从盐水中生产有用化学品的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种从盐水中生产有用化学品的方法。该方法包括将输入盐水流分离得到含有单价阴离子的第一盐水流和含有高价阴离子的第二盐水流，用第一双极膜电渗析单元处理该第一盐水流的至少一部分得到第一酸溶液和第一碱溶液，以及从该第二盐水流的至少一部分中结晶出第二固体，该第二固体是工业级盐或非危险废物。本发明专利技术还公开了一种相应的从盐水中生产有用化学品的系统。

Methods and systems for the production of useful chemicals from brine

【技术实现步骤摘要】
从盐水中生产有用化学品的方法和系统
本专利技术涉及从盐水中生产有用化学品的方法和系统。
技术介绍
各种各样的工业生产过程会用到大量的水，这些水会被工业生产过程中应用的化学品和其它废物污染，从而产生大量废水。例如，废水会产自于煤化工或煤气化、火电厂的脱硫系统、石油天然气的开采、采矿、以及海水淡化等工艺过程。在将这些废水排放到环境中或再次回用到工业生产过程中之前，需要去除废水中的部分或全部污染物，然而，以上列举的这些废水由于含有高浓度的溶解盐而处理难度极大。处理高盐废水(在此也称之为盐水)的通常方法包括：使用膜技术浓缩待处理盐水以得到浓缩盐水，以及使用热法(例如蒸发和结晶)处理该浓缩盐水以得到可冷凝的水蒸气和固体废物。由于在该处理过程中没有废水排放，该方法被称作零排放(zero-liquid-discharge,ZLD)工艺。虽然ZLD工艺能够帮助工厂达到排放和水回用的要求，但它由于使用热法处理而能耗很高，并且，ZLD工艺产生的固体废物需要成本很高的后续处理。该固体废物通常含有混盐和许多有毒有害物质，对环境和公众健康产生巨大的或潜在的威胁。因此ZLD工艺产生的固体废物在大多数国家和地区均被认定为危险废物。危险废物的处理、储存和排放需要遵守当地的法律法规，因而通常存在处理难度大、处理费用昂贵的问题。在一些国家，例如中国，由于ZLD工艺产生了大量的危险废物，对于工厂来说，需要支付极高的处理费用。除了高昂的处理费用以外，当采用填埋方法处理危险废物时还存在很大的泄露风险，而填埋处理是世界范围内处理危险废物的常用方法。为了节省或减少ZLD工艺产生的危险废物的处理成本，人们在开发新的盐水处理方法和系统。最近，人们关注盐水处理的纯盐方案。通常所说的纯盐方案包括：分离盐水中所含的不同种类的溶解盐，得到只含一种盐(例如氯化钠，NaCl)的盐水流，纯化该只含一种盐的盐水流去除其中大部分有机物等杂质，以及，从纯化后的盐水流中结晶出工业级盐。该纯盐方案的优点是得到的工业级盐可以在一些工业过程中进一步利用或出售，另外，所产生的危险废物的量减少，因此危险废物的处理费用可以大大节省。然而，为保证结晶所得到的固体满足工业级盐的要求，纯盐方案需要繁杂的预处理和纯化过程，尤其是当待处理盐水中污染物种类复杂时。另外，纯盐方案的整体能耗仍然很高，因为该工业级盐以及其它固体废物均通过热法处理产生。随着环境法规更加严苛，以及工厂面临降低成本和降低能耗的压力，现有的ZLD工艺和纯盐方案或许不能够满足这些需求，因此需要开发更经济的盐水处理方法和系统。
技术实现思路
一方面，本专利技术涉及从盐水中生产有用化学品的方法。该方法包括：将输入盐水流分离得到含有单价阴离子的第一盐水流和含有高价阴离子的第二盐水流；用第一双极膜电渗析单元处理所述第一盐水流的至少一部分得到第一酸溶液和第一碱溶液；以及从所述第二盐水流的至少一部分中结晶出第二固体，所述第二固体是工业级盐或非危险废物。另一方面，本专利技术涉及从盐水中生产有用化学品的系统。该系统包括：离子分离单元，用于将输入盐水流分离得到含有单价阴离子的第一盐水流和含有高价阴离子的第二盐水流；第一双极膜电渗析单元，用于处理所述第一盐水流的至少一部分得到第一酸溶液和第一碱溶液；以及第二结晶单元，用于从所述第二盐水流的至少一部分中结晶出第二固体，所述第二固体是工业级盐或非危险废物。附图说明当参照附图阅读以下详细描述时，本专利技术的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：图1为依据本专利技术实施例的一种从盐水中生产有用化学品的系统的示意图；图2为依据本专利技术实施例的另一种从盐水中生产有用化学品的系统的示意图；图3为依据本专利技术实施例的又一种从盐水中生产有用化学品的系统的示意图；图4为依据本专利技术实施例的一种双极膜电渗析单元。具体实施方式以下将对本专利技术的具体实施方式进行详细描述。除非另作定义，在本文中使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属
内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“第一”或者“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分或元件。本文中使用的“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“或”、“或者”并不意味着排他，而是指存在提及项目(例如成分)中的至少一个，并且包括提及项目的组合可以存在的情况。“包括”、“包含”、“具有”、或“含有”以及类似的词语是指除了列于其后的项目及其等同物外，其他的项目也可在范围内。本文中所使用的近似性的语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。因此，用“大约”、“约”、“左右”等语言所修正的数值不限于该准确数值本身。此外，在“大约第一数值到第二数值”的表述中，“大约”同时修正第一数值和第二数值两个数值。在某些情况下，近似性语言可能与测量仪器的精度有关。本文中所提及的数值包括从低到高一个单元一个单元增加的所有数值，此处假设任何较低值与较高值之间间隔至少两个单元。本文中列举的所有的从最低值到最高值之间的数值，是指当最低值和最高值之间相差两个单位以上时，最低值与最高值之间以一个单位为增量得到的所有数值。比如，像温度、气压、时间等类似的组件的数量和过程的数值等，当我们说1到90时，指代的是例如15到85、22到68、43到51、30到32等类似的枚举数值。当数值小于1时，一个单位可以是0.0001、0.001、0.01或0.1。这里只是作为特殊举例来说明。在本文中列举出的数字是指用类似的方法得到的在最大值和最小值之间的所有可能的数值组合。本专利技术的实施例涉及处理盐水以及从盐水中生产有用化学品的方法和系统，该有用化学品可以在许多工业过程中再利用或者出售。该方法和系统可以将盐水中含有的至少一部分溶解盐转化成能够再利用的酸和碱，尽最大可能充分利用盐水中的溶解盐。一方面，这些有用化学品能够带来经济价值，另一方面，由于盐水的至少一部分被用于转化为酸和碱，热法处理的进水量减少，因而盐水处理过程的总能耗大大降低。因此，该方法和系统既经济又环保。在本文中，“盐水”指含有溶解盐类(无机盐和有机盐均包括在内)的水溶液，例如氯化钠(NaCl)和硫酸钠(Na2SO4)。该盐水可以是来自工业过程的废水流，也可以是水处理过程中产生的反渗透浓水，地下盐水，或海水淡化过程产生的废盐水。在本文中，“有用化学品”指可以在工业过程中或人们生活中使用的任何物质，具体地，根据本专利技术的实施例的盐水处理以及从盐水中生产有用化学品的方法和系统，该有用化学品包括选自酸(例如盐酸、硫酸)、碱(例如氢氧化钠)、和次氯酸钠中的一种或多种。从盐水中产生的酸和碱可以在许多工业过程(例如水处理过程、煤化工或煤气化过程、以及冷却塔系统)中再利用，比如用于pH值的调节。另外，盐酸还可用于许多工业过程中所使用的离子交换树脂的再生。而盐水中产生的次氯酸钠可以在许多工业或家庭中用作消毒剂或漂白剂。一方面，本专利技术的实施例涉及处理盐水以及从盐水中生产有用化学品的系统。在该盐水处理系统中，离子分离单元被设置为对输入盐水流中的单价阴离子和高价阴离子进行分离，从而得到含有单价阴离子的第一盐水流和含有高价阴离子的第二盐水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从盐水中生产有用化学品的方法，包括：将输入盐水流分离得到含有单价阴离子的第一盐水流和含有高价阴离子的第二盐水流；用第一双极膜电渗析单元处理所述第一盐水流的至少一部分得到第一酸溶液和第一碱溶液；以及从所述第二盐水流的至少一部分中结晶出第二固体，所述第二固体是工业级盐或非危险废物。

