申請日2015.09.22

　　公開(公告)日2015.12.02

　　IPC分類號(hào)C02F1/04; C02F9/10; C02F101/30; C02F101/16; C02F103/10

　　摘要

　　本發(fā)明公開了連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的方法和裝置，所述裝置包括通過管路連接成循環(huán)體系的循環(huán)泵、加熱器、蒸發(fā)器和冷凝器，蒸發(fā)器包括蒸發(fā)罐和位于蒸發(fā)罐頂部的豎直分離段，蒸發(fā)罐的側(cè)壁上設(shè)置有進(jìn)氣口且底壁上設(shè)置有出水口和罐底液出口，豎直分離段的頂部設(shè)置有出氣口和回液口且側(cè)壁上設(shè)置有物料進(jìn)口，蒸發(fā)罐的內(nèi)部設(shè)置有與出水口連接的中心導(dǎo)流管，蒸發(fā)罐上部設(shè)置有絲網(wǎng)傳質(zhì)器;加熱器通過上循環(huán)管與蒸發(fā)罐的進(jìn)氣口連接并且通過下循環(huán)管與蒸發(fā)罐的出水口連接，循環(huán)泵設(shè)置在下循環(huán)管上;冷凝器通過上回流管與豎直分離段的出氣口連接并且通過下回流管與豎直分離段的回液口連接，下回流管上設(shè)置有低沸物出口。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書

　　1.一種連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的裝置，其特征在于， 所述裝置包括通過管路連接成循環(huán)體系的循環(huán)泵、加熱器、蒸發(fā)器和冷凝器，

　　所述蒸發(fā)器包括蒸發(fā)罐和位于蒸發(fā)罐頂部的豎直分離段，所述蒸發(fā)罐的側(cè) 壁上設(shè)置有進(jìn)氣口且底壁上設(shè)置有出水口和罐底液出口，所述豎直分離段的頂 部設(shè)置有出氣口和回液口且側(cè)壁上設(shè)置有物料進(jìn)口，所述蒸發(fā)罐的內(nèi)部設(shè)置有 與所述出水口連接的中心導(dǎo)流管，所述蒸發(fā)罐上部設(shè)置有絲網(wǎng)傳質(zhì)器;

　　所述加熱器通過上循環(huán)管與所述蒸發(fā)罐的進(jìn)氣口連接并且通過下循環(huán)管 與所述蒸發(fā)罐的出水口連接，所述循環(huán)泵設(shè)置在下循環(huán)管上;

　　所述冷凝器通過上回流管與所述豎直分離段的出氣口連接并且通過下回 流管與所述豎直分離段的回液口連接，所述下回流管上設(shè)置有低沸物出口。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的 裝置，其特征在于，所述加熱器包括加熱室并且所述加熱室上設(shè)置有加熱蒸汽 進(jìn)口和冷凝水出口，所述冷凝器包括冷凝室并且所述冷凝室上設(shè)置有冷卻水進(jìn) 口、冷卻水出口和真空泵接口。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的 裝置，其特征在于，所述蒸發(fā)罐的底壁上還設(shè)置有排污口，所述豎直分離段中 設(shè)置有多層塔板或填充有填料。

　　4.一種連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的方法，其特征在于， 利用權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸 物的裝置，其中，天然氣及頁巖氣開采廢水經(jīng)所述裝置連續(xù)分離后，從所述低 沸物出口收集得到富集低沸物的罐頂液并從所述罐底液出口收集得到罐底液。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的 方法，其特征在于，在對所述天然氣及頁巖氣開采廢水進(jìn)行連續(xù)分離之前，先 對所述天然氣及頁巖氣開采廢水進(jìn)行脫除鈣鎂和懸浮物的預(yù)處理，得到預(yù)處理 后的天然氣及頁巖氣開采廢水。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的 方法，其特征在于，向所述天然氣及頁巖氣開采廢水中加入氫氧化鈉和碳酸鈉 混合沉淀脫除鈣鎂和懸浮物。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的 方法，其特征在于，在連續(xù)分離的過程中，控制加熱器的加熱溫度為55～130 ℃，控制蒸發(fā)罐與豎直分離段的溫度為50～120℃，回流比為2:1～20:1。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的 方法，其特征在于，所述方法還包括再將所述罐底液進(jìn)行多效蒸發(fā)得到達(dá)標(biāo)冷 凝水和鹽漿的步驟和將所述罐頂液回注或再處理的步驟，其中，回收或排放所 述達(dá)標(biāo)冷凝水，脫水干燥所述鹽漿。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的 方法，其特征在于，所述低沸物包括氨氮和易揮發(fā)有機(jī)物，所述易揮發(fā)有機(jī)物 以化學(xué)需氧量COD表示。

