申请日2015.09.22
公开(公告)日2015.12.02
IPC分类号C02F1/04; C02F9/10; C02F101/30; C02F101/16; C02F103/10
摘要
本发明公开了连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的方法和装置，所述装置包括通过管路连接成循环体系的循环泵、加热器、蒸发器和冷凝器，蒸发器包括蒸发罐和位于蒸发罐顶部的竖直分离段，蒸发罐的侧壁上设置有进气口且底壁上设置有出水口和罐底液出口，竖直分离段的顶部设置有出气口和回液口且侧壁上设置有物料进口，蒸发罐的内部设置有与出水口连接的中心导流管，蒸发罐上部设置有丝网传质器;加热器通过上循环管与蒸发罐的进气口连接并且通过下循环管与蒸发罐的出水口连接，循环泵设置在下循环管上;冷凝器通过上回流管与竖直分离段的出气口连接并且通过下回流管与竖直分离段的回液口连接，下回流管上设置有低沸物出口。
摘要附图
权利要求书
1.一种连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的装置，其特征在于， 所述装置包括通过管路连接成循环体系的循环泵、加热器、蒸发器和冷凝器，
所述蒸发器包括蒸发罐和位于蒸发罐顶部的竖直分离段，所述蒸发罐的侧 壁上设置有进气口且底壁上设置有出水口和罐底液出口，所述竖直分离段的顶 部设置有出气口和回液口且侧壁上设置有物料进口，所述蒸发罐的内部设置有 与所述出水口连接的中心导流管，所述蒸发罐上部设置有丝网传质器;
所述加热器通过上循环管与所述蒸发罐的进气口连接并且通过下循环管 与所述蒸发罐的出水口连接，所述循环泵设置在下循环管上;
所述冷凝器通过上回流管与所述竖直分离段的出气口连接并且通过下回 流管与所述竖直分离段的回液口连接，所述下回流管上设置有低沸物出口。
2.根据权利要求1所述的连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的 装置，其特征在于，所述加热器包括加热室并且所述加热室上设置有加热蒸汽 进口和冷凝水出口，所述冷凝器包括冷凝室并且所述冷凝室上设置有冷却水进 口、冷却水出口和真空泵接口。
3.根据权利要求1所述的连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的 装置，其特征在于，所述蒸发罐的底壁上还设置有排污口，所述竖直分离段中 设置有多层塔板或填充有填料。
4.一种连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的方法，其特征在于， 利用权利要求1至3中任一项所述的连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸 物的装置，其中，天然气及页岩气开采废水经所述装置连续分离后，从所述低 沸物出口收集得到富集低沸物的罐顶液并从所述罐底液出口收集得到罐底液。
5.根据权利要求4所述的连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的 方法，其特征在于，在对所述天然气及页岩气开采废水进行连续分离之前，先 对所述天然气及页岩气开采废水进行脱除钙镁和悬浮物的预处理，得到预处理 后的天然气及页岩气开采废水。
6.根据权利要求5所述的连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的 方法，其特征在于，向所述天然气及页岩气开采废水中加入氢氧化钠和碳酸钠 混合沉淀脱除钙镁和悬浮物。
7.根据权利要求4所述的连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的 方法，其特征在于，在连续分离的过程中，控制加热器的加热温度为55～130 ℃，控制蒸发罐与竖直分离段的温度为50～120℃，回流比为2:1～20:1。
8.根据权利要求4所述的连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的 方法，其特征在于，所述方法还包括再将所述罐底液进行多效蒸发得到达标冷 凝水和盐浆的步骤和将所述罐顶液回注或再处理的步骤，其中，回收或排放所 述达标冷凝水，脱水干燥所述盐浆。
9.根据权利要求4所述的连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的 方法，其特征在于，所述低沸物包括氨氮和易挥发有机物，所述易挥发有机物 以化学需氧量COD表示。
10.根据权利要求9所述的连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的 方法，其特征在于，所述罐顶液中的低沸物含量占天然气及页岩气开采废水中 低沸物总量的90%以上。
说明书
连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的方法和装置
技术领域
本发明涉及天然气及页岩气开采废水处理的技术领域，更具体地讲，涉及 一种连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的方法和装置。
背景技术
天然气及页岩气开采过程中会产生大量废水，由于与地下油气藏及岩层长 期共存，这类废水中一般都溶入或混入了大量石油类、可溶性盐、悬浮物等组 分，为含盐废水。此外，在采气及集输过程中常需要加入泡排剂、缓蚀剂、阻 垢剂等化学助剂，使得采出水组成更加复杂和变化多端，并表现出石油类含量 高、易挥发性有机物含量高、悬浮物含量高和矿化度高等特点。如果直接排出 则会对井区周边会造成极大污染。
