CN115180744B - 横流式纳滤微通道分离器及其应用 - Google Patents

横流式纳滤微通道分离器及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN115180744B
CN115180744B CN202210960330.XA CN202210960330A CN115180744B CN 115180744 B CN115180744 B CN 115180744B CN 202210960330 A CN202210960330 A CN 202210960330A CN 115180744 B CN115180744 B CN 115180744B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cross
johnson
outlet pipe
water
cyclone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210960330.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN115180744A (zh
Inventor
李剑平
单敏杰
赵玮
张桐
汪华林
杨云峰
赵海涛
余泽进
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
East China University of Science and Technology
Original Assignee
East China University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by East China University of Science and Technology filed Critical East China University of Science and Technology
Priority to CN202210960330.XA priority Critical patent/CN115180744B/zh
Publication of CN115180744A publication Critical patent/CN115180744A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115180744B publication Critical patent/CN115180744B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F9/00—Multistage treatment of water, waste water or sewage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D24/00—Filters comprising loose filtering material, i.e. filtering material without any binder between the individual particles or fibres thereof
    • B01D24/02—Filters comprising loose filtering material, i.e. filtering material without any binder between the individual particles or fibres thereof with the filter bed stationary during the filtration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D24/00—Filters comprising loose filtering material, i.e. filtering material without any binder between the individual particles or fibres thereof
    • B01D24/46—Regenerating the filtering material in the filter
    • B01D24/4631—Counter-current flushing, e.g. by air
    • B01D24/4636—Counter-current flushing, e.g. by air with backwash shoes; with nozzles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/001—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/20—Treatment of water, waste water, or sewage by degassing, i.e. liberation of dissolved gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/38—Treatment of water, waste water, or sewage by centrifugal separation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/40—Devices for separating or removing fatty or oily substances or similar floating material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本公开涉及横流式纳滤微通道分离器及其应用，提供了一种横流式纳滤微通道分离器，包括：筒体(1)、封头(2)、进水管(3)、出水管(4)、反洗液进水管(5)、反洗液出水管(6)、排气口(7)、挡板(8)、水帽(9)、约翰逊网(10)、底部反洗液出水管(11)和旋流器(12)。还提供了该横流式纳滤微通道分离器在酸性水净化水高压加氢回用中的应用。

