一种FMI-NF分盐结晶系统及设备的制作方法

一种fmi-nf分盐结晶系统及设备
技术领域
1.本实用新型涉及污水处理技术领域，特别涉及一种fmi-nf（frozen mother liquor-nanfiltration，冷冻母液-纳滤）分盐结晶系统及设备。


背景技术：

2.目前随着对煤化工零排放副产盐品质要求的逐渐提高，根据我们现有零排放工艺，在产盐品质、产率等方面，与新的标准还存在很大差异，而且面对目前分盐结晶工艺流程复杂，运行费用高昂，固废处理成本高等问题，现有技术难以满足企业应对日趋严格的环保政策的需求。
3.国家能源局发布《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》中明确要求，无纳污水体的新建示范项目通过利用结晶分盐等技术，将高盐废水资源化利用。目前我国的高盐废水分盐结晶技术处于起步阶段，对于各种分盐结晶技术的适用性以及经济性还在比较研究阶段。
4.目前有两种具有代表性的分盐结晶技术：一是直接蒸发结晶工艺，经过预处理的高盐废水首先通过蒸发器进一步浓缩减量，后进入结晶器中得到纯盐结晶，可采用一价盐与二价盐分步结晶的方式，采用高温蒸发结晶获得一价盐产品，采用低温冷冻结晶加热融重结晶工艺获得二价盐产品，母液通过混盐结晶器获得杂盐；二是膜法盐硝联产工艺，首先通过膜分离过程，在结晶前实现不同价态盐的分离或富集，后通过热法结晶获得一价盐产品，母液进入冷冻结晶单元，获得二价盐产品，最终母液将通过干化获取杂盐。
5.传统工艺中产出的结晶盐纯度差，产生的冷冻结晶母液干化获取杂盐做固废处理，最终结晶盐纯度低，资源利用率低，杂盐含量大，使固废处理成本较高。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于克服上述的不足，提供一种高效、节能、具有良好的环保性和经济性的杂盐减量技术，即一种fmi-nf分盐结晶系统及设备。
7.fmi-nf分盐结晶系统包括冷冻结晶单元、芒硝固液分离单元、芒硝热融单元、以及纳滤单元，冷冻结晶单元的进口用于接入二价盐蒸发结晶系统的二价盐母液，冷冻结晶单元的晶浆出口与芒硝固液分离单元的晶浆进口连接，芒硝固液分离单元的液相出口与纳滤单元的进口连接，纳滤单元具有二价盐出口，纳滤单元的二价盐出口用于接入二价盐蒸发结晶系统。
8.进一步地，fmi-nf分盐结晶系统还包括芒硝热融单元以及混盐蒸发结晶单元，芒硝固液分离单元的固相出口与芒硝热融单元的芒硝进口连接，芒硝热融单元的晶浆出口与混盐蒸发结晶单元的进口连接，混盐蒸发结晶单元的晶浆出口用于接入二价盐蒸发结晶系统。
9.更进一步地，芒硝热融单元还具有与高温液体源连接的高温液体进口，高温液体源的温度高于80℃。
10.更进一步地，混盐蒸发结晶单元包括依次连接的混盐循环泵、混盐加热器以及混盐结晶器，混盐循环泵的进口与芒硝热融单元的晶浆出口连接，混盐结晶器的料液出口与混盐循环泵的进口连接，混盐结晶器的料液出口还用于接入二价盐蒸发结晶系统。
11.进一步地，冷冻结晶单元包括冷冻循环泵、冷冻装置以及冷冻结晶器，冷冻循环泵的进口用于接入二价盐蒸发结晶系统的二价盐母液，冷冻装置包括冷冻换热器水冷机组以及冷媒储槽，水冷机组的冷媒经过冷媒储槽接入冷冻换热器，换热后再经过冷媒储槽接入水冷机组，冷冻循环泵的料液出口与冷冻换热器的料液进口连接，冷冻换热器的料液出口与冷冻结晶器的料液进口连接，冷冻结晶器的料液出口与冷冻循环泵的进口连接，冷冻结晶器的盐腿与芒硝固液分离单元的进口连接。
