專利名稱：海水淡化中采用低成本工藝脫除鈣鎂，實(shí)現(xiàn)水鹽聯(lián)產(chǎn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是海水淡化行業(yè)中的脫除鈣鎂問題，在此基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)工廠化制水和制鹽流程的一體化，在制得淡水的同時(shí)，獲得精制原鹽。該發(fā)明是在海水淡化過程中，采用石灰-芒硝-二氧化碳法對含有鈣鎂離子的濃縮海水進(jìn)行精制，解決在后續(xù)加工過程中的結(jié)垢的問題。在流程前段由于海水濃度較小，采用能耗較低的反滲透法，在流程中段采用能夠適應(yīng)中等濃度的低溫多效或高溫多效或相似的熱法，在流程的后段采用真空制鹽流程獲得精制原鹽。
背景技術(shù)：
目前在海水淡化領(lǐng)域廣泛采用反滲透法、低溫多效法、高溫多效法、多級閃蒸法、電滲析法等，由于海水中鈣鎂離子的存在，在海水濃縮過程中形成結(jié)垢，無論何種方法均受到濃縮比的限制。而采用通常精制鹽水的石灰純堿法、燒堿純堿法對其進(jìn)行脫除鈣鎂的精制，其精制成本對水量巨大，同時(shí)鈣鎂含量較大的海水淡化行業(yè)均無法承受其成本壓力。在環(huán)境保護(hù)方面，由于在海水淡化領(lǐng)域，不能將海水中的鹽類進(jìn)行分離，均采用將提取淡水以后的濃縮海水排放回海洋的方法。對于小型海水淡化裝置對海域水質(zhì)的影響較小，但是隨著海水淡化產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，裝置規(guī)模不斷擴(kuò)大，裝置數(shù)量不斷增加，使得對海域環(huán)境的影響也逐漸顯現(xiàn)，特別是對于海水淡化發(fā)展的重點(diǎn)地區(qū)，我國的內(nèi)?！澈５挠绊懜用黠@，因?yàn)椴澈Ｊ且粋€(gè)半封閉的內(nèi)海，與外洋的交流甚小，環(huán)境的自修復(fù)能力不足以補(bǔ)償人類活動(dòng)的影響，所以本專利對環(huán)渤海地區(qū)的海水淡化產(chǎn)業(yè)具有明顯的實(shí)用意義。此外，海水淡化和真空制鹽實(shí)際上進(jìn)行的是同樣的操作，都是完成水鹽分離，海水淡化過程是獲得其中的淡水，而制鹽則是獲得其中的原鹽。所不同的是海水淡化是在低濃度范圍進(jìn)行，而制鹽過程則是在高濃度范圍進(jìn)行。如果能夠解決海水的濃縮倍數(shù)問題，則可以將海水淡化過程和真空制鹽過程聯(lián)系成為一個(gè)整體，本發(fā)明解決了低成本脫除鈣鎂的問題，所以就使得海水淡化與真空制鹽成為一個(gè)有機(jī)的整體。此方案具有明顯的環(huán)境保護(hù)意義和經(jīng)濟(jì)意義。

發(fā)明內(nèi)容
在目前廣泛使用的海水淡化方法中，存在著如下問題由于海水中鈣鎂離子的存在無論是反滲透膜法還是低溫多效、高溫多效、多級閃蒸等熱法均受到濃縮倍數(shù)的限制，為防止結(jié)垢的形成還需在海水中加入阻垢劑。本專利的發(fā)明內(nèi)容就是采用低成本的脫除鈣鎂離子的工藝方法，對海水或濃縮海水進(jìn)行處理，降低海水或濃縮海水中的鈣鎂離子含量，使其失去結(jié)垢條件，使海水淡化過程中的濃縮倍數(shù)不受鈣鎂離子結(jié)垢限制，從而打通海水淡化和真空制鹽的流程聯(lián)系。本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)海水淡化和真空制鹽的聯(lián)為一體的工藝流程，為實(shí)現(xiàn)脫除鈣鎂離子的目的，采用石灰-芒硝-二氧化碳法對含有鈣鎂離子的濃縮海水進(jìn)行精制，所使用的原料是價(jià)廉易得的石灰、芒硝和煙道氣。