Description

横流式纳滤微通道分离器及其应用
技术领域
本公开属于纳微颗粒物污水处理技术领域，涉及一种横流式纳滤微通道分离器，适用于酸性水净化水的深度脱固，回用至高压空冷器。具体地说，本公开提供了一种横流式纳滤微通道分离器及其在酸性水净化水高压加氢回用中的应用。
背景技术
石油是目前世界上使用最为广泛的一次能源，预计到2025年我国一次能源需求将达到54亿吨(t)标准煤，其中化石能源占比81.2％。然而，从原油到实际应用，需要石油精炼行业的参与。加氢裂化是我国重质油轻质化的主要过程之一。但加氢裂化装置汽提工艺中汽提塔产生的净化水几乎所有企业都选择直接进入污水处理厂，造成了极大的水资源浪费。据统计，2018年中国石化炼化企业加工每吨原油的取水量为0.47t、排污水量为0.19t，而世界领先企业加工每吨原油的取水量为0.32t、排污水量为0.07t，因此提高水资源的会用效率势在必行。
根据美国石油学会(API)制定的Design,Materials,Fabrication,Operation,andInspection Guidelines for Corrosion Control in Hydroprocessing ReactorEffluent Air Cooler(REAC)Systems(加氢反应器流出物气冷(REAC)系统中用于腐蚀控制的设计、材料、制造、操作和监测指南)标准(API932-B)，悬浮物含量低于0.2mg/L才能进入高压空冷装置回收利用。而加氢装置因其工艺的特殊性，炼油废水经汽提塔处理后仍然有硫化物及氨氮残留，并且残留浓度很低(1-5mg/L)且粒径非常小(0.1-5μm)的悬浮物，而悬浮物又是主要影响净化水作为高压空冷装置回用水的因素。一方面净化水中的硫化物会腐蚀管道，另一方面细微悬浮颗粒物会对管道产生磨损加大了管道的磨损，降低了管道的安全性。
根据某炼厂相关数据计算发现，若每台汽提塔按照100m3/h流量和8400小时(h)的工作时间来核算，每年大概有8.4×105m3的净化水需要污水处理厂进行处理。因此，回用净化水具有显著的经济效益和社会效益。
中国发明专利公开CN 113045376A、CN 107382654A、CN 107720872A都是关于沸腾床分离器在甲醇制烯烃方面对净化水、急冷水、水洗水的净化和深度处理，很好地解决了甲醇制烯烃方面废水的回收利用。但是在针对污染物浓度低、悬浮物粒径小的分离体系时，特别是0.1μm以下的悬浮物分离，效果并不理想。因此当运用到炼化企业汽提塔净化水回用时，可能造成细微悬浮物无法有效去除，并在循环水系统中累积导致悬浮物含量的急剧上升，造成高压空冷装置堵塞破裂。
中国发明专利公开CN 10750107A涉及炼油汽提净化水的深度除油净化方法，通过陶砂过滤去除粒径大于10μm的悬浮物，再通过两级纤维膜截留大于0.1μm的悬浮物，满足了高压空冷注水的回用。但是此方法的分离周期短，仅有40-52小时，需频繁的进行反冲洗，增加了工作量；另一方面，纤维管式膜的运行成本和后期护理维修成本偏高，经济性低。
中国发明专利公开CN 107321048A涉及用于提高炼厂净化水回用率的装置及该装置的使用方法，其采用两级过滤设施，一级为可切换的两个过滤器一开一备，内部为过滤网金属丝网作为滤芯，过滤精度大于25μm，二级过滤器内置骨架为304不锈钢冲孔滤网和内部过滤袋，过滤精度大于10μm。该方法及装置如果针对汽提塔净化水回用到高压空冷装置，过滤精度显然不够，可能会造成大量的悬浮物堵塞在管道内，产生安全隐患。另一方面，采用过滤孔径小的滤网，极易造成滤网的堵塞，反冲洗不彻底的问题，运行一段时间后，效率降低，需要频繁更换滤网。
中国发明专利公开CN 108314225A涉及改善酸性水汽提塔底回用净化水水质的装置及净化方法，通过设置了三级电渗析装置进行回收利用净化水，大大降低了其中的Cl-和Fe2+浓度。但是电渗析耗电较大，若按满负荷8400小时工作计算，需约8×107千焦能量，却只能处理42000吨水，相当于吨水处理能耗为1900千焦，同样横流式纳滤微通道分离器按50t/h处理量，吨水处理能耗为160千焦。另一方面过程稳定性差，容易出现恶性化同时容易产生结垢。
下表1示出了各种现有技术的分离方法
表1
因此，本领域迫切需要开发出一种能够克服上述现有技术的缺陷的，更好地去除待分离液中的细微悬浮物的新设备。
发明内容
本公开提供了一种新颖的液固分离设备，有效解决了现有分离方法处理低、分离精度低、设备运行周期短、运行费用高等问题，可以更好地去除待分离液中的细微悬浮物。
一方面，本公开提供了一种横流式纳滤微通道分离器，包括：
筒体、封头、进水管、出水管、反洗液进水管、反洗液出水管、排气口、挡板、水帽、约翰逊网、底部反洗液出水管和旋流器，其中，
