一种化工废水制氢联产淡水的方法及系统

本发明涉及废水间接制氢，具体而言，尤其涉及一种化工废水制氢联产淡水的方法及系统。

背景技术：

1、现有的化工污水的处理技术路线复杂且多样化，大多需要设置废水预处理、生化处理、深度处理和盐水处理等过程，高盐废水浓缩结晶回收水后，其盐以危废填埋处理，化工废水也仅是为了达到省级或是国家级排放标准而进行的处理，最终处理后的废水无法再利用，排入城镇污水管网或是其他场所，目前工业废水的处理方式更多的是以处理后排放为主，并未有过多关于工业废水的资源化利用，上述废水处理过程存在着高能耗、高运行成本、对环境也有一定的负面影响的缺点，此外，各种处理装置之间通过管路连接，整体占地面积大，对于厂区的利用率低。

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，而提供一种化工废水制氢联产淡水的方法及系统。本发明可以实现低成本的废水处理的同时，节省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、本发明采用的技术手段如下：

3、一种化工废水制氢联产淡水的系统，包括：废水导出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，所述废水导出单元用于向电解水耦合低温蒸馏集成系统中供给有机废水或是无机废水，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。

4、进一步地，所述废水导出单元供给无机废水时，无机废水直接进入废水制淡水单元。

5、进一步地，所述废水导出单元供给有机废水时，有机废水经过氧化处理单元后进入废水制淡水单元。

6、进一步地，废水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。

7、进一步地，所述氧化处理单元连接有氧化剂投加单元，所述氧化处理单元中设置有氧化剂，使得氧化剂投加至氧化处理单元后，氧化处理单元输出的有机废水被彻底氧化。

8、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。

9、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有机废水被彻底氧化。

10、进一步地，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、浓盐水排出口、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，所述浓盐水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。

11、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。

12、一种化工废水制氢联产淡水的方法，包括如下步骤：

13、s1、确认废水的成分，基于废水源为有机废水或是无机废水，确认氧化处理单元的设置与否，若为有机废水，则进入步骤s2，若为无机废水，则进入步骤s3；

14、s2、基于待处理废水的基本信息，确认氧化处理单元的形式，以及采用氧气内循环的氧化处理方式或是外加氧化剂的氧化处理方式；

15、s3、将电解水耦合低温蒸馏集成系统与废水导出单元连接，开启化工废水制氢联产淡水，其中，

16、废水导出单元将废水直接输送至废水制淡水单元进行淡水的制取、浓盐水的分离或是经过氧分离冷却单元、氢分离冷却单元后进入废水制淡水单元，废水能够在氧分离冷却单元、氢分离冷却单元中起辅助冷却作用；

17、碱性电解槽单元内的淡水在直流电的作用下分解成氢气和氧气；

18、碱性电解槽单元的氧气出口输送氧气和碱液至氧分离冷却单元内进行气液分离，采用氧气内循环的氧化处理方式时，氧气返回至氧化处理单元参与反应；

19、碱性电解槽单元的氢气出口输送氢气和碱液至氢分离冷却单元内进行气液分离，经初步提纯后的氢气和少量水进入氢纯化冷却单元进一步进行纯化至氢含量为≥99.99％，氢最终供给至用户或进行存储；

20、碱液过滤循环单元通过抽取氧分离冷却单元和氢分离冷却单元中碱液，并经废水制淡水单元冷却后，最终输送至碱性电解槽单元，完成碱液的冷却及强制循环；

21、碱液在废水制淡水单元冷却时散发的热量用以加热负压下的废水，以产生淡水，产生的淡水输送至氢分离模块，用于补充用于电解的原料淡水，同时也辅助实现氢气洗涤冷却。

22、较现有技术相比，本发明具有以下优点：传统的废水处理工艺，占地面积大，工艺流程复杂，本发明基于无机废水直接引入电解水耦合低温蒸馏集成系统或是基于有机废水经过氧化处理后直接引入电解水耦合低温蒸馏集成系统，工艺流程短，占地面积小，电解水耦合低温蒸馏集成系统利用需冷却的碱液加热处于负压环境下的废水，碱液得到冷却的同时，碱液冷却时散发的热量也得到了利用，废水制淡水单元生成的淡水作为电解水原料补充给碱性电解槽单元，缓解对淡水资源的依赖，使得化工废水最终完全变为高浓度氢气、氧气、淡水以及分离出高浓度盐，生成的淡水远优于传统的达标排放废水，实现了废水的资源化利用，此外，生成的氧气还可作为氧化处理的来源，完成系统的内循环，最终产物得到有效利用。

技术特征：

1.一种化工废水制氢联产淡水的系统，其特征在于，包括：废水导出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，所述废水导出单元用于向电解水耦合低温蒸馏集成系统中供给有机废水或是无机废水，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。

2.根据权利要求1所述的化工废水制氢联产淡水的系统，其特征在于，所述废水导出单元供给无机废水时，无机废水直接进入废水制淡水单元。

3.根据权利要求1所述的化工废水制氢联产淡水的系统，其特征在于，所述废水导出单元供给有机废水时，有机废水经过氧化处理单元后进入废水制淡水单元。

4.根据权利要求1所述的化工废水制氢联产淡水的系统，其特征在于，废水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.根据权利要求1所述的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，所述氧化处理单元中设置有氧化剂，使得氧化剂投加至氧化处理单元后，氧化处理单元输出的有机废水被彻底氧化。

6.根据权利要求1所述的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。

7.根据权利要求1所述的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有机废水被彻底氧化。

8.根据权利要求1所述的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、浓盐水排出口、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，所述浓盐水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。

9.根据权利要求1所述的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。

10.根据权利要求1～9任一项系统的化工废水制氢联产淡水的方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明涉及一种化工废水制氢联产淡水的方法及系统。本发明包括废水导出单元和电解水耦合低温蒸馏集成系统，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，废水导出单元用于向电解水耦合低温蒸馏集成系统中供给废水，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；废水制淡水单元的输出端与碱性电解槽单元相连，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。本发明工艺流程短，占地面积小，生成的淡水的水质远大于传统的达标排放废水，完成了化工废水的资源化利用。技术研发人员：邓德会,刘艳廷,朱培鑫受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/15