石灰-芒硝-二氧化碳法脫除鈣鎂離子精制裝置的工藝流程為第一步除鎂返回的母液根據(jù)濃縮海水所含鈣鎂離子和硫酸根離子的比值加入適量的芒硝，配制好芒硝液的濃縮海水與石灰乳混合，由于氫氧化鈣為過量物質(zhì)，加入后和濃縮海水中的鎂離子生成氫氧化鎂，在加入絮凝劑作用下形成沉淀完成除鎂過程。第二步苛化過量的氫氧化鈣與硫酸鈉完成苛化反應(yīng)生成氫氧化鈉和硫酸鈣沉淀，生成的硫酸鈣，在加入絮凝劑作用下形成硫酸鈣和氫氧化鎂沉淀完成分離過程。第三步除鈣完成除鎂和苛化后的濃縮 海水通入含有二氧化碳的煙道氣，溶液中的氫氧化鈉和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉，碳酸鈉和溶液中的鈣離子反應(yīng)，生成碳酸鈣完成除鈣過程，絮凝劑的加入可以縮短沉降時(shí)間，同時(shí)提高凈化程度。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案特征是I、針對目前海水淡化行業(yè)將提取淡水后的濃縮海水排放回海洋的現(xiàn)狀，將反滲透膜法海水淡化工藝和低溫多效、高溫多效等熱法工藝過程相串聯(lián)使用，濃縮到一定程度的濃縮海水進(jìn)入真空制鹽裝置，進(jìn)一步蒸發(fā)濃縮制得精制原鹽；2、為避免在海水濃縮過程中的結(jié)垢，在海水濃縮前或濃縮過程中，采用石灰-芒硝-二氧化碳法對海水或濃縮海水，進(jìn)行脫除鈣鎂離子的凈化處理；3、凈化處理分步進(jìn)行在海水或淡化海水中的鈣鎂離子與硫酸根離子比值調(diào)整合格以后，首先加入石灰乳，其中的鎂離子和氫氧化鈣反應(yīng)，生成氫氧化鎂沉淀，完成除鎂過程。加入的氫氧化鈣和硫酸根離子反應(yīng)，生成硫酸鈣和氫氧根離子，大部分硫酸鈣形成沉淀分離出來。在通入煙道氣以后，煙道氣中的二氧化碳完成氣相到液相的溶解過程形成碳酸，和溶液中的氫氧根離子、鈉離子反應(yīng)，生成碳酸鈣沉淀，完成除鈣過程。4、脫除鈣鎂離子的海水或濃縮海水，可以進(jìn)入反滲透海水淡化裝置或熱法海水淡化裝置完成制水過程，由于去除了水中大部分的鈣鎂離子，濃縮海水的過程不會(huì)受到結(jié)垢的限制。5、經(jīng)過再次濃縮后的海水可以加入真空制鹽裝置制得精制原鹽。6、精制原鹽后的母液中的溴、鉀等成分經(jīng)過不斷濃縮過程得到富聚，可以提取溴素和氯化鉀。7、最終含有芒硝的母液返回到除鈣鎂系統(tǒng)循環(huán)使用。這樣就在海水不斷濃縮過程中得到淡水和精制原鹽，同時(shí)對海水的其他成分也在不斷富聚，為溴素和氯化鉀等副產(chǎn)品的生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。


下面結(jié)合附圖和實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖I是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖；圖2是本發(fā)明的脫除鈣鎂裝置的流程示意圖。所附圖紙芒硝配制槽(I)、濃海水輸送泵(2)、除鎂苛化反應(yīng)槽(3)、碳化反應(yīng)槽⑷。
各設(shè)備功能(I)芒硝配制槽在濃縮海水中加入流程末端返回的母液，并加入補(bǔ)加的芒硝或元明粉，使硫酸根的濃度符合脫除鈣鎂離子的要求；(2)濃海水輸送泵完成濃海水在各設(shè)備之間的輸送任務(wù)；(3)除鎂苛化反應(yīng)槽在攪拌的作用下，加入石灰乳，氫氧化鈣和其中鎂離子進(jìn)行反應(yīng)，生成氫氧化鎂完成除鎂過程。同時(shí)與硫酸鈉進(jìn)行苛化反應(yīng)，生成氫氧化鈉，由于生成物氫氧化鎂的溶解度非常小，同時(shí)硫酸鈣的溶解度也很小，所以絕大部分的氫氧化鎂和大部分的硫酸鈣均在絮凝劑的輔助作用下形成沉淀，完成除鎂過程；(4)碳化反應(yīng)槽在除去鎂離子完成苛化反應(yīng)，并除去沉淀物以后在濃水中通入煙道氣，煙道氣中的二氧化碳和濃水中的氫氧根離子反應(yīng)，生成堿性條件下的碳酸根離子，碳酸根離子和濃水中的鈣離子反應(yīng)，生成碳酸鈣沉淀，完成除鈣過程。
