本發(fā)明涉及頁巖氣采出水處理技術(shù),尤其是涉及一種頁巖氣采出水處理系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù):
頁巖氣作為一種清潔、低碳、高儲量的非常規(guī)天然氣能源,已成為全球油氣資源勘探開發(fā)的新亮點(diǎn)。頁巖氣開采過程產(chǎn)生大量高含鹽廢水,如何經(jīng)濟(jì)高效處理頁巖氣采出廢水,實(shí)現(xiàn)頁巖氣清潔生產(chǎn),對頁巖氣的長足發(fā)展和環(huán)境保護(hù)具有重要意義。
目前,現(xiàn)有的頁巖氣采出水主要采用兩種處理方法,一種是化學(xué)處理法,其需要加入多種反應(yīng)藥劑和催化藥劑,其處理成本居高不下,另一種為蒸發(fā)結(jié)晶法,其需要進(jìn)行多級蒸發(fā)導(dǎo)致處理流程復(fù)雜、處理流程長,且易消耗大量能源。有鑒于此,提供一種處理流程短、能源消耗量低的頁巖氣采出水處理系統(tǒng)成為現(xiàn)階段亟待解決的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)不足,提出一種頁巖氣采出水處理系統(tǒng)及方法,解決現(xiàn)有技術(shù)中蒸發(fā)結(jié)晶法處理頁巖氣采出水的處理流程長、能源消耗大的技術(shù)問題。
為達(dá)到上述技術(shù)目的,本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種頁巖氣采出水處理系統(tǒng),包括:
過濾器;
預(yù)熱單元,其包括預(yù)換熱器、與過濾器連接的原水箱及一驅(qū)動(dòng)原水箱內(nèi)的原水進(jìn)入預(yù)換熱器的第一換熱腔的給水泵;
循環(huán)蒸發(fā)單元,其包括循環(huán)換熱器、第一蒸發(fā)結(jié)晶器、循環(huán)泵、三通閥及排料管;所述循環(huán)換熱器的第一換熱管一端與第一換熱腔連通、另一端與所述第一蒸發(fā)結(jié)晶器連通,所述循環(huán)泵的進(jìn)水端與所述第一蒸發(fā)結(jié)晶器底部連通、出水端通過三通閥分別與第一換熱管和排料管連接;
回收換熱單元,其包括與壓縮機(jī)和汽提塔,所述壓縮機(jī)一端與所述第一蒸發(fā)結(jié)晶器頂端連通、另一端與所述循環(huán)換熱器的第二換熱管的進(jìn)水端連通,所述汽提塔一端與第二換熱管的出水端連接、另一端與所述預(yù)換熱器的第二換熱腔連通。
同時(shí),本發(fā)明還提供一種頁巖氣采出水處理方法,包括如下步驟:
(1)將頁巖氣采出水的原水過濾除去雜質(zhì),并預(yù)加熱至50~90℃;
(2)將蒸發(fā)結(jié)晶形成的蒸汽對預(yù)加熱后的原水進(jìn)行二次加熱至95~130℃,并將二次加熱形成的冷凝水對步驟(1)中過濾后的原水進(jìn)行預(yù)加熱;
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明通過循環(huán)蒸發(fā)單元對頁巖氣采出水進(jìn)行循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶,其縮短了處理流程,并通過回收換熱單元將第一蒸發(fā)結(jié)晶器中蒸發(fā)結(jié)晶形成的蒸汽依次對待蒸發(fā)結(jié)晶的原水進(jìn)行二次加熱和預(yù)加熱,其提高了蒸發(fā)結(jié)晶的能源利用率,降低了能源消耗。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的頁巖氣采出水處理系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實(shí)施例,對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。
如圖1所示,本發(fā)明提供了一種頁巖氣采出水處理系統(tǒng),包括過濾器1、預(yù)熱單元2、循環(huán)蒸發(fā)單元3、回收換熱單元4、曝氣生物濾池5及后處理單元6。
過濾器1可采用管式超濾膜,其可出氣頁巖氣采出水的原水中的固態(tài)物、懸浮物等雜質(zhì),由于本實(shí)施例的工業(yè)流程簡單,故前處理僅僅通過管式超濾膜過濾即可,其降低了前處理流程和成本。
