【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤化工废水间接制氢，具体而言，尤其涉及一种煤化工废水制氢联产淡水的方法及系统。
技术介绍
1、废水处理是煤化工生产过程中必不可少的环节，它能有效地减少对环境的污染，保护生态环境。如图1所示，传统的煤化工废水处理的基本工艺流程，包括预处理、混凝沉淀、回收处理、生物处理和后处理等环节。煤化工废水处理的第一步是进行预处理，主要目的是去除废水中的固体悬浮物和油脂等杂质。混凝沉淀处理后，通过对废水中的一些化工产品的回收完成回收处理，生物处理是煤化工废水处理的核心环节，通过利用微生物对有机物进行降解，将有机物转化为无机物，从而达到净化废水的目的。生物处理通常包括以下几个步骤：1.好氧生物处理：将经过混疑沉淀的废水进入好氧生物反应器，通过通入空气或者纯氧，提供充足的氧气供给，使微生物能够进行有效的有机物降解。2.好氧池：好氧生物反应器中的微生物通过降解有机物，产生二氧化碳和水等无害物质，同时繁殖增殖。经过好氧池处理后的废水中的有机物质已经大大降低。3.厌氧生物处理：经过好氧处理后的废水进入厌氧生物反应器，由于缺氧环境，微生物将继续降解有机物，产生甲烷等气体。之后进行盐水处理单元。如图2所示的兰炭废水是煤化工废水中的最难处理的废水之一，在传统的煤化工废水处理的基础上，还要进行脱酸、脱氨、萃取等处理，尤其是在上述第一步预处理过程中，除油单元后处理的废水中含油包尘及尘包油等杂质，极易出现进入氨回收单元容易堵塞氨回收装置的问题，厂区需要在间隔一段时间后进行滤网的清洗，极大地占用了生产时间，经过上述处理的废水也仅是为了达到省级或是国家级排
2、氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。利用太阳能、风能等可再生能源产生的绿电，驱动电解水反应制备氢气，对解决能源短缺问题并实现“双碳”目标具有重要意义。在目前的电解水制氢技术中，碱性电解水成本较低、技术相对成熟，是产业化程度最广的制氢技术，占据着主导地位。国际可再生能源署(irena)发布的《全球制氢用水报告》显示，目前全球主流制氢方式都需要用淡水，主要集中在制氢和冷却两大过程中。每生产1千克蓝氢需要消耗约32.2升淡水，绿氢生产中，碱性电解水制氢工艺每生产1千克氢气所消耗的淡水量预计为22.3升。但全球淡水资源极其有限，电解水制氢技术的大规模推广应用，无疑会加剧淡水资源短缺问题。
技术实现思路
1、根据上述提出的技术问题，而提供一种煤化工废水制氢联产淡水的方法及系统。本专利技术可以实现低成本的废水处理的同时，节省传统煤化工废水处理装置的占地面积，实现氢能源及其他产物的高效生产。
2、本专利技术采用的技术手段如下：
3、一种煤化工废水制氢联产淡水的系统，包括：煤化工废水导出单元、物料提取单元、氧化处理单元和电解水耦合低温蒸馏集成系统，所述电解水耦合低温蒸馏集成系统包括碱性电解槽单元、氧分离冷却单元、氢分离冷却单元、氢纯化冷却单元、碱液过滤循环单元和废水制淡水单元，所述煤化工废水导出单元用于向氧化处理单元中供给煤化工废水，所述氧化处理单元用于对煤化工废水进行氧化处理，将酚类有机物氧化为co2或者生成羧酸或羧酸盐类物质，经氧化处理单元处理后的废水进入所述电解水耦合低温蒸馏集成，所述废水制淡水单元用于对废水进行加热，蒸汽除杂质并冷凝后产生淡水；所述废水制淡水单元的输出端与碱性电解槽单元相连，所述碱性电解槽单元中的淡水在直流电的作用下分解成氢气和氧气，氢气和碱液进入氢分离冷却单元，氧气和碱液进入氧分离冷却单元；所述氢纯化冷却单元用于完成氢气的提纯，所述碱液过滤循环单元用于完成碱性电解槽单元和氢分离冷却单元、氧分离冷却单元中的碱液强制循环，所述物料提取单元设置于煤化工废水导出单元和电解水耦合低温蒸馏集成系统之间，用于对需要的工质进行提取回收。
