一种废硫酸净化浓缩处理系统及其使用工艺

技术领域

本发明涉及废酸处理技术领域，具体涉及一种废硫酸净化浓缩处理系统及其使用工艺。

背景技术

硫酸作为化工重要的基础原料之一，广泛应用于石油化工、钢铁、冶金、制药等领域，在硫酸生产和使用过程中，会产生大量的副产废酸，这些废酸浓度较低，且含有如亚铁离子等杂质，无法有效利用，直接排放不仅会对环境造成严重破坏，而且也造成了资源的浪费。

传统处理废硫酸的主要方法为中和法，通过加入液碱中和后排放，该方法浪费了大量的酸碱资源，处理成本较高。或者加入石灰中和处理，但是中和过程中会产生大量泥渣，造成二次污染。因此，废硫酸的资源化处理回用对经济和环境都具有重要意义。

膜蒸馏技术是将膜分离技术与蒸馏技术结合起来的新型分离技术，以膜两侧的蒸汽压差作为推动力，利用膜的疏水性能，水蒸气透过膜进入低压侧冷凝，从而达到分离和浓缩的目的。具有反应条件温和、操作简单、分离效率高、处理效果稳定等优点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有废硫酸处理技术存在的问题，提供一种废硫酸净化浓缩处理系统，可解决废硫酸的有效处理、影响环境及资源浪费问题；本发明的另一目的在于提供一种废硫酸净化浓缩处理系统的处理方法，实现废硫酸的净化浓缩得以回用。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种废硫酸净化浓缩处理系统，包括

离子交换设备，其包括填装有离子交换树脂的一组反应塔、酸洗罐、酸洗泵、水洗罐和水洗泵，所述酸洗罐通过管道和酸洗泵连接至再生管道，所述水洗罐通过管道和水洗泵连接至再生管道，再生管道的端部与一组反应塔底部相连接；

膜蒸馏设备，其包括原料罐、薄膜蒸发器、闪蒸塔、真空泵、循环水箱、冷却器、冷循环机构以及热循环机构，所述原料罐通过净化出水管道与一组反应塔的底部出液口连接，所述原料罐通过出料管道连接至薄膜蒸发器和闪蒸塔；

所述薄膜蒸发器包括膜蒸发组件和膜冷凝组件，膜蒸发组件和膜冷凝组件分别与闪蒸塔和冷循环机构相连接，闪蒸塔与热循环机构相连接；所述真空泵的进口与膜冷凝组件的出口通过管道连接，所述循环水箱的出水口通过管道连接真空泵的密封液接口，所述真空泵的出口通过管道与冷却器相连接，所述冷却器的出水口通过管道连接循环水箱；

所述冷循环机构包括冷却水进水管道和冷却水回水管道，冷却水进水管道分别连接至膜冷凝组件和冷却器的介质进口，冷却水回水管道与膜冷凝组件和换热器的介质出口相连接；

所述热循环机构包括热循环换热器、热循环泵、减压蒸汽管道和冷凝水管道，所述闪蒸塔的底部热循环出口通过管道依次连接热循环泵和热循环换热器，热循环换热器的出口通过管道连接回所述闪蒸塔的热循环进口，热循环换热器的介质进口和介质出口分别连接减压蒸汽管道和冷凝水管道。

优选的是，所述再生管道同时与工厂风管道连通，反应塔顶部与进料管道和再生洗脱液管道连通，反应塔底部通过净化出水管道与原料罐连通。

优选的是，原料罐与膜蒸馏组件和闪蒸塔连通的出料管道上均设有控制进料的电磁阀。

优选的是，膜蒸发组件下部的浓缩液出口通过浓缩液管道与原料罐连通，膜冷凝组件的下部连接有蒸发冷凝液排放管道。

优选的是，闪蒸塔底部的浓酸出口通过管道连接外排泵，外排泵的出液管上通过设置在线硫酸浓度计和一对电磁阀控制浓酸外排回用或回流至原料罐。

一种废硫酸净化浓缩处理系统的使用工艺，包括以下步骤：

废硫酸通过反应塔经过与其内设置的离子交换树脂反应去除废硫酸中的铁离子、钙离子杂质，净化后的废硫酸进入原料罐，离子交换树脂饱和后经过酸洗、水洗交替处理后实现再生，洗脱液通过洗脱液出口管道排出中和处理后排放；

