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的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 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)】
[0002] 天然氣及頁巖氣開采過程中會產(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)性有機物含量高、懸浮物含量高和礦 化度高等特點。如果直接排出則會對井區(qū)周邊會造成極大污染。
[0003] 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。
[0004] 天然氣及頁巖氣開采廢水中最難處理的是包括大量有機物和氨氮的低沸點物質(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，大量低沸點有機物和氨氮隨著蒸發(fā)進入冷凝水中， 導(dǎo)致冷凝水不達標(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物，但 由于有機組分中低沸點物質(zhì)居多，進入蒸發(fā)脫鹽系統(tǒng)后，冷凝水中仍含有大量有機物和氨 氮，無法達標(biāo)。
[0005] 因此，亟需開發(fā)一種新的分離設(shè)備和分離方法，以將大量低沸點有機物和氨氮從 天然氣及頁巖氣開采廢水中分離出來。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 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。
[0007] 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)栗、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)栗設(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。
[0008] 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實施例，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)置有冷卻水進口、冷卻水出口和真空栗接口。
[0009] 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實施例，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。
[0010] 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。
[0011] 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實施例，在 對所述天然氣及頁巖氣開采廢水進行連續(xù)分離之前，先對所述天然氣及頁巖氣開采廢水進 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。
[0012] 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實施例，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。
[0013] 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實施例，在 連續(xù)分離的過程中，控制加熱器的加熱溫度為55~130°C，控制蒸發(fā)罐與豎直分離段的溫 度為50~120°C，回流比為2:1~20:1。
[0014] 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實施例，所 述方法還包括再將所述罐底液進行多效蒸發(fā)得到達標(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，回收或排放所述達標(biāo)冷凝水，脫水干燥所述鹽漿。
[0015] 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實施例，所 述低沸物包括氨氮和易揮發(fā)有機物，所述易揮發(fā)有機物以化學(xué)需氧量C0D表示。
[0016] 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實施例，所 述罐頂液中的低沸物含量（包括氨氮和易揮發(fā)有機物）占天然氣及頁巖氣開采廢水中低沸 物總量的90%以上。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果包括：
[0018] (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)分離段外加熱強制循環(huán)和外冷凝的結(jié)構(gòu)，更有效地節(jié)能 并進一步提高易揮發(fā)低沸點組分的回收，傳質(zhì)過程的推動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g的差；同時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；
[0019] (2)本發(fā)明中的方法針對有機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入蒸發(fā)且冷凝水達標(biāo)后可排放或 回用。
【附圖說明】
[0020] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低 沸物的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低 沸物的方法的工藝流程圖。
[0022] 附圖標(biāo)記說明：
[0023] 1-循環(huán)栗、2-加熱器、3-上循環(huán)管、4-蒸發(fā)罐、5-豎直分離段、6-上回流管、7-下 回流管、8-冷凝器、9-絲網(wǎng)傳質(zhì)器、10-中心導(dǎo)流管、11-下循環(huán)管；
[0024] a_加熱蒸汽進口、b_冷凝水出口、c-進氣口、d-出水口、e_排污口、f_罐底液出 口、g_物料進口、h-出氣口、i-回液口、j-冷卻水進口、k-冷卻水出口、1-低沸物出口、 m-真空栗接口。
【具體實施方式】
[0025] 本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0026] 本說明書（包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖）中公開的任一特征，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只 是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0027] 其中，所述天然氣及頁巖氣開采廢水是指在天然氣及頁巖氣開采過程中產(chǎn)生的廢 水，其中含有大量的鹽、有機物和氨氮等物質(zhì)。所述低沸物是指低沸點物質(zhì)，主要包括氨氮 和易揮發(fā)有機物，并且本領(lǐng)域通常采用化學(xué)需氧量C0D作為衡量水中的有機物含量多少的 指標(biāo)。
[0028] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的連續(xù)分離天然氣及頁巖氣開采廢水中低 沸物的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例，所述連續(xù)分離天然氣 及頁巖氣開采廢水中低沸物的裝置包括通過管路連接成循環(huán)體系的循環(huán)栗1、加熱器2、蒸 發(fā)器和冷凝器8。其中，循環(huán)栗1用于實現(xiàn)廢水的循環(huán)栗入，加熱器2用于實現(xiàn)廢水的預(yù)加 熱，蒸發(fā)器用于對廢水進行預(yù)蒸餾和濃縮從而使得大量的低沸物從蒸發(fā)器頂端逸出，冷凝 器8用于對逸出的氣體進行液化獲得并排除富集低沸物的罐頂液。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明，所