4、进一步地，废水经氧化处理单元处理后进入到废水制淡水单元或是进入到氢分离冷却单元、氧分离冷却单元中。
5、进一步地，所述氧化处理单元连接有氧化剂投加单元，所述氧化剂投加单元中设置有氧化剂，使得氧化剂投加至氧化处理单元后，经氧化处理单元处理后的废水已被完全氧化或不完全氧化，完全氧化时，产物为预处理废水和co2，不完全氧化时，生成含有羧酸或羧酸盐类物质的预处理废水。
6、进一步地，所述碱性电解槽模块的氢气出口与氢分离冷却单元相连，碱性电解槽模块的氧气出口与氧分离冷却单元相连，碱性电解槽模块的碱液入口与废水制淡水单元相连，氧分离冷却单元通过气液分离方法进行氧气和碱液的分离，氢分离冷却单元通过气液分离方法进行氢气和碱液的分离，氢分离冷却单元的氢出口与氢纯化冷却单元相连，氧分离冷却单元的碱液出口、氢分离冷却单元碱液出口均与碱液过滤循环单元相连，用以提供待冷却高温碱液，所述废水制淡水单元的淡水出口与氢分离冷却单元相连。
7、进一步地，所述氧化处理单元的进气端与氧分离冷却单元的输出端相连，氧化处理单元输出的废水已被完全氧化或不完全氧化，完全氧化时，产物为预处理废水和co2，不完全氧化时，生成含有羧酸或羧酸盐类物质的预处理废水。
8、进一步地，所述废水制淡水单元的数量至少为1个，所述废水制淡水单元包括装置筒体、抽真空系统、冷凝器、接水板、丝网分离器，所述装置筒体上开设有抽真空系统连接口、废水进入口、产物排出口、淡水出口、碱液循环管，通过抽真空系统连接口与抽真空系统相连，通过废水进入口与煤化工废水导出单元或是氧分离冷却单元/氢分离冷却单元相连，所述产物排出口用于收集浓盐水，所述碱液循环管用于将高温碱液与废水进行换热，降低碱液温度并使得废水到达蒸发温度蒸发为水蒸气，通过冷凝器对水蒸气进行冷凝，接水板用于承接冷凝水滴，其输出端与淡水出口相连，在装置筒体内设置有丝网分离器，其用于分离水蒸气中的较大液滴和杂质，当废水制淡水单元的数量不为1个时，第一废水制淡水单元和后续的废水制淡水单元之间设置有碱性物质投加装置。此时，所述产物排出口用于收集复合碳源。
9、进一步地，所述废水制淡水单元还连接有淡水存储单元，用于存储多余的淡水。
10、进一步地，所述物料提取单元包括下述单元的至少一个：在煤化工废水导出单元和氧化处理单元之间，设置有用于提炼焦油的除油单元；在煤化工废水导出单元和电解水耦合低温蒸馏集成系统之间，设置有用于提取氨水的氨回收单元，所述氨回收单元设置于氧化处理单元的前置工序或是氧化处理单元和电解水耦合低温蒸馏集成系统之间的后置工序；在煤化工废水导出单元和电解水耦合低温蒸馏集成系统之间，设置有用于提取粗酚的脱酚单元。
11、一种煤化工废水制氢联产淡水的方法，包括如下步骤：
12、s1、基于煤化工废水处理工艺过程中待回收的工质，确认物料提取单本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种煤化工废水制氢联产淡水的系统，其特征在于，煤化工废水导出单元、物料提取单元、氧化处理单元和电解水耦合低温蒸馏集成系统，所述电解水耦合低温蒸馏集成系统包括碱性电解槽单元、氧分离冷却单元、氢分离冷却单元、氢纯化冷却单元、碱液过滤循环单元和废水制淡水单元，所述煤化工废水导出单元用于向氧化处理单元中供给煤化工废水，所述氧化处理单元用于对煤化工废水进行氧化处理，将酚类有机物氧化为CO2或者生成羧酸或羧酸盐类物质，经氧化处理单元处理后的废水进入所述电解水耦合低温蒸馏集成，所述废水制淡水单元用于对废水进行加热，蒸汽除杂质并冷凝后产生淡水；所述废水制淡水单元的输出端与碱性电解槽单元相连，所述碱性电解槽单元中的淡水在直流电的作用下分解成氢气和氧气，氢气和碱液进入氢分离冷却单元，氧气和碱液进入氧分离冷却单元；所述氢纯化冷却单元用于完成氢气的提纯，所述碱液过滤循环单元用于完成碱性电解槽单元和氢分离冷却单元、氧分离冷却单元中的碱液强制循环，所述物料提取单元设置于煤化工废水导出单元和电解水耦合低温蒸馏集成系统之间，用于对需要的工质进行提取回收。