　　10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的 方法，其特征在于，所述罐頂液中的低沸物含量占天然氣及頁巖氣開采廢水中 低沸物總量的90%以上。

　　說明書

　　連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的方法和裝置

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及天然氣及頁巖氣開采廢水處理的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地講，涉及 一種連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的方法和裝置。

　　背景技術(shù)

　　天然氣及頁巖氣開采過程中會(huì)產(chǎn)生大量廢水，由于與地下油氣藏及巖層長 期共存，這類廢水中一般都溶入或混入了大量石油類、可溶性鹽、懸浮物等組 分，為含鹽廢水。此外，在采氣及集輸過程中常需要加入泡排劑、緩蝕劑、阻 垢劑等化學(xué)助劑，使得采出水組成更加復(fù)雜和變化多端，并表現(xiàn)出石油類含量 高、易揮發(fā)性有機(jī)物含量高、懸浮物含量高和礦化度高等特點(diǎn)。如果直接排出 則會(huì)對井區(qū)周邊會(huì)造成極大污染。

　　國內(nèi)對于含硫氣田采出水的零排放綜合處理主要借助于鹽化工專業(yè)的多 效蒸發(fā)除鹽工藝，初步形成了以蒸發(fā)為主體工藝的氣田采出水綜合處理技術(shù)路 線。

　　天然氣及頁巖氣開采廢水中最難處理的是包括大量有機(jī)物和氨氮的低沸 點(diǎn)物質(zhì)(簡稱低沸物)。目前，國內(nèi)對于高低沸物含量的含鹽廢水，尚無成熟 可靠的方法和裝置來處理完全。對于含鹽廢水，可以采用蒸發(fā)脫鹽的方法回收 利用廢水中的氯離子，但在天然氣及頁巖氣開采廢水的蒸發(fā)脫鹽過程中，大量 低沸點(diǎn)有機(jī)物和氨氮隨著蒸發(fā)進(jìn)入冷凝水中，導(dǎo)致冷凝水不達(dá)標(biāo)，不能排放更 不能回用。有的在前期采用氧化或其它方法去除有機(jī)物，但由于有機(jī)組分中低 沸點(diǎn)物質(zhì)居多，進(jìn)入蒸發(fā)脫鹽系統(tǒng)后，冷凝水中仍含有大量有機(jī)物和氨氮，無 法達(dá)標(biāo)。

　　因此，亟需開發(fā)一種新的分離設(shè)備和分離方法，以將大量低沸點(diǎn)有機(jī)物和 氨氮從天然氣及頁巖氣開采廢水中分離出來。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)天然氣及 頁巖氣開采廢水中低沸物連續(xù)分離的方法和裝置。

　　本發(fā)明的一方面提供了一種連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物 的裝置，所述裝置包括通過管路連接成循環(huán)體系的循環(huán)泵、加熱器、蒸發(fā)器和 冷凝器，所述蒸發(fā)器包括蒸發(fā)罐和位于蒸發(fā)罐頂部的豎直分離段，所述蒸發(fā) 罐的側(cè)壁上設(shè)置有進(jìn)氣口且底壁上設(shè)置有出水口和罐底液出口，所述豎直分離 段的頂部設(shè)置有出氣口和回液口且側(cè)壁上設(shè)置有物料進(jìn)口，所述蒸發(fā)罐的內(nèi)部 設(shè)置有與所述出水口連接的中心導(dǎo)流管，所述蒸發(fā)罐上部設(shè)置有絲網(wǎng)傳質(zhì)器; 所述加熱器通過上循環(huán)管與所述蒸發(fā)罐的進(jìn)氣口連接并且通過下循環(huán)管與所 述蒸發(fā)罐的出水口連接，所述循環(huán)泵設(shè)置在下循環(huán)管上;所述冷凝器通過上回 流管與所述豎直分離段的出氣口連接并且通過下回流管與所述豎直分離段的 回液口連接，所述下回流管上設(shè)置有低沸物出口。