通过真空泵抽吸保持薄膜蒸发器负压状态，原料罐内废硫酸在负压作用下被吸入膜蒸发组件和闪蒸塔，膜蒸发组件的浓缩液通过浓缩液管道回流至原料罐，膜蒸发组件汽化后的水蒸气通过蒸馏膜与闪蒸塔汽化后的水蒸气均进入膜冷凝组件，在冷循环机构作用下冷凝，蒸发冷凝液通过蒸发冷凝液排放管道排出，闪蒸塔为间歇进料，浓缩后的浓酸通过外排泵排出，通过在线硫酸浓度计控制外排回用或回流至原料罐；

冷却水进水通过膜冷凝组件和冷却器后由冷却水回水管道排出，真空泵为水环真空泵，通过冷却器和循环水箱实现降温；

减压蒸汽通过热循环换热器后由冷凝水管道排出，通过热循环换热器和热循环泵对闪蒸塔内废硫酸加热，真空泵抽吸闪蒸塔汽化后的水蒸气经过膜蒸发组件后进入膜冷凝组件，实现对膜蒸发组件的加热。

优选的是，一组反应塔的数量为两个，交替运行再生；离子交换树脂为含有的磺酸基酸性基团阳离子交换树脂，酸洗罐中酸洗液为低浓度硫酸，水洗罐中为软化水。

优选的是，薄膜蒸发器内的真空度控制在100-150mbar。

优选的是，闪蒸塔内废硫酸加热温度控制在65-75℃。

优选的是，废硫酸进料浓度为2%-8%，净化后亚铁离子浓度≤1mg/L，浓缩后硫酸浓度＞40%，浓缩倍数为5-20倍。

本发明的优点是：

1、本发明通过离子交换和膜蒸馏，实现对废硫酸中亚铁离子、钙离子的去除，在低温负压条件下通过膜蒸馏与闪蒸塔多级处理，实现废硫酸的浓缩回用，本发明的处理系统反应条件温和、操作简单、分离效率高，具有非常好的经济效益和应用前景；

2、本发明系统能够实现全自动化运行，可根据进料浓度和产品需求灵活调整运行参数，通过硫酸浓度在线监测和控制，确保废硫酸处理效果稳定。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，本发明的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，一种废硫酸净化浓缩处理系统，包括

离子交换设备，其包括填装有离子交换树脂的一组反应塔2、酸洗罐7、酸洗泵8、水洗罐9和水洗泵10，所述酸洗罐7通过管道和酸洗泵8连接至再生管道，所述水洗罐9通过管道和水洗泵10连接至再生管道，再生管道的端部与一组反应塔2底部相连接；

膜蒸馏设备，其包括原料罐11、薄膜蒸发器12、闪蒸塔22、真空泵17、循环水箱16、冷却器15、冷循环机构以及热循环机构，所述原料罐11通过净化出水管道4与一组反应塔2的底部出液口连接，所述原料罐11通过出料管道连接至薄膜蒸发器12和闪蒸塔22；

所述薄膜蒸发器12包括膜蒸发组件13和膜冷凝组件14，膜蒸发组件13和膜冷凝组件14分别与闪蒸塔22和冷循环机构相连接，闪蒸塔22与热循环机构相连接；所述真空泵17的进口与膜冷凝组件14的出口通过管道连接，所述循环水箱16的出水口通过管道连接真空泵17的密封液接口，所述真空泵17的出口通过管道与冷却器15相连接，所述冷却器15的出水口通过管道连接循环水箱16；

所述冷循环机构包括冷却水进水管道18和冷却水回水管道19，冷却水进水管道18分别连接至膜冷凝组件14和冷却器15的介质进口，冷却水回水管道19与膜冷凝组件14和换热器15的介质出口相连接；

所述热循环机构包括热循环换热器23、热循环泵24、减压蒸汽管道25和冷凝水管道26，所述闪蒸塔22的底部热循环出口通过管道依次连接热循环泵24和热循环换热器23，热循环换热器23的出口通过管道连接回所述闪蒸塔22的热循环进口，热循环换热器23的介质进口和介质出口分别连接减压蒸汽管道25和冷凝水管道26。