12.进一步地，冷冻装置的输出温度为-10℃~-5℃。
13.根据本发明的另一方面，还提供了一种fmi-nf分盐结晶设备，包括二价盐结晶蒸发系统以及上述的fmi-nf分盐结晶系统，纳滤单元的二价盐出口接入二价盐蒸发结晶系统。
14.进一步地，二价盐蒸发结晶系统包括二价盐蒸发结晶单元、二价盐固液分离单元、二价盐母液存储单元以及二价盐干燥系统，二价盐蒸发结晶单元的进口用于接入高盐废水，二价盐蒸发结晶单元的晶浆出口与二价盐固液分离单元的进口连接，二价盐固液分离单元的固相出口与二价盐干燥系统连接，二价盐固液分离单元的液相出口与二价盐母液存储单元的进口连接，二价盐母液存储单元的出口与冷冻结晶单元的进口连接。
15.更进一步地，fmi-nf分盐结晶系统还包括芒硝热融单元以及混盐蒸发结晶单元，芒硝固液分离单元的固相出口与芒硝热融单元的芒硝进口连接，芒硝热融单元的晶浆出口与混盐蒸发结晶单元的进口连接，混盐蒸发结晶单元的晶浆出口接入二价盐固液分离单元的进口。
16.本实用新型相对于现有技术的有益效果为：针对传统工艺副产盐纯度低的技术难点，本实用新型通过冷冻结晶系统与纳滤系统耦合来实现一价盐与二价盐的分盐结晶工艺，通过将冷冻母液泵送至纳滤系统，进一步对冷冻母液进行浓缩减量，并分离不同价态的金属盐，纳滤浓水再次进入蒸发结晶系统，极大地减少系统的外排母液量，减少系统杂盐，提高副产盐品质，增加系统的资源回收利用率，降低固废的处理成本,本发明提供的蒸发结晶单元与芒硝热融结晶单元均采用循环流速控制以提高换热管流速，保证结晶盐粒径的均匀性，降低设备结垢风险，提高设备运行效率。
附图说明
17.图1是本实用新型的实施例中一种fmi-nf分盐结晶设备的结构示意图；
18.图2是本实用新型的实施例中一种冷冻结晶单元、二价盐固液分离单元以及纳滤单元依次连接的结构示意图；
19.图3是本实用新型的实施例中价盐固液分离单元芒硝热融单元以及混盐蒸发结晶单元依次连接的结构示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行
清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.如图1所示，本实施例中的fmi-nf分盐结晶设备包括二价盐结晶蒸发系统以及fmi-nf分盐结晶系统，主要针对与二价盐含量较高的高盐废水源。
22.二价盐蒸发结晶系统包括二价盐蒸发结晶单元、二价盐固液分离单元、二价盐母液存储单元16以及二价盐干燥系统21。
23.二价盐蒸发结晶单元的进口与经过预处理、膜浓缩等处理工艺后的高盐废水源连接，二价盐蒸发结晶单元的晶浆出口与二价盐固液分离单元的进口连接，二价盐蒸发结晶单元采用mvr（mechanical vapor recompression, 蒸汽机械再压缩技术）或多效蒸发技术。在本实施例中二价盐蒸发结晶单元采用mvr蒸发结晶技术，包括蒸汽压缩机20、循环管路、以及依次设置在循环管路上的强制循环泵17、强制循环换热器18和二价盐结晶器19。