所述旋流器包括：旋流器柱段、旋流器锥段、旋流器底流管、旋流器溢流管和导流片；
筒体的底部与封头的顶部相接与中心轴线重合，进水管在靠近筒体底部两侧相接，出水管的底部与封头的顶部相接与中心轴线重合，反洗液进水管顶部在封头底部中心位置相接，反洗液出水管在靠近筒体顶部四周相接与旋流器溢流管连接，排气口在筒体顶部相接，挡板在排气口内部分三层安装，水帽在封头顶部环形安装，约翰逊网底部在封头顶部中心位置外扩相接与中心轴线重合，底部反洗液出水管在筒体靠近底部相接，与进水管并列，旋流器与出水管同心相接。
在一个优选的实施方式中，出水管下部为约翰逊网，上部为实壁面结构。
在另一个优选的实施方式中，约翰逊网的孔隙为0.05-0.5mm，径向过流面积大于横流式纳滤微通道分离器轴向截面积/>式中，D10表示约翰逊网内径，h1表示约翰逊网每一小段实壁面长度，h2表示约翰逊网孔隙，H2表示约翰逊网未开孔段高度，D表示筒体内径；约翰逊网开孔段高度H1是径向填充宽度L的3-5倍，约翰逊网未开孔段H2是径向填充宽度L的1-2倍。
在另一个优选的实施方式中，所述旋流器的锥角在40-60°之间，底流管直径为柱段直径的0.2-0.5倍，溢流管为柱段直径的0.4-0.8倍，导流片的螺距为800-2000mm。
另一方面，本公开提供了上述横流式纳滤微通道分离器在酸性水净化水高压加氢回用中的应用，其中，待分离液先横向穿过约翰逊网，以拦截大颗粒物；再横向通过填充在横流式纳滤微通道分离器内部的填料，通过细微颗粒物与填料颗粒间的碰撞达到净化效果，最后清液从出水管排出。
在一个优选的实施方式中，所述横流式纳滤微通道分离器单个使用或多个串联使用。
在另一个优选的实施方式中，当所述横流式纳滤微通道分离器进口悬浮物浓度为20-100mg/L时，约翰逊网和出水管下部中间均匀分布粒径为0.5-1mm的填料，约翰逊网孔隙h2为0.5mm，出口悬浮物含量低于0.2mg/L。
在另一个优选的实施方式中，当所述横流式纳滤微通道分离器进口悬浮物浓度为5-20mg/L时，约翰逊网和出水管下部中间均匀分布粒径为0.09-0.1mm的填料，约翰逊网孔隙h2为0.08mm，出口悬浮物含量低于0.2mg/L。
在另一个优选的实施方式中，当所述横流式纳滤微通道分离器进口悬浮物浓度小于5mg/L时，约翰逊网和出水管下部中间均匀分布粒径为0.08-0.09mm的填料，约翰逊网孔隙h2为0.05mm，出口悬浮物含量低于0.2mg/L。
在另一个优选的实施方式中，所述横流式纳滤微通道分离器为间歇性操作，连续运行一定时间后或压力损失达到一定值后，通过新鲜水从横流式纳滤微通道分离器底部反洗液进水管进入使填料进行流化沸腾，再通过顶部旋流器中形成的旋流场强化微界面振荡增强填料的再生效果，以先将反洗液和填料中的细微颗粒物从顶部反洗液出水管排出，再将拦截在约翰逊网外的大颗粒物从底部反洗液出水管排出横流式纳滤微通道分离器，完成反洗操作，其中，横流式纳滤微通道分离器的压力损失为0.2-0.4MPa。
有益效果：
本公开相较于上表1中的沸腾床分离和聚结分离，不仅增加了过流面积，提高了通量，还提高了出水的指标和分离精度，将悬浮物含量降低至0.2mg/L，残余颗粒的粒径更小；相较于膜过滤提高了运行周期且降低了运行费用；相较于滤芯过滤，提高了分离精度，避免了悬浮物堵塞滤网，降低效率；相较于电渗析，分离原理的不同，降低了能耗和运行成本。具体地：
1.分离精度。根据T-E理论模型，减小填料间的孔隙度，能有效增加悬浮物和填料间发生碰撞的概率，因此将填料的尺寸缩小，导致填料间的孔隙度变小，从而进一步缩小微通道的尺寸，提高了分离精度，弥补了原有沸腾床分离器对小于0.1μm悬浮物分离精度低的问题，分离精度从0.5μm提高到0.1μm。
2.通量。采用横向过滤机制，在同等设备体积下，增加了过流面积，提高通量，弥补了原有分离器通量低的问题，同体积下处理量增加了5倍。
3.再生形式。本公开通过横流式纳滤微通道分离器顶部的旋流器中形成的旋流场强化微界面振荡离心力增强填料的再生效果，相比于原有的沸腾床分离器，再生精度更高、再生强度更大、再生效果更彻底。
附图说明
附图是用以提供对本公开的进一步理解的，它只是构成本说明书的一部分以进一步解释本公开，并不构成对本公开的限制。
图1是根据本公开的一个优选实施方式的横流式纳滤微通道分离器的整体结构示意图。
图2是根据本公开的一个优选实施方式的横流式纳滤微通道分离器结构的纵轴剖面示意图。
图3是根据本公开的一个优选实施方式的导流片的示意图。
图4是根据本公开的一个优选实施方式的横流式纳滤微通道分离器的集成化工业应用示意图。
图5示出了本申请实施例1中扫描电镜下进出口悬浮物粒径大小对比。
图6示出了本申请实施例2中扫描电镜下进出口悬浮物粒径大小对比。
图7示出了本申请实施例2中扫描电镜-能谱分析下进出口元素百分含量对比。