具體實(shí)施例方式流程簡述I、濃水流程來自前道工序的濃縮海水或海水，通過泵加壓進(jìn)入本系統(tǒng)，首先在適當(dāng)?shù)臏囟群陀袛嚢璧臈l件下，在芒硝配制槽內(nèi)，加入含硫酸鈉的母液以及芒硝或元明粉，使得濃水中的硫酸根離子濃度滿足脫除鈣鎂離子的要求。其后在除鎂苛化反應(yīng)槽內(nèi)，在已經(jīng)加入硫酸鈉的濃縮海水中加入石灰乳，氫氧化鈣和鎂離子反應(yīng)，生成氫氧化鎂沉淀，氫氧化鈣和硫酸鈉反應(yīng)，生成硫酸鈣和氫氧化鈉，提供加入絮凝劑和靜止沉淀分離出沉淀物。分離出沉淀物的的堿性濃水含有一定量的氫氧化鈉，在碳化反應(yīng)槽內(nèi)通入煙道氣，煙道氣中的二氧化碳和氫氧化鈉反應(yīng)，生成碳酸鈉，碳酸鈉再和濃水中的鈣離子反應(yīng)，形成碳酸鈉沉淀，精沉淀分離得到精制濃海水進(jìn)入后道工序。2、石灰乳制備流程外購的石灰石經(jīng)破碎、篩分加入石灰窯內(nèi)，石灰窯可以是使用固體燃料的混燒窯，也可以是使用氣體燃料的氣燒窯，經(jīng)燒制得到的石灰從窯內(nèi)排出，經(jīng)石灰乳制備裝置消化得到符合要求的石灰乳。3、沉淀物處理在除鎂、苛化得到的泥漿經(jīng)過濾機(jī)進(jìn)行液固分離，獲得的一次泥主要成分是氫氧化鎂和石膏，可以用于建筑材料的制造。在碳化、除鈣得到的泥漿經(jīng)過濾機(jī)進(jìn)行液固分離，獲得的二次泥主要成分是碳酸鈣，可以用于煙氣脫硫。
權(quán)利要求
1.在用于海水淡化的工藝裝置中，設(shè)置脫除鈣鎂的工藝裝置，使得在生產(chǎn)淡水的同時(shí)，對海水能夠不受濃縮倍數(shù)的限制，繼續(xù)對其進(jìn)行濃縮，在繼續(xù)獲得淡水的前提下，同時(shí)得到精制原鹽和其他副產(chǎn)品。
在整體流程中充分利用不同海水淡化方法的特點(diǎn)，流程前端采用采用適應(yīng)低濃度操作的反滲透工藝，流程中段采用多效熱法，流程后段采用真空制鹽的方法獲得精制原鹽。
其裝置包括由工藝管道相連接的海水預(yù)處理裝置、反滲透膜法海水淡化裝置、石灰-芒硝-二氧化碳法脫除鈣鎂離子精制裝置、熱法海水淡化裝置、真空制鹽裝置。
整體裝置的工藝流程為海水在預(yù)處理裝置內(nèi)除去水中的懸浮物以及可能會(huì)對反滲透膜造成傷害的污染物，在反滲透膜法裝置制取淡水的同時(shí)獲得濃縮海水，對濃縮海水采用石灰-芒硝-二氧化碳法在精制裝置中脫除鈣和鎂離子，對濃縮海水進(jìn)行精制，精制后的濃縮海水中鈣鎂含量降低到不會(huì)對后續(xù)加工過程造成影響的程度，精制的濃縮海水在熱法海水淡化裝置內(nèi)進(jìn)一步制取淡水同時(shí)再次濃縮，前道工序獲得的濃縮在真空制鹽裝置中制得精制原鹽，母液經(jīng)提溴、提鉀后返回除鈣鎂裝置，實(shí)現(xiàn)物料的循環(huán)利用。
石灰-芒硝-二氧化碳法脫除鈣鎂離子精制裝置的工藝流程為 第一步除鎂返回的母液或芒硝，根據(jù)濃縮海水所含鈣鎂離子和硫酸根離子的比值，并補(bǔ)加適量的芒硝，配制好的芒硝液與石灰乳及濃縮海水混合，由于氫氧化鈣為過量物質(zhì)，力口入后和濃縮海水中的鎂離子生成氫氧化鎂，在加入絮凝劑作用下形成沉淀完成除鎂過程。
第二步苛化過量的氫氧化鈣與硫酸鈉完成苛化反應(yīng)生成氫氧化鈉和硫酸鈣沉淀，生成的沉淀與氫氧化鎂沉淀同時(shí)除去。