24.循环管路的进口（即强制循环泵17的进口）与高盐废水源连接，强制循环泵17的料液出口与强制循环换热器18的料液进口连接，强制循环换热器18的料液出口与二价盐结晶器19的料液进口连接，二价盐结晶器19的料液出口与强制循环泵17的料液进口连接，循环管路的晶浆出口（即二价盐结晶器19的盐腿）与二价盐固液分离单元的进口连接，二价盐结晶器19的蒸汽出口接入蒸汽压缩机20。蒸汽压缩机20与强制循环换热器18连接，用于向强制循环换热器18提供高温蒸汽。二价盐固液分离单元包括二价盐稠厚器7以及二价盐离心机15。二价盐稠厚器7的进口与二价盐结晶器19的盐腿连接，出口与二价盐离心机15的进口连接。二价盐离心机15的的固相出口与二价盐干燥系统21连接，液相出口与二价盐母液存储单元16的进口连接。
25.二价盐母液存储单元16的二价盐母液出口与冷冻结晶单元的进口连接。在本实施例中，二价盐母液存储单位为硫酸钠母液罐。
26.高盐废水进入二价盐蒸发结晶单元蒸发结晶得到晶浆料液，再进入二价盐固液分离装置得到高温硫酸钠母液和硫酸钠结晶盐，高温硫酸钠母液进入二价盐母液存储单元16，得到硫酸钠结晶盐进入二价盐干燥系统21干燥。
27.图2是本实用新型的实施例中一种冷冻结晶单元、二价盐固液分离单元以及纳滤单元依次连接的结构示意图。图3是本实用新型的实施例中二价盐固液分离单元芒硝热融单元以及混盐蒸发结晶单元依次连接的结构示意图。
28.如图2和图3所示，fmi-nf分盐结晶系统包括冷冻进料存储单元、冷冻结晶单元、芒硝固液分离单元、芒硝热融单元2、混盐蒸发结晶单元、蒸汽冷凝系统9、冷冻母液存储单元3、纳滤单元8。
29.冷冻进料存储单元的进口与二价盐蒸发结晶系统（即硫酸钠母液罐）的二价盐母液出口连接，二价盐蒸发结晶系统输出的二价盐母液（硫酸钠母液）通过液相管路由母液泵出口送入冷冻进料罐入口。
30.当强制循环换热器18的温度到达预定温度，二价盐母液存储单元16的二价盐母液（硫酸钠母液）通过液相管路由母液泵出口送入冷冻进料罐入口。
31.冷冻结晶单元的进口与冷冻进料存储单元的二价盐母液出口连接，冷冻结晶单元的晶浆出口与芒硝固液分离单元的晶浆进口连接。冷冻结晶单元包括冷冻循环泵11、冷冻
装置以及冷冻结晶器10。
32.冷冻装置包括冷冻换热器12、水冷机组13以及冷媒储槽14，冷冻换热器12的料液进口与冷冻循环泵11的料液出口连接，冷冻换热器12的料液出口与冷冻结晶器10的料液进口连接。水冷机组13的冷媒经过冷媒储槽14接入冷冻换热器12，换热后再经过冷媒储槽14接入水冷机组13。
33.冷冻结晶器10的料液出口与冷冻循环泵11的进口连接。冷冻结晶器10的上端部具有溢流口，冷冻结晶器10中的溢流口通过液相管路接入冷冻母液存储单元3中。冷冻结晶器10中的细晶母液通过液相管路连接至冷冻母液罐入口，与芒硝离心机1液相出口的母液一同送入纳滤单元8。冷冻结晶器10的盐腿与芒硝固液分离单元的进口连接。
34.冷冻装置的输出温度（即、冷媒的温度）为-10℃~-5℃。
35.硫酸钠母液进入冷冻结晶单元冷冻结晶得到留到含有芒硝的晶浆。
36.芒硝固液分离单元为芒硝离心机1，其固相出口与芒硝热融单元2的芒硝进口连接，其液相出口与冷冻母液存储单元3连接。
37.芒硝热融单元2还具有与高温液体源连接的高温液体进口，高温液体源的液体温度高于80℃。在本实施例中，高温液体源中的高温液体为二价盐母液存储单元16内的高温母液。芒硝热融单元2的晶浆出口与混盐蒸发浓缩单元的料液进口连接。在本实施例中，芒硝热融单元2为芒硝热融罐。