2.根据权利要求1所述的煤化工废水制氢联
3.根据权利要求1所述的煤化工废水制氢联产淡水的系统，其特征在于，所述氧化处理单元连接有氧化剂投加单元，所述氧化剂投加单元中设置有氧化剂，使得氧化剂投加至氧化处理单元后，经氧化处理单元处理后的废水已被完全氧化或不完全氧化，完全氧化时，产物为预处理废水和CO2，不完全氧化时，生成含有羧酸或羧酸盐类物质的预处理废水。
4.根据权利要求1所述的煤化工废水制氢联产淡水的系统，其特征在于，所述碱性电解槽模块的氢气出口与氢分离冷却单元相连，碱性电解槽模块的氧气出口与氧分离冷却单元相连，碱性电解槽模块的碱液入口与废水制淡水单元相连，氧分离冷却单元通过气液分离方法进行氧气和碱液的分离，氢分离冷却单元通过气液分离方法进行氢气和碱液的分离，氢分离冷却单元的氢出口与氢纯化冷却单元相连，氧分离冷却单元的碱液出口、氢分离冷却单元碱液出口均与碱液过滤循环单元相连，用以提供待冷却高温碱液，所述废水制淡水单元的淡水出口与氢分离冷却单元相连。
5.根据权利要求1所述的煤化工废水制氢联产淡水的系统，其特征在于，所述氧化处理单元的进气端与氧分离冷却单元的输出端相连，氧化处理单元输出的废水已被完全氧化或不完全氧化，完全氧化时，产物为预处理废水和CO2，不完全氧化时，生成含有羧酸或羧酸盐类物质的预处理废水。
6.根据权利要求1所述的煤化工废水制氢联产淡水的系统，其特征在于，所述废水制淡水单元的数量至少为1个，所述废水制淡水单元包括装置筒体、抽真空系统、冷凝器、接水板、丝网分离器，所述装置筒体上开设有抽真空系统连接口、废水进入口、产物排出口、淡水出口、碱液循环管，通过抽真空系统连接口与抽真空系统相连，通过废水进入口与煤化工废水导出单元或是氧分离冷却单元/氢分离冷却单元相连，所述产物排出口用于收集浓盐水，所述碱液循环管用于将高温碱液与废水进行换热，降低碱液温度并使得废水到达蒸发温度蒸发为水蒸气，通过冷凝器对水蒸气进行冷凝，接水板用于承接冷凝水滴，其输出端与淡水出口相连，在装置筒体内设置有丝网分离器，其用于分离水蒸气中的较大液滴和杂质，当废水制淡水单元的数量不为1个时，第一废水制淡水单元和后续的废水制淡水单元之间设置有碱性物质投加装置。
7.根据权利要求1所述的煤化工废水制氢联产淡水的系统，其特征在于，所述废水制淡水单元还连接有淡水存储单元，用于存储多余的淡水。
8.根据权利要求1所述的煤化工废水制氢联产淡水的系统，其特征在于，所述物料提取单元包括下述单元的至少一个：在煤化工废水导出单元和氧化处理单元之间，设置有用于提炼焦油的除油单元；在煤化工废水导出单元和电解水耦合低温蒸馏集成系统之间，设置有用于提取氨水的氨回收单元，所述氨回收单元设置于氧化处理单元的前置工序或是氧化处理单元和电解水耦合低温蒸馏集成系统之间的后置工序；在煤化工废水导出单元和电解水耦合低温蒸馏集成系统之间，设置有用于提取粗酚的脱酚单元。
9.根据权利要求1～8任一项系统的煤化工废水制氢联产淡水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤S2中，当需要制备的最终产物为复合碳源时，通过调节氧气量调节模块控制进入氧化处理单元中氧气的含量或是通过剂量调节模块控制进入氧化处理单元中氧化剂的含量，进而使得进入电解水耦合低温蒸馏集成系统的废水中含有羧酸或羧酸盐；设置有至少两个相连的废水制淡水单...