第三步除鈣完成除鎂后的濃縮海水通入含有二氧化碳的煙道氣，氫氧化鈉和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉，碳酸鈉再和溶液中的氯化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣完成除鈣過程，絮凝劑的加入可以縮短沉降時(shí)間，同時(shí)提高凈化程度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工藝流程，其特征是將石灰-芒硝-二氧化碳法脫除鈣和鎂離子的裝置用于海水淡化產(chǎn)業(yè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工藝流程，其特征是將反滲透膜法海水淡化和熱法海水淡化在流程上串聯(lián)使用，對海水進(jìn)行深度濃縮，能夠進(jìn)行深度濃縮的條件是對濃縮海水進(jìn)行脫除鈣鎂的處理，最后進(jìn)入真空制鹽裝置。在此過程中同時(shí)獲得淡水和精制原鹽。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工藝流程，其特征是脫除鈣鎂的方法為低成本的石灰一芒硝-二氧化碳法。其具體流程為在濃縮海水中加入石灰(石灰乳)，并根據(jù)具體需要加入芒硝，完成除鎂和硫酸鈉的苛化，在除去沉淀物后完成了除鎂和制備氫氧化鈉的過程。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工藝流程，其特征是在除鎂后的濃縮海水中通入煙道氣進(jìn)行中和(碳化)反應(yīng)，生成的碳酸鈉與溶液中的鈣離子反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀，完成除鈣過程。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工藝流程，其特征是脫除鈣鎂的過程可以在反滲透之后，也可以在反滲透之前。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工藝流程，其特征是在脫除鈣鎂以后的濃縮海水也可以進(jìn)入下一級反滲透裝置進(jìn)一步濃縮以降低蒸汽消耗。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工藝流程，其特征是脫除鈣鎂獲得的沉淀物可以作為生產(chǎn)建筑材料的原料。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的工藝流程，其特征是本工藝流程沒有濃縮海水的排放，避免了濃縮海水對海洋生態(tài)環(huán)境的影響與破壞。
10.由于海水的不斷濃縮，可以富聚其中的鉀、溴等組分，可以使得提取這些有用組分具備實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的經(jīng)濟(jì)意義。
全文摘要
海水淡化中采用低成本工藝脫除鈣鎂實(shí)現(xiàn)水鹽聯(lián)產(chǎn)的方法。本發(fā)明涉及的是海水淡化行業(yè)中的脫除鈣鎂問題，在此基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)水和制鹽流程的一體化，在制得淡水的同時(shí)獲得原鹽。采用低成本脫除鈣鎂離子的方法，對海水進(jìn)行處理，使其失去結(jié)垢條件，打通海水淡化和真空制鹽的流程。采用石灰-芒硝-二氧化碳法對海水進(jìn)行精制，所使用的原料是價(jià)廉易得的石灰、芒硝和煙道氣。工藝流程為除鎂在海水中加入適量芒硝，再加入石灰乳，鎂離子生成氫氧化鎂沉淀完成除鎂?？粱^量的氫氧化鈣與硫酸鈉完成苛化反應(yīng)生成氫氧化鈉和硫酸鈣沉淀，生成的硫酸鈣沉淀完成分離。除鈣完成除鎂和苛化后的濃縮海水通入煙道氣，氫氧化鈉和二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉，碳酸鈉和鈣離子反應(yīng)，生成碳酸鈣完成除鈣。
文檔編號C02F103/08GK102795719SQ20111014001
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月27日
發(fā)明者王凱勛 申請人:王凱勛