38.芒硝将在70~80℃时失去结晶水，芒硝热融罐中接入高温硫酸钠母液，该母液温度高于80℃，由高温硫酸钠母液提供热量使硫酸钠溶解于自身的结晶水中，形成饱和溶液，得到无水硫酸钠晶体和过饱和硫酸钠溶液的晶浆混合液，芒硝热融罐的晶浆出口通过液相管路，将熔融的晶浆混合溶液由转料泵送至混盐蒸发结晶单元。
39.混盐蒸发结晶单元包括依次连接的混盐循环泵、混盐加热器6以及混盐结晶器4，混盐循环泵5的进口与芒硝热融单元2的晶浆出口连接，混盐循环泵5的料液出口与混盐加热器6的料液进口连接，混盐加热器6的料液出口与混盐结晶器4的料液进口连接，混盐结晶器4的料液出口与混盐循环泵5的进口连接，混盐结晶器4的料液出口还用于接入二价盐稠厚器7的进口。混盐结晶器4的蒸汽出口通过低压不凝汽管路接入蒸汽冷凝单元，蒸汽冷凝系统9对混盐结晶器4输出的二次蒸汽进行冷凝回收。
40.晶浆混合液由转料泵送至混盐蒸发结晶单元，进行物料循环浓缩。物料通过混盐循环泵5，进入混盐加热器6，通过充分换热以达到蒸发温度后进入混盐结晶器4，蒸发部分水分，达到出料浓度后，料液即通过出料泵出口送入二价盐固液分离单元的进口，进入二价盐蒸发结晶系统，混盐结晶器4的二次蒸汽通过不凝汽管路送入蒸汽冷凝系统9。物料通过二价盐稠厚器7与二价盐蒸发结晶单元输出的晶浆料液混合进入二价盐固液分离装置进行固液分离，湿盐进入干燥系统，最终得到硫酸钠结晶盐，液相进入硫酸钠母液罐，由母液泵出口进入二价盐蒸发结晶单元进行蒸发结晶。
41.冷冻母液存储单元3的母液出口与纳滤单元8的进口连接。在本实施例中，冷冻母液存储单元3为冷冻母液罐。
42.纳滤单元8具有一价盐出口以及二价盐出口，纳滤单元8的一价盐出口用于与一价盐蒸发结晶系统连接，纳滤单元8的二价盐出口与二价盐蒸发结晶系统连接。
43.本实例中的fmi-nf分盐结晶设备工作原理如下：二价盐蒸发结晶系统排出的硫酸
钠母液（位于二价盐母液存储单元16中的硫酸钠母液）进入fmi-nf分盐结晶系统，先经过fmi-nf分盐结晶系统的冷冻结晶单元，形成含有芒硝、氯化钠以及少量硫酸钠的晶浆料液，再经过芒硝离心机1得到固态芒硝和冷冻母液。
44.固态芒硝经过芒硝离心机1的固相出口进入芒硝热融单元2，固态芒硝被芒硝热融单元2中接入的高温硫酸钠母液高温热融，使部分硫酸钠溶解于自身的结晶水中，形成饱和溶液，与热融罐中接入的硫酸钠母液混合后经过混盐结晶单元蒸发浓缩后，再进入二价盐蒸发结晶系统进行硫酸钠蒸发结晶。
45.冷冻母液泵送至纳滤单元8，纳滤单元8的纳滤膜孔径通常是1~2nm,纳滤膜表面的聚电解质通过静电作用实现单价与多价离子的分离，因此可以利用纳滤膜继续对二价盐进行选择性截留，硫酸钠在纳滤浓水中被浓缩减量后将再次进入二价盐蒸发结晶系统，进一步通过热法分盐工艺对浓水中富集的硫酸钠进行回收，通过冷冻结晶系统与纳滤系统耦合来实现一价盐与二价盐的分盐结晶工艺流程，从而形成硫酸钠蒸发结晶的循环体系。
46.针对传统工艺副产盐纯度低的技术难点，本实用新型通过冷冻结晶与纳滤系统耦合，将冷冻母液进一步分离浓缩，实现外排母液减量以及提高产盐纯度；通过将纳滤系统分离浓缩的冷冻母液再次循环至蒸发结晶系统中，减少杂盐外排，降低固废处理成本。
47.综上所述，是本实用新型的具体应用范例，对本实用型保护范围不构成限制，采用等效替换的技术方案均落在本实用新型保护范围之内。