預(yù)熱單元2包括預(yù)換熱器21、與過濾器1連接的原水箱22及一驅(qū)動(dòng)原水箱22內(nèi)的原水進(jìn)入預(yù)換熱器21的第一換熱腔的給水泵23,經(jīng)過管式超濾膜過濾后的原水進(jìn)入存儲于原水箱22內(nèi),其可通過給水泵23將原水箱22內(nèi)的原水輸送進(jìn)入預(yù)換熱器21,預(yù)換熱器21具有第一換熱腔和第二換熱腔,第二換熱腔內(nèi)的熱水可對第一換熱腔內(nèi)的原水進(jìn)行預(yù)加熱,一般預(yù)加熱至50~90℃。其中,預(yù)換熱器21可采用公告號為cn204214315u的發(fā)明專利公開的列管式換熱器,該列管式換熱器的多個(gè)列管內(nèi)形成第一換熱腔,而多個(gè)列管之間的腔體為第二換熱腔。
循環(huán)蒸發(fā)單元3包括循環(huán)換熱器31、第一蒸發(fā)結(jié)晶器32、循環(huán)泵33、三通閥34及排料管35;循環(huán)換熱器31可采用板式換熱器,其至少具有第一換熱管311和第二換熱管312,第二換熱管312內(nèi)為高溫介質(zhì),其可對板式換熱器的換熱板進(jìn)行加熱以傳遞至第一換熱管311,并將第一換熱管311中預(yù)加熱后的原水二次加熱至95~130℃;具體的,第一換熱管311的進(jìn)水端與第一換熱腔連通、出水端與第一蒸發(fā)結(jié)晶器32連通,第一換熱腔內(nèi)預(yù)加熱的原水進(jìn)入第一換熱管311內(nèi)進(jìn)行二次加熱,二次加熱后進(jìn)入第一蒸發(fā)結(jié)晶器32內(nèi)進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶,為了提高蒸發(fā)結(jié)晶效果及能源的利用率,本實(shí)施例的循環(huán)泵33的進(jìn)水端與第一蒸發(fā)結(jié)晶器32底部連通、出水端通過三通閥34分別與第一換熱管311和排料管35連接,當(dāng)?shù)谝徽舭l(fā)結(jié)晶器32內(nèi)的液體加熱濃度達(dá)到設(shè)定值后,可調(diào)節(jié)三通閥34使得排料管35與循環(huán)泵33的出水端連通,循環(huán)泵33可驅(qū)動(dòng)濃縮液由排料管排出以便于后續(xù)結(jié)晶,而當(dāng)?shù)谝徽舭l(fā)結(jié)晶器32內(nèi)的液體低于設(shè)定濃度時(shí),則三通閥34導(dǎo)通循環(huán)泵33和第一換熱管311,即循環(huán)泵33將第一蒸發(fā)結(jié)晶器32內(nèi)的液體循環(huán)輸送進(jìn)入第一換熱管311內(nèi)以進(jìn)行循環(huán)加熱,從而便于循環(huán)換熱器31和第一蒸發(fā)結(jié)晶器32能夠循環(huán)對頁巖氣采出水進(jìn)行加熱,其有利于提高加熱效率、縮短加熱行程。其中,本實(shí)施例循環(huán)蒸發(fā)單元3還包括一設(shè)于循環(huán)換熱器31與第一蒸發(fā)結(jié)晶器32之間的節(jié)流閥36,其可使得原水減壓進(jìn)入第一蒸發(fā)結(jié)晶器32,并在-0.02~0.05mpa的壓力下,形成蒸汽并進(jìn)入回收換熱單元4。本實(shí)施例的第一蒸發(fā)結(jié)晶器32的中蒸發(fā)、結(jié)晶同時(shí)發(fā)生,故第一蒸發(fā)結(jié)晶器32內(nèi)的濃縮液的tds濃度可高達(dá)400000~500000mg/l。需要說明的時(shí),頁巖氣采出水中的主要含有物為氯化鈉、硫酸鈉、氨氮及有機(jī)物等,而有機(jī)物通過和氨氮多在蒸發(fā)結(jié)晶過程過程中進(jìn)入壓縮機(jī),在第一蒸發(fā)結(jié)晶器32內(nèi)結(jié)晶的主要為氯化鈉,故本實(shí)施例第一蒸發(fā)結(jié)晶器32中控制濃縮液的濃度時(shí),以氯化鈉大部分析出結(jié)晶且其他鹽類不析出結(jié)晶為佳。