所述再生管道同时与工厂风管道6连通，反应塔2顶部与进料管道1和再生洗脱液管道5连通，反应塔2底部通过净化出水管道4与原料罐11连通。

原料罐11与膜蒸馏组件12和闪蒸塔22连通的出料管道上均设有控制进料的电磁阀。

膜蒸发组件13下部的浓缩液出口通过浓缩液管道21与原料罐11连通，膜冷凝组件14的下部连接有蒸发冷凝液排放管道20。

闪蒸塔22底部的浓酸出口通过管道连接外排泵27，外排泵27的出液管28上通过设置在线硫酸浓度计29和一对电磁阀控制浓酸外排回用或回流至原料罐11。所述循环水箱16为顶部敞口的水箱方便水满溢出。

一种废硫酸净化浓缩处理系统的使用工艺，包括以下步骤：

废硫酸通过反应塔2经过与其内设置的离子交换树脂3反应去除废硫酸中的铁离子、钙离子杂质，净化后的废硫酸进入原料罐11，离子交换树脂3饱和后经过酸洗、水洗交替处理后实现再生，洗脱液通过洗脱液出口管道5排出中和处理后排放；

通过真空泵17抽吸保持薄膜蒸发器负压状态，原料罐11内废硫酸在负压作用下被吸入膜蒸发组件13和闪蒸塔22，膜蒸发组件13的浓缩液通过浓缩液管道21回流至原料罐11，膜蒸发组件13汽化后的水蒸气通过蒸馏膜与闪蒸塔22汽化后的水蒸气均进入膜冷凝组件14，在冷循环机构作用下冷凝，蒸发冷凝液通过蒸发冷凝液排放管道20排出，闪蒸塔22为间歇进料，浓缩后的浓酸通过外排泵27排出，通过在线硫酸浓度计29控制外排回用或回流至原料罐11；

冷却水进水18通过膜冷凝组件14和冷却器15后由冷却水回水管道19排出，真空泵17为水环真空泵，通过冷却器15和循环水箱16实现降温；

减压蒸汽通过热循环换热器23后由冷凝水管道26排出，通过热循环换热器23和热循环泵24对闪蒸塔22内废硫酸加热，真空泵17抽吸闪蒸塔22汽化后的水蒸气经过膜蒸发组件13后进入膜冷凝组件14，实现对膜蒸发组件13的加热。

一组反应塔2的数量为两个，交替运行再生；离子交换树脂3为含有的磺酸基酸性基团阳离子交换树脂，酸洗罐7中酸洗液为低浓度硫酸，水洗罐9中为软化水。

薄膜蒸发器12内的真空度控制在100-150mbar。

闪蒸塔22内废硫酸加热温度控制在65-75℃。

废硫酸进料浓度为2%-8%，净化后亚铁离子浓度≤1mg/L，浓缩后硫酸浓度＞40%，浓缩倍数为5-20倍。

实施例

湖北某炼化厂硫酸生产装置副产废硫酸，水量为24m

废硫酸1m³/h通过反应塔进行离子交换处理，净化后废酸亚铁离子＜1mg/L，钙离子＜1mg/L，进入原料罐；

薄膜蒸发器温度为72℃，真空度为110mbar，膜冷凝组件冷却水进水温度与回水温度温差保持＞1℃，原料罐废酸在负压作用下进入膜蒸发组件，经过膜蒸发处理后浓水回流至原料罐，同时原料罐废酸间歇吸入闪蒸塔蒸发处理，控制条件为闪蒸塔低液位进料，高液位停止进料，原料罐废酸浓度为18%-25%；

闪蒸塔通过调节液位参数控制产酸浓度，浓缩后硫酸通过外排泵排出，控制条件为闪蒸塔中液位外排泵启动，低液位外排泵停止，浓缩后硫酸浓度＞40%，浓缩倍数为5-8倍。

实施例

某炼化厂含亚铁离子及钙离子杂质的废硫酸，水量为48m

薄膜蒸发器温度为69℃，真空度为100mbar，处理过程与实施例1类似，经过上述所述的处理系统和方法进行处理后，净化浓缩后硫酸中亚铁离子＜1mg/L，硫酸浓度＞40%，浓缩倍数为5-20倍。

上述实施案例只为说明本发明的技术方案及特点，其目的在于更好的让熟悉该技术的人士予以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，均在本发明保护范围之内，其中未详细说明的为现有技术。