图8示出了本申请实施例3中电子显微镜下进出口悬浮物粒径大小对比。
图9示出了本申请实施例3中在300m3/h流量下，长周期运行进出口悬浮物含量对比。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明的申请人经过广泛而深入的研究后发现，对于流量大、悬浮物含量低、悬浮物粒径小的固液体系，最有效的方法是采用膜进行分离；但是实际运用中，膜过滤装置处理量有限，持续运行时间短，且滤膜反冲洗难度大、不方便，维护成本高；为解决上述问题，即达到较高的处理量和处理效率，采用了横流式纳滤微通道分离器，其不仅解决了原有超滤膜处理量低且运行时间短的问题，同时避免了超滤膜过滤方法反冲洗困难的缺陷；并且相比于超滤膜过滤成本更低，能耗更少，运行更可靠，更符合节能减排的宗旨。基于上述发现，本发明得以完成。
在本公开的第一方面，提供了一种横流式纳滤微通道分离器，包括：
筒体、封头、进水管、出水管、反洗液进水管、反洗液出水管、排气口、挡板、水帽、约翰逊网、底部反洗液出水管和旋流器，其中：
所述旋流器包括：旋流器柱段、旋流器锥段、旋流器底流管、旋流器溢流管和导流片；
筒体的底部与封头的顶部相接与中心轴线重合，进水管在靠近筒体底部两侧相接，出水管底部与封头顶部相接与中心轴线重合，反洗液进水管顶部在封头底部中心位置相接，反洗液出水管在靠近筒体顶部四周相接与旋流器溢流管连接，排气口在筒体顶部相接，挡板在排气口内部分三层安装，水帽在封头顶部环形安装，约翰逊网底部在封头顶部中心位置外扩相接与中心轴线重合，底部反洗液出水管在筒体靠近底部相接，与进水管并列，旋流器与出水管同心相接，所述旋流器的旋流器柱段、旋流器锥段、旋流器底流管、旋流器溢流管的中心轴线都与出水管中心轴线重合，导流片位于旋流器柱段和旋流器溢流管中间空隙处环形相接。
在本公开中，所述横流式纳滤微通道分离器的出水管下部为约翰逊网，上部为实壁面结构。
在本公开中，约翰逊网的孔隙为0.05-0.5mm，径向过流面积大于横流式纳滤微通道分离器轴向截面积/>式中，D10表示约翰逊网内径，h1表示约翰逊网每一小段实壁面长度，h2表示约翰逊网孔隙，H2表示约翰逊网未开孔段高度，D表示筒体内径；约翰逊网开孔段高度H1是径向填充宽度L的3-5倍，约翰逊网未开孔段H2是径向填充宽度L的1-2倍，从而实现了径向过流面积大于轴向截面积，同时也保证了约翰越网的结构强度。
在本公开中，所述旋流器的锥角在40-60°之间，底流管直径为柱段直径的0.2-0.5倍，溢流管为柱段直径的0.4-0.8倍，导流片的螺距为800-2000mm，从而强化了反洗时填料和污染物的自公转强度，有利于填料的脱附。
在本公开的第二方面，提供了上述横流式纳滤微通道分离器在酸性水净化水高压加氢回用中的应用，其中，待分离液先横向穿过约翰逊网，以拦截大颗粒物；再横向通过填充在横流式纳滤微通道分离器内部的填料，通过细微颗粒物与填料颗粒间的碰撞达到净化效果，最后清液从出水管排出。
在本公开中，所述横流式纳滤微通道分离器单个使用或多个串联使用。
在本公开中，所述横流式纳滤微通道分离器采用横向过滤机制，增加过流面积，使横流式纳滤微通道分离器的通量比原来的沸腾床分离器同等体积下增加了5倍。
在本公开中，所述横流式纳滤微通道分离器精度为分离100nm，对20-100nm之间的颗粒物分离效率在90％以上，对5μm以上颗粒物分离效率为100％。
在本公开中，当所述横流式纳滤微通道分离器进口悬浮物浓度为20-100mg/L时，约翰逊网和出水管下部中间均匀分布粒径为0.5-1mm的填料，约翰逊网孔隙h2为0.5mm，出口悬浮物含量低于0.2mg/L。
在本公开中，当所述横流式纳滤微通道分离器进口悬浮物浓度为5-20mg/L时，约翰逊网和出水管下部中间均匀分布粒径为0.09-0.1mm的填料，约翰逊网孔隙h2为0.08mm，出口悬浮物含量低于0.2mg/L。
在本公开中，当所述横流式纳滤微通道分离器进口悬浮物浓度小于5mg/L时，约翰逊网和出水管下部中间均匀分布粒径为0.08-0.09mm的填料，约翰逊网孔隙h2为0.05mm，出口悬浮物含量低于0.2mg/L。
在另一个优选的实施方式中，所述横流式纳滤微通道分离器为间歇性操作，连续运行一定时间后或压力损失达到一定值后，通过新鲜水从横流式纳滤微通道分离器底部反洗液进水管进入使填料进行流化沸腾，再通过顶部旋流器中形成的旋流场强化微界面振荡增强填料的再生效果，以先将反洗液和填料中的细微颗粒物从顶部反洗液出水管排出，再将拦截在约翰逊网外的大颗粒物从底部反洗液出水管排出横流式纳滤微通道分离器，完成反洗操作，其中，横流式纳滤微通道分离器的压力损失为0.2-0.4MPa。