　　根據(jù)本發(fā)明連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的裝置的一個(gè)實(shí) 施例，所述加熱器包括加熱室并且所述加熱室上設(shè)置有加熱蒸汽進(jìn)口和冷凝水 出口，所述冷凝器包括冷凝室并且所述冷凝室上設(shè)置有冷卻水進(jìn)口、冷卻水出 口和真空泵接口。

　　根據(jù)本發(fā)明連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的裝置的一個(gè)實(shí) 施例，所述蒸發(fā)罐的底壁上還設(shè)置有排污口，所述豎直分離段中設(shè)置有多層塔 板或填充有填料。

　　本發(fā)明的另一方面公開了一種連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸 物的方法，利用上述連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的裝置，其中， 天然氣及頁巖氣開采廢水經(jīng)所述裝置連續(xù)分離后，從所述低沸物出口收集得到 富集低沸物的罐頂液并從所述罐底液出口收集得到罐底液。

　　根據(jù)本發(fā)明連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的方法的一個(gè)實(shí) 施例，在對所述天然氣及頁巖氣開采廢水進(jìn)行連續(xù)分離之前，先對所述天然氣 及頁巖氣開采廢水進(jìn)行脫除鈣鎂和懸浮物的預(yù)處理，得到預(yù)處理后的天然氣及 頁巖氣開采廢水。

　　根據(jù)本發(fā)明連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的方法的一個(gè)實(shí) 施例，向所述天然氣及頁巖氣開采廢水中加入氫氧化鈉和碳酸鈉混合沉淀脫除 鈣鎂和懸浮物。

　　根據(jù)本發(fā)明連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的方法的一個(gè)實(shí) 施例，在連續(xù)分離的過程中，控制加熱器的加熱溫度為55～130℃，控制蒸發(fā) 罐與豎直分離段的溫度為50～120℃，回流比為2:1～20:1。

　　根據(jù)本發(fā)明連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的方法的一個(gè)實(shí) 施例，所述方法還包括再將所述罐底液進(jìn)行多效蒸發(fā)得到達(dá)標(biāo)冷凝水和鹽漿的 步驟和將所述罐頂液回注或再處理的步驟，其中，回收或排放所述達(dá)標(biāo)冷凝水， 脫水干燥所述鹽漿。

　　根據(jù)本發(fā)明連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的方法的一個(gè)實(shí) 施例，所述低沸物包括氨氮和易揮發(fā)有機(jī)物，所述易揮發(fā)有機(jī)物以化學(xué)需氧量 COD表示。

　　根據(jù)本發(fā)明連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸物的方法的一個(gè)實(shí) 施例，所述罐頂液中的低沸物含量(包括氨氮和易揮發(fā)有機(jī)物)占天然氣及頁 巖氣開采廢水中低沸物總量的90%以上。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括：

　　(1)本發(fā)明中的裝置將現(xiàn)有技術(shù)中加熱和蒸發(fā)為一體的設(shè)備(中間進(jìn)料、 底部加熱、頂部冷凝)改為蒸發(fā)罐和蒸發(fā)分離段外加熱強(qiáng)制循環(huán)和外冷凝的結(jié) 構(gòu)，更有效地節(jié)能并進(jìn)一步提高易揮發(fā)低沸點(diǎn)組分的回收，傳質(zhì)過程的推動(dòng)力 是氣體中氨的分壓與廢水中氨的濃度相當(dāng)?shù)钠胶夥謮褐�間的差;同時(shí)將以前間 歇式分離低沸物的方式改為連續(xù)分離，更便于操作;

　　(2)本發(fā)明中的方法針對有機(jī)物和氨氮等低沸物含量較高的天然氣及頁 巖氣開采廢水采用預(yù)蒸餾的方式脫除低沸物，處理后的水可直接進(jìn)入蒸發(fā)且冷 凝水達(dá)標(biāo)后可排放或回用。