【技术特征摘要】
1.一种从盐水中生产有用化学品的方法，包括：将输入盐水流分离得到含有单价阴离子的第一盐水流和含有高价阴离子的第二盐水流；用第一双极膜电渗析单元处理所述第一盐水流的至少一部分得到第一酸溶液和第一碱溶液；以及从所述第二盐水流的至少一部分中结晶出第二固体，所述第二固体是工业级盐或非危险废物。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分离包括用纳滤单元分离所述输入盐水流。3.根据权利要求2所述的方法，还包括：在用所述第一双极膜电渗析单元处理之前，用反渗透单元或电渗析单元浓缩所述第一盐水流中的所述单价阴离子，得到第一浓缩盐水流。4.根据权利要求3所述的方法，还包括：在用所述第一双极膜电渗析单元处理之前，去除所述第一浓缩盐水流中的有机物，得到第一纯化浓缩盐水流。5.根据权利要求2所述的方法，还包括：在所述结晶之前，去除所述第二盐水流中的有机物，得到第二纯化盐水流。6.根据权利要求1所述方法，其中，所述分离包括用单价离子选择性电渗析单元分离所述输入盐水流。7.根据权利要求6所述的方法，还包括：在所述结晶之前，用电渗析单元浓缩所述第二盐水流中的所述高价阴离子，得到第二浓缩盐水流。8.根据权利要求6所述的方法，还包括：用反渗透单元浓缩所述第二盐水流中的所述高价阴离子，得到第二浓缩盐水流；以及在所述结晶之前，去除所述第二浓缩盐水流中的有机物，得到第二纯化浓缩盐水流。9.根据权利要求1所述的方法，还包括：从所述第一盐水流的至少一部分中结晶出第一固体。10.根据权利要求1所述的方法，还包括：用第二双极膜电渗析单元处理所述第二盐水流的至少一部分得到第二酸溶液和第二碱溶液。11.一种从盐水中生产有用化学品的系统，包括：离子分离单元，用于将输入盐水流分离得到含...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄岩，张呈乾，夏激扬，尼西斯·P·沃拉，布鲁斯·贝奇德，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US