根据Tufenkji和Elimelech等提出的T-E理论模型，当填料间的孔隙度(θ1)减小时，能够增加污染物在填料中发生的碰撞概率，有利于污染物的去除，因此当缩小填料尺寸时，填料堆积的更加密集，导致填料间的θ1进一步缩小，从而进一步缩小微通道的尺寸，提高了分离精度。相对应，约翰逊网的多孔结构的孔隙度不仅使径向过流面积πθ2大于横流式纳滤微通道分离器截面积/>提高通量，因此横流式纳滤微通道分离器在保证分离精度的同时，避免了压降的快速上升。
下表2示出了本公开的横流式纳滤微通道分离器与沸腾床分离器的对比：
表2
本发明的工作原理是：分离时，待分离液从横流式纳滤微通道分离器侧面底部两个进水管进入装置内部，经过约翰逊网的初步拦截，将大颗粒悬浮物先分离下来，然后待分离液从约翰逊网四周横向进入内部床层，依靠填料与细微颗粒物之间的碰撞，将待分离液中的纳微颗粒物去除，处理后的清液从中心出水管排出；
反洗时，通过底部从反洗液进水管进水，再通过水帽使约翰逊网中的填料流化再生，首先将填料和填料上黏附的纳微颗粒物进入装置顶部的旋流器，通过微界面振荡产生的离心力，使填料和填料上的纳微颗粒物分离，填料从底流口流出重新返回床层，而纳微颗粒物则从溢流管排出；再将底部反洗液出水管打开，将约翰逊网外壁的大悬浮物释放。
以下参看附图。
图1是根据本公开的一个优选实施方式的横流式纳滤微通道分离器的整体结构示意图。如图1所示，所述横流式纳滤微通道分离器包括：筒体1、封头2、进水管3、出水管4、反洗液进水管5、反洗液出水管6、排气口7、挡板8、水帽9、约翰逊网10、底部反洗液出水管11和旋流器12，其中，所述旋流器包括：旋流器柱段13、旋流器锥段14、旋流器底流管15、旋流器溢流管16和导流片17；筒体的底部与封头的顶部相接与中心轴线重合，进水管在靠近筒体底部两侧相接，出水管底部与封头顶部相接与中心轴线重合，反洗液进水管顶部在封头底部中心位置相接，反洗液出水管在靠近筒体顶部四周相接与旋流器溢流管连接，排气口在筒体顶部相接，挡板在排气口内部分三层安装，水帽在封头顶部环形安装，约翰逊网底部在封头顶部中心位置外扩相接与中心轴线重合，底部反洗液出水管在筒体靠近底部相接，与进水管并列，旋流器与出水管同心相接。
图2是根据本公开的一个优选实施方式的横流式纳滤微通道分离器结构的纵轴剖面示意图。如图2所示，D代表筒体内径，D0代表进水管内径，D1代表出水管内径，D2代表反洗液进水管内径，D3代表反洗液出水管内径，D4代表排气口内径，D5代表底部反洗液出水管内径，D6代表水帽内径，D7代表旋流器柱段内径，D8代表旋流器溢流管内径，D9代表旋流器底流管内径，D10代表约翰逊网内径，H代表约翰逊网高度，H1代表约翰逊网开孔段高度，H2代表约翰逊网未开孔段高度，L代表填料堆积宽度(径向填充宽度)，h1表示约翰逊网每一小段实壁面长度，h2代表约翰逊网孔隙，h3代表挡板长度，L1代表挡板宽度。
图3是根据本公开的一个优选实施方式的导流片的示意图。如图3所示，导流片包含12个叶片，螺距为800-100mm，。
图4是根据本公开的一个优选实施方式的横流式纳滤微通道分离器的集成化工业应用示意图。如图4所示，新氢和原料油经加热炉39加热后进入加氢反应器40反应后与除盐水一同进入高压空冷器31，再从冷高压分离器32底部流出(气体从冷高压分离器32顶部排出)，产生的含硫含氨污水先进入原料脱气罐33进行脱气，再进入原料水罐34沉降脱油，得到脱气脱油后的含硫含氨污水进入汽提塔35进行脱硫脱氨，得到净化水，最后净化水通过横流式纳滤微通道分离器100进行深度净化后经泵38返回至高压空冷器31实现回用(废水去污水厂)，待分离器连续运行一段时间后，通过净化水从分离器底部进料对内部填料进行反冲洗，实现再生；汽提塔35得到的酸性气液进入酸性气液罐36，得到的酸性水去硫磺；汽提塔35得到的氨去氨精制塔37。
实施例
下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。
实施例1：
本实施例为横流式纳滤微通道分离器小试实验装置应用于50m3/h的汽提工艺中净化水分离的侧线实验。
1.设备结构
如图1所示。
2.结构尺寸
如下表3和图2所示。
表3横流式纳滤微通道分离器尺寸
3.运行条件
如下表4所示。
表4运行条件
4.工艺流程
在一个50m3/h的汽提工艺中，按照本发明的办法，采用横流式纳滤微通道分离器的小试实验装置，用于对含有纳微颗粒物的净化水进行深度脱固。
5.实验效果
净化水为固液两相混合物，净化水中含有细微悬浮物，其中水为连续相，悬浮物为分散相介质。实验装置处理量为5m3/h，操作温度为60℃，实验结果如下表5所示。
表5实验结果
从实验结果可以看出，装置对浊度的去除率在90％以上，对悬浮物的去除率在95％以上，实现了净化水的深度净化。
根据实验情况，对进出口的净化水进行抽滤浓缩处理，再通过扫描电镜(SEM)拍摄滤膜受污染情况，观察颗粒形貌和粒径。从图5中可以看出，出口滤膜孔隙堵塞率比进口滤膜低，说明进口颗粒物比出口颗粒物多；另一方面，进口颗粒物粒径比出口颗粒物粒径大。
