[发明专利]一种预涂层膜技术脱除延迟焦化污水中乳化焦粉的方法及成套装置

权利要求书

1.一种预涂层膜技术脱除延迟焦化污水中乳化焦粉的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、以分馏塔顶分液罐产生的含硫污水、放空塔顶分液罐产生的吹气冷凝水为主的焦化污水，以压力流在线排水方式直接先进入超声波破乳装置系统（100），排水压力为1000kPa；在超声破乳罐（101）承压封闭式罐内，超声波换能器（102）利用磁致伸缩效应引起超声波辐射体（103）超频振动，超声振动能量沿着超声波辐射体（103）四周径向传递，产生20kHz超声波场作用于污水，产生的“热效应”使乳化油膜破裂和“位移效应”使油滴聚结变大，实现乳化油滴破乳，游离相焦油油滴析出；超声破乳罐（101）入口设有超声进水调节阀（104）、超声进水流量计（105）实现对进水量进行有效调控；

B、超声波破乳装置系统（100）采用高压密闭方式运行，罐体出口有较高的余压，处理出水利用超声破乳罐（101）余压以在线压力流排水方式直接进入正压全密闭浮选沉降一体化处理装置系统（200）进行后续处理；

所述的正压全密闭浮选沉降一体化处理装置系统（200）对焦化污水的处理过程为，焦化污水进入全密闭浮选沉降处理设备箱体（201），利用多相流氮气溶气及释放系统（202）释放出的10~20μm高度弥散的氮气微气泡将超声破乳产生的≥10μm游离相焦油油滴进行浮选分离去除，利用斜板浅池分离原理将≥20μm的大颗粒焦粉进行沉降分离去除；分离产生的废焦油在集油集气帽（23）富集浓缩到一定程度，经由焦油在线排放系统（203）进行在线自动加压至1000kPa外排至污油罐回收；分离产生的大颗粒焦粉在锥形集泥斗（29）中沉积浓缩，经由焦粉在线排放系统（204）定时进行在线自动加压至≥300kPa外排至浮渣回炼系统进行重新炼焦；集油集气帽（23）、集水集气帽（24）、出水集气帽（26）在出水联通管（25）以上为产生废气的气室空间，废气用设在顶端的联通排气管线（205）联通并连接到液环压缩机排气系统（400）进行在线自动加压至50~100kPa，外排至低压瓦斯放空系统的火炬管网进行废气焚烧处理，避免以硫化氢为主的有毒气体泄漏；

C、正压全密闭浮选沉降一体化处理装置系统（200）处理后出水在出水区（28）内汇集，此时焦化污水中主要为0.1~10μm的乳化焦粉颗粒，占焦粉总量的30%，为微纳米级、高荷电、高度乳化的胶体颗粒，存在无法彻底破乳、水力分离困难，机械过滤效果差，固化膜过滤堵膜严重、清洗困难甚至出现膜层报废的问题；最后在线提升进入预涂层膜过滤装置系统（300）处理，利用在涂膜滤元（2）上预涂的复合预涂膜层取代固化膜层，将乳化焦粉颗粒彻底滤除，堵膜后将复合预涂膜层和截留的焦粉颗粒彻底爆膜反洗掉，重新涂膜过滤，以解决固化膜层不可逆污染的问题；预涂层膜过滤装置系统（300）产水有500kPa的余压，通过在线压力流排水方式直接排至汽提塔进行回用；

所述的预涂层膜过滤装置系统（300）采用0.2mm厚、孔隙率70%、孔径为3μm的316L不锈钢的金属纤维烧结微孔滤材作为涂膜滤元（2）；采用500目Al₂O₃纳米活性体改性膜粉与200~300目活性焦粉末的助滤膜粉按照1：10的质量配比形成复配膜粉作为涂膜材料，按照10~30g/m²的剂量范围，将复配膜粉预涂在涂膜滤元（2）的表层形成厚度为50~100μm的复合预涂膜层，复合预涂膜层为凝胶膜层与助滤膜层的复合体，综合了膜分离技术的吸附效应、筛分效应及静电效应３大基本原理，过滤精度可达50~100nm，可以将乳化焦粉颗粒彻底滤除，堵膜后将复合预涂膜层和截留的焦粉颗粒彻底爆膜反洗掉，重新涂膜过滤，以解决固化膜层不可逆污染的问题；

所述的预涂层膜过滤装置系统（300）采用“涂膜→过滤→爆膜反洗”循环操作的方式运行，爆膜反洗系统（304）、涂膜系统（303）设置为供单组过滤器模块爆膜反洗、涂膜运行使用，逐一切换，一组预涂层膜过滤器功能模块（301）进行爆膜反洗、涂膜时，另一组预涂层膜过滤器功能模块（301）可以仍维持过滤运行状态，保证爆膜反洗、涂膜时预涂层膜过滤装置系统（300）不停水，满足在线过滤运行要求；