【技术特征摘要】
1.一种煤化工废水制氢联产淡水的系统，其特征在于，煤化工废水导出单元、物料提取单元、氧化处理单元和电解水耦合低温蒸馏集成系统，所述电解水耦合低温蒸馏集成系统包括碱性电解槽单元、氧分离冷却单元、氢分离冷却单元、氢纯化冷却单元、碱液过滤循环单元和废水制淡水单元，所述煤化工废水导出单元用于向氧化处理单元中供给煤化工废水，所述氧化处理单元用于对煤化工废水进行氧化处理，将酚类有机物氧化为co2或者生成羧酸或羧酸盐类物质，经氧化处理单元处理后的废水进入所述电解水耦合低温蒸馏集成，所述废水制淡水单元用于对废水进行加热，蒸汽除杂质并冷凝后产生淡水；所述废水制淡水单元的输出端与碱性电解槽单元相连，所述碱性电解槽单元中的淡水在直流电的作用下分解成氢气和氧气，氢气和碱液进入氢分离冷却单元，氧气和碱液进入氧分离冷却单元；所述氢纯化冷却单元用于完成氢气的提纯，所述碱液过滤循环单元用于完成碱性电解槽单元和氢分离冷却单元、氧分离冷却单元中的碱液强制循环，所述物料提取单元设置于煤化工废水导出单元和电解水耦合低温蒸馏集成系统之间，用于对需要的工质进行提取回收。
2.根据权利要求1所述的煤化工废水制氢联产淡水的系统，其特征在于，废水经氧化处理单元处理后进入到废水制淡水单元或是进入到氢分离冷却单元、氧分离冷却单元中。
3.根据权利要求1所述的煤化工废水制氢联产淡水的系统，其特征在于，所述氧化处理单元连接有氧化剂投加单元，所述氧化剂投加单元中设置有氧化剂，使得氧化剂投加至氧化处理单元后，经氧化处理单元处理后的废水已被完全氧化或不完全氧化，完全氧化时，产物为预处理废水和co2，不完全氧化时，生成含有羧酸或羧酸盐类物质的预处理废水。
4.根据权利要求1所述的煤化工废水制氢联产淡水的系统，其特征在于，所述碱性电解槽模块的氢气出口与氢分离冷却单元相连，碱性电解槽模块的氧气出口与氧分离冷却单元相连，碱性电解槽模块的碱液入口与废水制淡水单元相连，氧分离冷却单元通过气液分离方法进行氧气和碱液的分离，氢分离冷却单元通过气液分离方法进行氢气和碱液的分离，氢分离冷却单元的氢出口与氢纯化冷却单元相连，氧分离冷却单元的碱液出口、氢分离冷却单元碱液出口均与碱液过滤循环单元相连，用以提供待冷却高温碱液，所述废水制淡水单元的淡水出口与氢分离冷却单元相连。
5.根据权利要求1所述的煤化工废水制氢联产淡水的系统，其特征在于，所述氧化处理单元的进气端与氧分离冷却单元的输...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓德会，朱培鑫，刘艳廷，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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