实施例2：
本实施例为横流式纳滤微通道分离器应用于某炼厂Ⅰ号污水汽提装置，该装置的处理量为120m3/h，分离后净化水悬浮物含量小于0.2mg/L，满足API932-B指标。
1.设备结构
如图1所示。
2.结构尺寸
如下表6和图2所示。
表6横流式纳滤微通道分离器尺寸
3.运行条件
如下表7所示。
表7运行条件
4.工艺流程
在一个120m3/h的汽提工艺中，按照本发明的办法，采用横流式纳滤微通道分离器的工业装置进行工业改造，用于对含有纳微颗粒物的净化水进行深度脱固。
5.实施效果
净化水为固液两相混合物，净化水中含有细微悬浮物，其中水为连续相，悬浮物为分散相介质。装置处理量为120m3/h，操作温度为70℃，实验结果如下表8和表9所示。
表8实验结果
表9粒径指标
从上表8可以看到，浊度的去除率始终维持在90％以上，悬浮物的去除率始终维持在92％以上。另一方面，通过显微镜的拍摄如上表9所示，发现对于0.5μm以上的颗粒杂质完全去除，对0.1-0.5μm的颗粒杂质去除率大于97％，对小于0.1μm颗粒杂质去除率大于90％。实验时，经过三个周期的长期稳定运行，出口固含量始终低于0.2mg/L，满足API932-B标准。
根据实验情况，对进出口的净化水进行抽滤浓缩处理，再通过扫描电镜(SEM)拍摄滤膜受污染情况，观察颗粒形貌和粒径。从图6中可以看出，进口滤膜上残留了许多颗粒状的杂质，粒径范围在0.3μm以上，但是经过分离器的过滤后，滤膜上很干净，颗粒物的残留粒径小于100nm。再通过SEM-EDS的耦合联用，如图7可以看到，铁元素和硫元素的去除率分别为90.31％和97.62％，分离效果明显。
实施例3：
本实施例为横流式纳滤微通道分离器应用于某炼厂Ⅱ号污水汽提装置，该污水汽提装置的处理量为250m3/h。
1.设备结构
如图1所示。
2.结构尺寸
如下表10和图2所示。
表10横流式纳滤微通道分离器尺寸
3.运行条件
如下表11所示。
表11运行条件
4.工艺流程
在一个250m3/h的汽提工艺中，按照本发明的办法，采用横流式纳滤微通道分离器的工业装置进行工业改造，用于对含有纳微颗粒物的净化水进行深度脱固。如图4所示，加氢装置采用除盐水来脱除高压空冷前的氯化铵和硫氢化铵，处理后的含硫含氨污水从冷高压分离器流出；产生的含硫含氨污水先进入原料脱气罐，进行脱气后再进入原料水罐，进行沉降脱油；得到的脱气脱油后的含硫含氨污水加压后进入汽提塔进行脱硫脱氨，得到45℃的净化水；净化水再通过横流式纳滤微通道分离器对净化水进行深度净化，以去除其中夹带的细微颗粒物和焦粉类物质；待分离器连续运行一段时间后，通过净化水从分离器底部进入，对床层填料进行反洗再生，释放填料黏附的细微颗粒物及一些填料间堆积的焦粉类物质。
5.实验效果
净化水为固液两相混合物，净化水中含有细微悬浮物，其中水为连续相，悬浮物为分散相介质。工业装置处理量为250m3/h，操作温度为45℃，实验结果如下表12和表13所示。
表12实验结果
表13粒径指标
从表12可以看出，分离器对净化水浊度的去除率在90％以上，对悬浮物的去除率在99％以上。另一方面，通过显微镜的拍摄如上表13，发现对于0.5μm以上的颗粒杂质完全去除，对0.1-0.5μm的颗粒杂质去除率大于91％，对小于0.1μm颗粒杂质去除率大于90％。
图8是在分离器进出口的采样。进口样品非常的浑浊，出口样品很清澈，满足指标；再分别对进出口的净化水进行电子显微镜的拍摄，观察分离前后颗粒形貌和粒径的变化。从图8可以看到，分离前的净化水中含有很多颗粒状大小不一的悬浮物等，而分离后的净化水残余颗粒小于0.1μm。
如图9所示，在流量为250m3/h的工况下连续运行500个小时，进口平均浊度为59NTU，出口平均浊度为3.42NTU，去除率为94.20％，经过两个周期的长期稳定运行，出口固含量始终低于0.2mg/L，满足API932-B的标准，实现了净化水的深度净化，得以重复利用。改造后对炼厂产生了经济效益和社会效益如下表14所示。
表14效益分析(以单台一年运行8400小时计算)
上述所列的实施例仅仅是本公开的较佳实施例，并非用来限定本公开的实施范围。即凡依据本申请专利范围的内容所作的等效变化和修饰，都应为本公开的技术范畴。
在本公开提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本公开的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本公开作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种横流式纳滤微通道分离器，包括：