在步骤B中，正压全密闭浮选沉降一体化处理装置系统（200）内配套设有多相流氮气溶气及释放系统（202），用来产生浮选分离所需的微纳米气泡；多相流氮气溶气及释放系统（202）从出水区（28）内取部分出水和吸入的氮气，在多相流溶气泵（2021）内经过特制叶轮多级切割、加压，使气充分溶解到水中形成饱和溶气水；饱和溶气水之后经过外置的溶气释放阀（2026）在微气泡接触区（20）内瞬间释放出大量高度弥散的微米气泡，与焦化污水充分接触，微米气泡将水中疏水性的焦油有效捕捉、粘附；气水接触后焦化污水向上溢流进入浮选沉降分离区（21），在此微米气泡携带捕捉到的焦油油滴与水分层，沿着锥形导流板（22）向上浮升进入集油集气帽（23）富集形成有效的油层，水向下流折向进入出水缓冲区（27），在此过程通过设置整流构件维持良好的固液分离水力条件，对大颗粒焦粉进行有效沉淀分离，并在锥形集泥斗（29）中沉积浓缩；经过浮选、沉淀分离处理后的焦化污水进入出水缓冲区（27）后，向上流进入集水集气帽（24）经出水联通管（25）进入出水集气帽（26）和出水区（28），完成浮选、沉淀分离水处理过程；

在步骤B中，水处理过程中全密闭浮选沉降处理设备箱体（201）以出水联通管（25）为气室和水室分界面，微气泡接触区（20）、浮选沉降分离区（21）、出水缓冲区（27）运行液位稳定维持在出水联通管（25）处，集油集气帽（23）、集水集气帽（24）、出水集气帽（26）在出水联通管（25）以上为产生废气的气室空间，废气用设在顶端联通排气管线（205）联通，一方面维持各区域气压平衡，另一方面废气积聚到5~10kPa后，经由与联通排气管线（205）连接的液环压缩机排气系统（400）进行在线自动加压至50~100kPa，之后外排至低压瓦斯放空系统的火炬管网进行废气焚烧处理，避免以硫化氢为主的有毒气体泄漏；

在步骤C中，过滤过程是经进水产水系统（302）输送至预涂层膜过滤器功能模块（301）完成的，具体实施方式为：进水选择阀（6）开启，进水/反洗排水转换三通阀（4）切换至进水口通道、产水/反洗进水转换三通阀（5）切换至产水口通道、产水/涂膜循环转换三通阀（8）切换至产水通道，正压全密闭浮选沉降一体化处理装置系统（200）处理后出水在出水区（28）内汇集，经变频供水泵（13）提升，焦化污水从预涂层膜过滤器（1）底部进入罐内，之后从外侧流经复合预涂膜层和涂膜滤元（2）完成过滤；产水进入涂膜滤元（2）的内腔汇集，进入固定花盘组件（12）上部的产水区，由上封头顶端排出罐外，产水有大约500kPa的余压，通过在线压力流排水方式直接排至汽提塔进行回用；进水产水系统（302）可以实现供两组同时或单组预涂层膜过滤器功能模块（301）过滤运行使用，根据投运组数变频设定不同的变频供水泵（13）进水流量，整个运行过程中膜进水流量计（14）反馈信号至超声进水调节阀（104）、超声进水流量计（105），超声进水调节阀（104）对超声波破乳装置系统（100）进水量进行调节，使膜进水流量计（14）与超声进水流量计（105）流量基本保持一致，即使在一组预涂层膜过滤器功能模块（301）进行涂膜或爆膜反洗，另一组预涂层膜过滤器功能模块（301）仍维持过滤运行状态时，超声波破乳装置系统（100）、正压全密闭浮选沉降一体化处理装置系统（200）、预涂层膜过滤装置系统（300）处理量能维持一致，满足不停水的在线处理要求；

在步骤C中，涂膜过程是经涂膜系统（303）通过水力循环方式输送涂膜材料至预涂层膜过滤器功能模块（301）完成的，具体实施方式为：涂膜选择阀（7）开启、进水/反洗排水转换三通阀（4）切换至进水口通道、产水/反洗进水转换三通阀（5）切换至产水口通道、产水/涂膜循环转换三通阀（8）切换至涂膜循环口通道，在超声波震荡桥（3）分散作用下，经循环涂膜泵（17）提升，在涂膜箱（15）和预涂层膜过滤器功能模块（301）之间形成水力循环，在此过程中复配膜粉通过膜粉投加装置（16）投加至涂膜箱（15）内，在水力循环过滤的作用下在涂膜滤元（2）外表面敷涂一层复合预涂膜层（11）作为过滤介质，实现涂膜快速、均匀和可控的涂膜工艺过程；涂膜系统（303）设置为供单组预涂层膜过滤器功能模块（301）涂膜运行使用，逐一切换，一组预涂层膜过滤器功能模块（301）进行涂膜时，另一组预涂层膜过滤器功能模块（301）仍维持过滤运行状态，保证涂膜时预涂层膜过滤装置系统（300）不停水；

