[发明专利]一种用于精馏塔内件阻垢的改性碳纳米涂层

说明书

发明领域

本发明涉及一种精馏塔填料和塔板表面的涂层材料，特别是涉及一种能够在高盐、高碱、高钙镁和含有重金属的废水处理中使用的精馏塔填料和塔板的防结垢涂层材料。

背景技术

在冶金、化工、化肥、食品加工、电镀等行业的生产过程中，常产生大量高浓度氨氮废水，由于这种废水氨氮浓度能够达到3000～80000mg/L而且无机盐浓度较高，难以使用一般的生物方法处理，因此常采用物化方法进行处理。专利200710099139.6公开了一种处理有色金属加工含氨和硫酸根废水的方法，提出了使用精馏塔来进行氨的脱除并实现氨水资源化回收；专利200410064524.3也公开了一种用于脱氨的塔设备，成功实现了高浓度氨氮废水的处理。但由于工业废水中固体颗粒物、钙、镁和重金属等物质含量较高，且精馏脱氨时需要把废水pH调节到碱性，更容易导致钙镁的沉淀结垢，因此在塔设备运行过程中容易造成塔内件堵塞的问题，从而导致精馏塔需要频繁停车清理，难以长期稳定运行。

为了防止沉淀堵塞精馏塔，常采用的方法有添加阻垢剂(201010203902.7，95121858.1，98115511.1)、增加除垢设备(200920136546.4)、增加塔板开孔大小等。这些方法在一定程度上改善了塔内件结垢的问题，但都存在各自的问题，例如：添加阻垢剂会引入其他物质，造成脱氨后的废水水质不达标，而且增加运行成本；增加除垢设备能够将沉淀处理为微小的结晶从而使其难以在塔内件上富集，从而起到防止结垢的作用，但这种方法需新增专用设备，增加了设备投资和工程占地面积；增加塔板开孔大小可以减缓结垢堵塞，但容易造成漏液和穿透，造成处理后的水被污染，其应用受到较大限制。通过精馏塔内件材料的改性而减少结垢是较为可行的方法，专利98118092.2公开了一种能够缓解管道结垢的涂料，能够降低沉淀物在管壁上的沉积，但该涂料使用后具有一定的厚度，对精馏塔的通量和流体力学性质会造成明显的影响，且耐热能力难以满足精馏脱氨过程的需要。

因此，开发一种厚度很小，且能够长期耐受160℃以上工作稳定的抗结垢涂层，对于解决精馏脱氨过程的设备结垢、堵塞问题具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的高氨氮、易结垢的高盐废水处理过程中设备结构的问题；从而提供一种用于精馏塔内件表面改性碳纳米涂层材料，该材料能够阻止碳酸钙、碳酸镁、氢氧化钙、氢氧化镁、硫酸钙、磷酸钙和重金属氢氧化物等在精馏塔内件上的沉积，具有厚度很小，耐高温的特点。

本发明提供的用于精馏塔内件表面磷、硫改性碳纳米涂层材料的制备方法，包括如下步骤：

1)原料配制：在冰水浴条件下，取双二苯基膦甲烷，二巯基甲烷按照一定比例混合均匀，并保存在冰水浴中；

2)改性碳纳米材料制备：取一定质量的步骤1)得到的混合液，使用计量泵以0.1～200g/min的速度注入氩气氛管式炉中，迅速加热至1000～1300℃，此时原料液完全气化，保持该气化物在此步骤管式炉中的停留时间大于2秒，其目的是使其充分原子化；

3)化学气相原位沉积：将需要涂层的塔内件放置于氢气或氩气氛管式炉内，温度控制在500～1300℃，将步骤2)得到的气化物通入此步骤管式炉中，保温10～60分钟；

4)改性碳纳米涂层生成：将步骤3)处理后的塔内件转移至0～90℃的恒温器内，使其温度迅速降低，最终在表面生成巯基和磷接枝的三维碳纳米结构，该结构能够有效抑制钙盐和镁盐在表面沉积，且耐温不低于160℃、不易脱落。

前述精馏塔内件指安装于精馏塔内部的零件，包括：塔板、填料、蒸汽喷布管、液体分布器，及这些零件的配套零部件。

上述步骤1)中所述的双二苯基膦甲烷的分子式为C₂₅H₂₂P₂、二巯基甲烷的分子式为CH₄S₂。所述的一定比例指双二苯基膦甲烷，二巯基甲烷的质量比为40∶1～1∶10。

上述步骤2)中所述的取一定质量，是指按照需涂层处理的塔内件表面积计算，每平方米加入0.1g。所述的氩气氛，其中含氧量应小于0.1％。所述的停留时间指原料液进入管式炉到气化物离开管式炉的时间。

上述步骤3)中所述的氢气或氩气氛，其中含氧量应小于0.1％，含氮量应小于0.2％。

上述步骤4)中所述的恒温器，其性能要求是在物料放置到其中时，保持温度波动小于20℃。

与现有技术相比，本发明所述的优点在于：