筒体（1）、封头（2）、进水管（3）、出水管（4）、反洗液进水管（5）、反洗液出水管（6）、排气口（7）、挡板（8）、水帽（9）、约翰逊网（10）、底部反洗液出水管（17）和旋流器（12），其中，
所述旋流器包括：旋流器柱段（13）、旋流器锥段（14）、旋流器底流管（15）、旋流器溢流管（16）和导流片（11）；
筒体（1）的底部与封头（2）的顶部相接与中心轴线重合，进水管（3）在靠近筒体（1）底部两侧相接，出水管（4）的底部与封头（2）的顶部相接与中心轴线重合，反洗液进水管（5）顶部在封头（2）底部中心位置相接，反洗液出水管（6）在靠近筒体（1）顶部四周相接与旋流器溢流管（16）连接，排气口（7）在筒体（1）顶部相接，挡板（8）在排气口（7）内部分三层安装，水帽（9）在封头（2）顶部环形安装，约翰逊网（10）底部在封头（2）顶部中心位置外扩相接与中心轴线重合，底部反洗液出水管（17）在筒体（1）靠近底部相接，与进水管（3）并列，旋流器（12）与出水管（4）同心相接，
其中，出水管（4）下部为约翰逊网（10），上部为实壁面结构；
其中，约翰逊网（10）的孔隙为0.05-0.5 mm，径向过流面积大于横流式纳滤微通道分离器轴向截面积/>，式中，D10表示约翰逊网内径，h2表示约翰逊网孔隙，H2表示约翰逊网未开孔段高度，h1表示约翰逊网每一小段实壁面长度，D表示筒体内径；约翰逊网开孔段高度H1是径向填充宽度L的3-5倍，约翰逊网未开孔段H2是径向填充宽度L的1-2倍。
2. 如权利要求1所述的横流式纳滤微通道分离器，其特征在于，所述旋流器的锥角在40-60°之间，底流管直径为柱段直径的0.2-0.5倍，溢流管为柱段直径的0.4-0.8倍，导流片的螺距为800-2000 mm。
3.权利要求1-2中任一项所述的横流式纳滤微通道分离器在酸性水净化水高压加氢回用中的应用，其中，待分离液先横向穿过约翰逊网（10），以拦截大颗粒物；再横向通过填充在横流式纳滤微通道分离器内部的填料，通过细微颗粒物与填料颗粒间的碰撞达到净化效果，最后清液从出水管（4）排出。
4.如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述横流式纳滤微通道分离器单个使用或多个串联使用。
5. 如权利要求3所述的应用，其特征在于，当所述横流式纳滤微通道分离器进口悬浮物浓度为20-100 mg/L时，约翰逊网（10）和出水管（4）下部中间均匀分布粒径为0.5-1 mm的填料，约翰逊网孔隙h2为0.5 mm，出口悬浮物含量低于0.2 mg/L。
6. 如权利要求3所述的应用，其特征在于，当所述横流式纳滤微通道分离器进口悬浮物浓度为5-20 mg/L时，约翰逊网（10）和出水管（4）下部中间均匀分布粒径为0.09-0.1 mm的填料，约翰逊网孔隙h2为0.08 mm，出口悬浮物含量低于0.2 mg/L。
7. 如权利要求3所述的应用，其特征在于，当所述横流式纳滤微通道分离器进口悬浮物浓度小于5 mg/L时，约翰逊网（10）和出水管（4）下部中间均匀分布粒径为0.08-0.09 mm的填料，约翰逊网孔隙h2为0.05 mm，出口悬浮物含量低于0.2 mg/L。
8. 如权利要求3所述的应用，其特征在于，所述横流式纳滤微通道分离器为间歇性操作，连续运行一定时间后或压力损失达到一定值后，通过新鲜水从横流式纳滤微通道分离器底部反洗液进水管（5）进入使填料进行流化沸腾，再通过顶部旋流器（12）中形成的旋流场强化微界面振荡增强填料的再生效果，以先将反洗液和填料中的细微颗粒物从顶部反洗液出水管（6）排出，再将拦截在约翰逊网（10）外的大颗粒物从底部反洗液出水管（17）排出横流式纳滤微通道分离器，完成反洗操作，其中，横流式纳滤微通道分离器的压力损失为0.2-0.4 MPa。
CN202210960330.XA 2022-08-11 2022-08-11 横流式纳滤微通道分离器及其应用 Active CN115180744B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210960330.XA CN115180744B (zh) 2022-08-11 2022-08-11 横流式纳滤微通道分离器及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210960330.XA CN115180744B (zh) 2022-08-11 2022-08-11 横流式纳滤微通道分离器及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115180744A CN115180744A (zh) 2022-10-14
CN115180744B true CN115180744B (zh) 2023-08-01