回收換熱單元4,其包括與壓縮機(jī)41和汽提塔42,壓縮機(jī)41一端與第一蒸發(fā)結(jié)晶器32頂端連通、另一端與板式換熱器的第二換熱管312的進(jìn)水端連通,汽提塔42一端與第二換熱管312的出水端連接、另一端與預(yù)換熱器21的第二換熱腔連通。第一蒸發(fā)結(jié)晶器32在對頁巖氣采出水進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶時(shí),形成大量的含有揮發(fā)性有機(jī)物和氨的高溫蒸汽,本實(shí)施例通過壓縮機(jī)41將上述高溫蒸汽進(jìn)行壓縮以進(jìn)一步提高蒸汽的溫度,再次升溫后的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于第一換熱管311內(nèi)的原水的溫度,故將上述高溫蒸汽通入第二換熱管312內(nèi),其可對第一換熱管311內(nèi)的原水進(jìn)行加熱,其避免了高溫蒸汽中熱量的浪費(fèi),提高了熱能源利用率;同時(shí),第二換熱管312內(nèi)換熱后形成的冷凝水可通過汽提塔42除去部分cod和氨氮,而形成的90~120℃的冷凝水的溫度依然較高,其可輸送至預(yù)加熱器的第二換熱腔,其可對第一換熱腔內(nèi)的原水加熱至50~90℃,最后形成接近常溫的含有cod和氨氮的廢水,由于預(yù)換熱器21的第二換熱腔的出水端與一曝氣生物濾池5連通,上述廢水可通入曝氣生物濾池5,經(jīng)過曝氣生物濾池5處理后形成達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)。
本實(shí)施例所述頁巖氣采出水處理系統(tǒng)還包括一后處理單元6,其包括離心分離器61和第二蒸發(fā)結(jié)晶器62,離心分離器61的進(jìn)水端與排料管35連接、出水端與第二蒸發(fā)結(jié)晶器62連接。其中,本實(shí)施例的離心分離器61具有一稠厚器611,其可促進(jìn)經(jīng)過循環(huán)蒸發(fā)單元3加熱后的濃縮液進(jìn)一步濃縮結(jié)晶,形成大顆粒氯化鈉結(jié)晶,而經(jīng)過離心分離后的母液則進(jìn)入第二蒸發(fā)結(jié)晶器62內(nèi)進(jìn)行二次蒸發(fā)結(jié)晶并形成混鹽。
由于第二蒸發(fā)結(jié)晶器62在蒸發(fā)結(jié)晶時(shí)易產(chǎn)生大量蒸汽,故本實(shí)施例第二蒸發(fā)結(jié)晶器62的頂端與壓縮機(jī)41的進(jìn)氣端連通,其可將第二蒸發(fā)結(jié)晶器62的產(chǎn)生的高溫蒸汽輸送進(jìn)入循環(huán)換熱器31和預(yù)換熱器21,以便于對原水進(jìn)入二次加熱和預(yù)加熱,進(jìn)而提高熱能的利用率。
本發(fā)明的頁巖氣采出水具體處理流程如下:將頁巖氣采出水的原水通過管式超濾膜進(jìn)行過濾以除去固態(tài)物和懸浮物等雜質(zhì),然后通過預(yù)換熱器21預(yù)加熱至50~90℃,并將預(yù)加熱后的原水通過循環(huán)加熱器二次加熱至95~130℃,二次加熱后的原水進(jìn)入第一蒸發(fā)結(jié)晶器32內(nèi)進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶,同時(shí)經(jīng)過蒸發(fā)結(jié)晶后形成的濃縮液可依次進(jìn)入循環(huán)換熱器31和第一蒸發(fā)結(jié)晶器32進(jìn)行循環(huán)加熱、蒸發(fā)結(jié)晶,也可通過排料管35排出,而第一蒸發(fā)結(jié)晶器32內(nèi)形成的高位蒸汽可通過壓縮機(jī)41壓縮升溫后進(jìn)入循環(huán)換熱器31,其可對原水進(jìn)行二次加熱,而二次加熱后形成的冷凝水可進(jìn)入預(yù)換熱器21進(jìn)行預(yù)加熱,預(yù)加熱后形成的接近常溫的冷凝水可通過曝氣生物濾池5進(jìn)行生化處理;排料管35排出的濃縮液可通過離心分離器61依次進(jìn)行稠厚、離心分離處理,以使?jié)饪s液中的氯化鈉大部分能夠形成結(jié)晶體分離,而分離后的母液則通過第二蒸發(fā)結(jié)晶器62進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶并形成混鹽,且第二蒸發(fā)結(jié)晶器62中形成蒸汽可輸送進(jìn)入壓縮機(jī)41以便于對原水分別進(jìn)行二次加熱和預(yù)加熱。
以上所述本發(fā)明的具體實(shí)施方式,并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思所做出的各種其他相應(yīng)的改變與變形,均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。