蒸发结晶技术及应用案例(威立雅冯金海)

化工废水的蒸发结晶冯金海威立雅威立雅废水零排放的经验›全世界最大的蒸发结晶技术公司›提供定制的和小型的标准蒸发器和结晶器›世界上唯一的拥专有技术，又能够运营的公司›超过85年经验；›近1000套大型蒸发和结晶系统的安装和使用›超过100个大的零排放交钥匙工程›遍及25个国家和地区›各个行业都作（海水淡化、化工、制盐、油田等等）生物燃料化工发电化肥金属采矿制盐造纸纯碱氯碱油气威立雅蒸发结晶的主要行业50,000平方尺的研发中心工艺开发分析测试小试、中试移动中试装置世界唯一的专业蒸发结晶研发实验室专业的售后服务队伍PhilipJ.StewartTechnologyCenterPlainfield,IL,U.S.A.威立雅蒸发结晶的研发中心威立雅的系统优势o运营保证o世界唯一的专业的投资运营公司和技术提供公司o设计经验与长期运营经验的强有力结合o有能力提供长期稳定最低综合成本的方案o我们给客户的方案和我们自己投资运营的一样o广泛的经验o水系统的上中下游o零排放o气制油,煤制油,煤制化学品o各行各业蒸发的经验o强大的财务实力o世界五百强公司o我们的保证说到作得到废水蒸发结晶简介蒸发结晶的挑战-----跟传统污水处理大不相同污染和结垢•Sulfate(SO4)•Carbonate(CO3)•Silica(SiO2)•有机物蒸馏水质量•VOC•碱度沸点上升•高溶解度盐(Mg,Cl,Na,NO3)发泡•溶解性有机物•悬浮颗粒固体分离•有机物•悬浮颗粒•粘度设计考虑（来自设计和自身实际运营经验）问题原因设计避免预热器结垢浓水有时钙接近饱和考虑备用预热器和加药清洗装置以方便在蒸发器正常运转的条件下清洗预热器起泡气化、生活和其他工艺废水的表面张力会变化.除沫加药装置/蒸汽180oC转向/外置蒸汽清洗塔。生产能力不足随着时间的推移，有些地方会结垢或污染，设计上没有考虑这种工况设计能力按部分结垢和污染来考虑能耗1高溶解度的盐会引起较高的上升.2.循环管外置导致热损1低速低温差运行压缩机2.采用内置循环（可降低安装费用）蒸发器和管路结垢1.浓水分布不均2.体积过小，结晶物的过饱和度没有充分释放1.采用专利的分布板（成功应用于各种盐相关行业）2.设计足够大的容积循环管泄露膨胀节循环泵安装在弹性基座上，避免膨胀节腐蚀选材没考虑不正常操作工况1.蒸发浓水管路采用DuplexSS2205/2507/Ti2.结晶体和脱水装置采用Inconel625/2507化学品消耗高氯，含氟（煤气化废水）不使用钛管，用duplexSS.典型的浓盐水蒸发系统进料罐进料化学品回收水预热器脱汽塔再循环泵晶种循环蒸发器不凝气体蒸馏水罐压缩机浓缩物典型的降膜蒸发器蒸汽增压板脱气人孔蒸馏水蒸发室废水加热器水蒸气汽液分离器浓缩物循环泵双层分布板热传递SteamCondensationBrineLevelDistributorPlateTopTubesheetLatentheatfromcondensingsteamtransfersacrosstubewall.Liquorfilmontubeboils,formingwatervapor.Gravitypullsliquordownthetube.Vaporflowsco-currently.VaporgenerationcreateshighvelocitiesandthereforehighheattransfercoefficientsFilmEvaporationTubeWallBrineBrineProprietaryandConfidential蒸发器双层分布板o插件设计那样容易堵o孔大不会造成间隙腐蚀，蒸发管的寿命长布水器蒸发器内件VaporOutletRecirculationOutletRecirculationInletDistillateOutletEntrainmentSeparatorsTopTubesheetDistributorPlateBrineBrineVaporFromCompressorTubeWallCondensedSteam(Distillate)EvaporatedVaporBrineFilmHeatTransferAcrossTubeSeedCrystals晶种法（进水硬度高）晶种循环过程浓缩物蒸发器r分离晶种罐泵MVR结晶器放空加热器进料蒸发室循环泵压缩机脱水SlurryTankNaCl/Na2SO4回收水强制循环结晶器二次蒸汽蒸发室蒸汽冷凝水循环泵MVR蒸发–离心压缩机鼓风机调节转子ClosedOpen选材增加可靠性o缓冲o备用：旋转设备备用o视情况而定的方法(蒸汽清洗器,预热器备用,就地清洗系统,etc.)o结晶器用新鲜蒸汽o设计留有余量运行区危险区设计余量选择固含量Time安全（HPD设计）危险区TotalSolidsTime结垢运行区HPD专利蒸汽清洗器保护压缩机EvaporatorDistillateusedforMakeup蒸发器清洗器压缩机BlowdowntoEvaporatorHPD蒸汽清洗器进口清洗循环水进口循环水出口出口MVR系统-MVR/MEE多效对比o投资:o一般来说三效与MVR相当o多效冷端可以使用耐腐蚀性稍差的材料.o进口压缩机使得MVR投资增加o运行:o多效系统比单级MVR使用更多的设备：容器,动设备,管道阀门控制仪表,更多的维修.o多效用蒸汽，蒸汽价格低时或有非蒸汽时有竞争力oMVR的蒸汽压缩机运行风险高。液沫夹带易造成叶轮损坏oMVR只能用于低温升情况下蒸发MVRSystems-MVR/MEE运行成本对比壳牌石油卡塔尔项目客户简介：Shell-PearGTL该项目为世界上最大的气转油项目之一,总投资额约为4亿5千万美元。PearlGTL珍珠天然气合成油项目是一个海陆一体化的综合项目,地处卡塔尔东北海岸，位于卡塔尔首都多哈向北85公里处。陆上项目由两座气转油工厂以及其他场外基础设施组成。场外基础设施包括陆上：天然气供给线路,脱硫装置,冷凝设施,液化石油气贮存库海上：拉斯拉凡海港内的装载管线及装载设施壳牌卡塔尔项目-PearlGTL“珍珠”天然气合成油项目零排放项目简介Veolia-Saipem联合体在2005年10月至2006年8月间的国际招标中，获得了Shell卡塔尔GTL项目的污水处理(35069吨/天)和零排放工程。2006年9月签署EPC合同。2007年8月完成土建设计，开始现场施工。2008年6月完成所有施工图设计。2009年初开始试车。o其生产废水来自不同来源，总水量35000立方米/小时o蒸发器设计能力:5x149立方米/小时o蒸发器采用晶种模式(CaSO4沉淀)o蒸汽冲洗器保护压缩机o结晶器设计能力:3x3.8吨/小时+1x1.5吨/小时壳牌卡塔尔项目-PearlGTL“珍珠”天然气合成油项目零排放壳牌石油卡塔尔项目总体流程和设施示意图:HPS高温水AOC/COC排污汽提水排水，收集和初级处理污水处理和零排放冷却水系统排污原水各种污水冷却水灌溉用水7,000吨/天16,000吨/天9,000吨/天4,000吨/天100吨/天1,200吨/天32,000吨/天8,000吨/天注意:原水和冷却水的比例可以调节壳牌石油卡塔尔项目汽提水浮选污泥暂存生物处理&净化半浸入式-UF污泥离心分离处理初级处理生活污水RO零排放盐原水UV消毒绿化用水废碱处理废碱达到32,000吨/天达到8,000吨/天壳牌石油卡塔尔项目蒸发器蒸发器结晶器壳牌卡塔尔气制油工厂的零排放(2007)壳牌卡塔尔气制油工厂的零排放(2007)36油田采出水：加拿大CNRL37项目除油后pH7.4电导(µΩ)3,130TDS(ppm)dried@105C1,950油(ppm)16硅(ppm)163总硬(ppmasCaCO3)43(Max500)总碱度(ppmasCaCO3)388油田采出水：进水组成Pre-heating加药脱气MgOxVaporWasher电力排气蒸汽浓缩液1638t/d回注MVREvap.MVREvap.MVREvap.ISF隔油o1,050m3/hr蒸馏水20574t/d锅炉给水ChemicalAddition锅炉蒸汽进水油田采出水工艺流程国家没有化工废水废盐的填埋标准。一般工业固废的填埋场不固化,盐会进入渗滤液,造成更大问题.按中国现行标准,由化工污水产生的固废一般会认定为危废。国外一般零排放的结晶物都有专门的填埋场,成本低,不需要分盐。化工企业产盐量一般都在每年3~4万吨,没有填埋场能够接纳.现有零排放企业和在建零排放企业产生的废盐无处可去.废盐的处置是难题39PRESENTATIONTITLE/SUBTITLE/DATE提取NaCl和Na2SO4的混合盐,将他们与有机物等其他杂质分离开来。母液干燥或焚烧。混合盐作为生产盐的原料或其他特殊用途分别提取NaCl,Na2SO4.剩下的少量杂盐去固化填埋盐回收利用的两个思路40PRESENTATIONTITLE/SUBTITLE/DATE废水提取混合盐废水回收混合盐结晶器的设计o设计策略o让有机物溶解在母液中o有用的NaCl和Na2SO4结晶出来o将NaCl和Na2SO4与Ca2SO4,CaF,MgOH等分离开来o设计特点o强制循环结晶器o盐腿：分离Ca2SO4,CaF,MgOHo双推料离心机清洗大颗粒的盐o借鉴制盐行业的提纯系统o晶粒小时，用大离心机o离心机采用变频，易于调节o改变离心机设计以适应有机物的存在o及时清洗离心母液和盐浆管路43HPD制盐结晶器44强制循环制盐结晶器全蒸发室顶清洗除雾器避免积盐进料脱气提高替代清洗引入效率排盐腿避免过度增稠，降低高度除雾器上下的人孔专利分布挡板避免液沫夹带和短路径向进口促进蒸汽均匀分布降低磨蚀再循环挡板控制流动方向避免短路t晶粒纯度和大小分布o排盐腿ElutriationLego替代产品中的母液DisplacementofMotherLiquorfromProductSalto盐浆冷却SlurryCoolingo去除小颗粒RejectionofSmallParticleso杂质母液排放PurgeCylindero独立的维持Mg&SO4水平IndependentMaintenanceofMg&SO4Levelo维持CaSO4晶种控制结垢MaintainCaSO4SeedforScaleControloMagmaDensity晶粒密度o晶粒停留时间CrystalResidenceTimeo晶粒增长CrystalGrowtho减少晶粒摩擦MinimizationofCrystalAttritiono运行温度OperatingTemperatureo晶粒成长速度CrystalGrowthRate46结晶器特征：盐腿47结晶器特征：排盐腿48结晶器特征：母液排放分离器49离心机废水分盐结晶废水回收混合盐结晶器的设计难点oNa2SO4和NaCl的比例接近，传统的盐硝联产工艺不能用oNaCl和Na2SO4的比例不固定，变化幅度很大o分离有机物o应该尽量在NaCl和Na2SO4没有混合时分别结晶（废碱液、脱硫废水等）GlaubersSalt芒硝CrystallizerNaClCrystallizerSodiumSulfate硫酸钠CrystallizerMelterPurge威立雅专有技术分盐方案案例（Sasol未实施）EvaporatorFiltration过滤Crystalliser结晶Na2SO4NaClNaClEDRPretreatment预处理Evaporator蒸发Dosing另一种Na2SO4和NaCl回收方案54废水分盐案例（威立雅专利）澳洲煤层气废水零排放项目介绍o原料废水o原污水:每天310,000m3o浓盐水:每天4800m3o浓盐水TDS~160,000ppmo变化大o产品o20.4tphNaClo12.2tphNa2CO3o2.4tph废盐o产品水o纯度oNaCl(99.5%)oNa2CO3=99.2%澳洲煤层气废水水质BrineAcont