Family

ID=83523181

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210960330.XA Active CN115180744B (zh) 2022-08-11 2022-08-11 横流式纳滤微通道分离器及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115180744B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107382654A (zh) * 2017-09-01 2017-11-24 上海华畅环保设备发展有限公司 甲醇制烯烃急冷水沸腾床分离方法及装置
CN208244386U (zh) * 2018-04-24 2018-12-18 中国石油大学(北京) 分离装置
CN111558254A (zh) * 2020-04-07 2020-08-21 华东理工大学 一种去除制革及毛皮加工废水中短毛纤维的方法及系统
CN113277597A (zh) * 2021-06-25 2021-08-20 华东理工大学 含油废水异质结微通道分离方法及装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6607670B2 (en) * 2000-04-14 2003-08-19 Framatome Anp. Inc. Process for rapid colloidal suspension removal

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107382654A (zh) * 2017-09-01 2017-11-24 上海华畅环保设备发展有限公司 甲醇制烯烃急冷水沸腾床分离方法及装置
CN208244386U (zh) * 2018-04-24 2018-12-18 中国石油大学(北京) 分离装置
CN111558254A (zh) * 2020-04-07 2020-08-21 华东理工大学 一种去除制革及毛皮加工废水中短毛纤维的方法及系统
CN113277597A (zh) * 2021-06-25 2021-08-20 华东理工大学 含油废水异质结微通道分离方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN115180744A (zh) 2022-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020098193A1 (zh) 取消气浮的含油污水预处理方法和装置
CN101732968B (zh) 催化裂化烟气洗涤脱硫工艺中微旋流脱固方法与装置
CN104888984A (zh) 一种磁旋流分离器及分离装置和方法
CN100400427C (zh) 一种含重金属酸性废水处理及利用的方法
CN115180744B (zh) 横流式纳滤微通道分离器及其应用
CN115215460B (zh) 加氢裂化装置的节水方法及装置
CN1958114A (zh) 旋转流微孔过滤器
CN115557631A (zh) 一种集旋流-气浮-介质聚结于一体的油水分离装置和方法
CN203065319U (zh) 一种泥水分离塔
WO2015183190A1 (en) Suspension clarification and filtration device
CN101148278A (zh) 油水净化方法及其装置
CN201880433U (zh) 一种矿井水三级过滤系统
CN113277597A (zh) 含油废水异质结微通道分离方法及装置
CN101654626A (zh) 用于在线分离脱硫溶剂中烃类和固体颗粒的旋流分离技术
CN102583830A (zh) 一种一体化污水净化过滤机
CN112624471A (zh) 短流程煤气化黑水净化方法与装置
CN112624472A (zh) 闪蒸-沉降-沸腾床分离组合型煤气化黑水净化方法与装置
CN201240885Y (zh) 含油污水处理装置
WO2022056776A1 (zh) 甲醇制烯烃急冷水沸腾床分离方法及装置
CN116675369A (zh) 旋流-微通道-聚结组合式冷焦污水密闭处理方法及装置
CN218465652U (zh) 一种非加氢净化水预处理及发生蒸汽系统
CN100448507C (zh) 一种油田污水旋流辅助化学处理方法
RU2817961C1 (ru) Способ и устройство сепарации в псевдоожиженном слое для охлаждающей воды, используемой в процессе преобразования метанола в олефины
CN215946922U (zh) 一种含氨废水综合处理系统
CN203065317U (zh) 一种废水回用快速沉淀塔

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Li Jianping

Inventor after: Shan Minjie

Inventor after: Zhao Wei

Inventor after: Zhang Tong

Inventor after: Wang Hualin

Inventor after: Yang Yunfeng

Inventor after: Zhao Haitao

Inventor after: Yu Zejin

Inventor before: Li Jianping

Inventor before: Shan Minjie

Inventor before: Zhao Wei

Inventor before: Zhang Tong

Inventor before: Wang Hualin

Inventor before: Yang Yunfeng

Inventor before: Zhao Haitao

Inventor before: Yu Zejin

CB03 Change of inventor or designer information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant