化床热交换器(1)，配置成将一废水流WW与数个清洁颗粒一起加热以形成包括所述数个清洁颗粒HW的一加热的废水流，

-一固液分离器(2)，配置成接收含有所述数个清洁颗粒HW的所述加热的废水流，并从所述加热的废水流中分离出数个浓缩的清洁颗粒CP的一流；

-一闪蒸容器(3)，配置成接收所述加热的废水液体HL，并将水蒸气DV及浓缩废水CW的一流排放至一液体回路(4)中；

-液体回路(4)，配置成排放浓缩废水CW，并且配置成将新鲜废水FW引入至所述回路，以形成一废水流WW；

其中所述固液分离器包括一重力分离器。

23.一种包括如权利要求21或22的强制循环蒸发器的多效蒸发器MEE设备，其特征在于，优选作为一第一效应，更优选其中数个后续效应包括不具有数个清洁颗粒的数个常规热交换器。

24.一种包括如权利要求21或22的一单一强制循环蒸发器的蒸发器设备，其特征在于，所述设备还包括在所述闪蒸容器的一蒸汽出口(32)及所述流化床热交换器1的一水蒸气入口(14)之间的一蒸汽压缩机。

25.数个颗粒于一废水流中的所述蒸发中的用途，其特征在于，包数个颗粒括数个无机及有机材料的一混合物，用以减轻、优选地预先减轻所述热交换器的所述内表面上的污垢，特别是用于源自一染料生产工艺的废水流的所述蒸发。

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