在步骤C中，爆膜反洗过程是经爆膜反洗系统（304）依次输送压缩氮气、洁净的生产给水、蒸汽至预涂层膜过滤器功能模块（301），采用超声波震荡桥（3）进行超声波清洗和爆膜反洗系统（304）进行气水脉冲反洗联合的方式，实现爆膜清洗快速、彻底、排污量小和过程可控的工艺要求；根据爆膜反洗要求，可以进行“气洗爆膜→水反洗→蒸汽吹扫”过程交替循环操作，确保爆膜反洗彻底；爆膜清洗时间不超过3min，操作简单可控，反洗排污量少，不超过处理水量的1%；采用压缩氮气、洁净的生产给水、蒸汽对进行预涂层膜过滤器功能模块（301）爆膜反洗，保证排污、排气的无毒化，排污利用余压可以直接在线排入焦炭池，主要为氮气的废气利用余压直接在线排入大气中，具体实施过程包括：

1）预涂层膜过滤器功能模块（301）跨膜压差达到80~100kPa时，需要进行爆膜反洗；此过程产水/反洗进水转换三通阀（5）切换至反洗进水通道、进水/反洗排水转换三通阀（4）切换至反洗排水通道、爆膜反洗期间超声波震荡桥（3）一直处于开启状态；

2）先进行气洗爆膜：氮气调压阀（32）将氮气进气压力维持在300~500kPa范围，氮气进气控制阀（31）开启，压缩氮气瞬间进入涂膜滤元（2）内腔形成由内而外爆膜，联合超声波震荡桥（3）的超声清洗作用，涂膜滤元（2）表层的复合预涂膜层和截留的焦粉颗粒被压缩气彻底爆膜、脱落进入预涂层膜过滤器（1）内固定花盘组件（12）下部的污水中，同时污水被压缩氮气经由排污管路（3046）排出预涂层膜过滤器（1）外，完成气洗爆膜过程；

3）之后进行水反洗：关闭氮气进气控制阀（31），反洗进水控制阀（30）开启，洁净的生产给水进入涂膜滤元（2）内腔形成由内而外的水清洗，联合超声波震荡桥（3）的超声清洗作用，涂膜滤元（2）被水洗干净，此过程排污管路（3046）不断有水排出，预涂层膜过滤器（1）内罐内脏水被置换干净，完成水反洗过程；

4）然后进行蒸汽吹扫：关闭氮气进气控制阀（31）、反洗进水控制阀（30），蒸汽调压阀（34）将蒸汽进气压力维持在500~800kPa范围，蒸汽进气控制阀（33）开启，蒸汽瞬间进入涂膜滤元（2）内腔形成由内而外的蒸汽吹扫，联合超声波震荡桥（3）的超声清洗作用，高温蒸汽将涂膜滤元（2）内少量粘附性强的油性杂质颗粒彻底吹脱，同时预涂层膜过滤器（1）罐壁粘附的颗粒也被蒸汽吹扫去除，干净如初，完成蒸汽吹扫过程；

5）最后爆膜反洗完成后，关闭氮气进气控制阀（31）、关闭蒸汽进气控制阀（33）、关闭反洗进水控制阀（30）、关闭超声波震荡桥（3）、进水/反洗排水转换三通阀（4）切换至进水通道、排气阀（9）打开、反洗进水控制阀（30）开启，洁净的生产给水充满预涂层膜过滤器（1），排出多余气体，转入涂膜工艺过程；爆膜反洗系统（304）设置为供单组预涂层膜过滤器功能模块（301）爆膜反洗运行使用，逐一切换，一组预涂层膜过滤器功能模块（301）进行爆膜反洗时，另一组预涂层膜过滤器功能模块（301）仍维持过滤运行状态，保证爆膜反洗时预涂层膜过滤装置系统（300）不停水。

2.如权利要求1所述的一种预涂层膜技术脱除延迟焦化污水中乳化焦粉的方法，其特征在于，在步骤A、B、C中，对延迟焦化装置排放的焦化污水进行在线即时处理，处理后产水进行在线加压即时回用，处理过程中分离出的废气、焦油、焦粉、反洗排水也通过在线即时加压外输至相关收集点，满足延迟焦化装置生产过程中随时排水、即时在线处理外输回用的在线处理工况要求。