国内对于含硫气田采出水的零排放综合处理主要借助于盐化工专业的多 效蒸发除盐工艺，初步形成了以蒸发为主体工艺的气田采出水综合处理技术路 线。
天然气及页岩气开采废水中最难处理的是包括大量有机物和氨氮的低沸 点物质(简称低沸物)。目前，国内对于高低沸物含量的含盐废水，尚无成熟 可靠的方法和装置来处理完全。对于含盐废水，可以采用蒸发脱盐的方法回收 利用废水中的氯离子，但在天然气及页岩气开采废水的蒸发脱盐过程中，大量 低沸点有机物和氨氮随着蒸发进入冷凝水中，导致冷凝水不达标，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机物，但由于有机组分中低 沸点物质居多，进入蒸发脱盐系统后，冷凝水中仍含有大量有机物和氨氮，无 法达标。
因此，亟需开发一种新的分离设备和分离方法，以将大量低沸点有机物和 氨氮从天然气及页岩气开采废水中分离出来。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种实现天然气及 页岩气开采废水中低沸物连续分离的方法和装置。
本发明的一方面提供了一种连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物 的装置，所述装置包括通过管路连接成循环体系的循环泵、加热器、蒸发器和 冷凝器，所述蒸发器包括蒸发罐和位于蒸发罐顶部的竖直分离段，所述蒸发 罐的侧壁上设置有进气口且底壁上设置有出水口和罐底液出口，所述竖直分离 段的顶部设置有出气口和回液口且侧壁上设置有物料进口，所述蒸发罐的内部 设置有与所述出水口连接的中心导流管，所述蒸发罐上部设置有丝网传质器; 所述加热器通过上循环管与所述蒸发罐的进气口连接并且通过下循环管与所 述蒸发罐的出水口连接，所述循环泵设置在下循环管上;所述冷凝器通过上回 流管与所述竖直分离段的出气口连接并且通过下回流管与所述竖直分离段的 回液口连接，所述下回流管上设置有低沸物出口。
根据本发明连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的装置的一个实 施例，所述加热器包括加热室并且所述加热室上设置有加热蒸汽进口和冷凝水 出口，所述冷凝器包括冷凝室并且所述冷凝室上设置有冷却水进口、冷却水出 口和真空泵接口。
根据本发明连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的装置的一个实 施例，所述蒸发罐的底壁上还设置有排污口，所述竖直分离段中设置有多层塔 板或填充有填料。
本发明的另一方面公开了一种连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸 物的方法，利用上述连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的装置，其中， 天然气及页岩气开采废水经所述装置连续分离后，从所述低沸物出口收集得到 富集低沸物的罐顶液并从所述罐底液出口收集得到罐底液。
根据本发明连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的方法的一个实 施例，在对所述天然气及页岩气开采废水进行连续分离之前，先对所述天然气 及页岩气开采废水进行脱除钙镁和悬浮物的预处理，得到预处理后的天然气及 页岩气开采废水。
根据本发明连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的方法的一个实 施例，向所述天然气及页岩气开采废水中加入氢氧化钠和碳酸钠混合沉淀脱除 钙镁和悬浮物。
根据本发明连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的方法的一个实 施例，在连续分离的过程中，控制加热器的加热温度为55～130℃，控制蒸发 罐与竖直分离段的温度为50～120℃，回流比为2:1～20:1。
根据本发明连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的方法的一个实 施例，所述方法还包括再将所述罐底液进行多效蒸发得到达标冷凝水和盐浆的 步骤和将所述罐顶液回注或再处理的步骤，其中，回收或排放所述达标冷凝水， 脱水干燥所述盐浆。
根据本发明连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的方法的一个实 施例，所述低沸物包括氨氮和易挥发有机物，所述易挥发有机物以化学需氧量 COD表示。
根据本发明连续分离天然气及页岩气开采废水中低沸物的方法的一个实 施例，所述罐顶液中的低沸物含量(包括氨氮和易挥发有机物)占天然气及页 岩气开采废水中低沸物总量的90%以上。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
(1)本发明中的装置将现有技术中加热和蒸发为一体的设备(中间进料、 底部加热、顶部冷凝)改为蒸发罐和蒸发分离段外加热强制循环和外冷凝的结 构，更有效地节能并进一步提高易挥发低沸点组分的回收，传质过程的推动力 是气体中氨的分压与废水中氨的浓度相当的平衡分压之间的差;同时将以前间 歇式分离低沸物的方式改为连续分离，更便于操作;
(2)本发明中的方法针对有机物和氨氮等低沸物含量较高的天然气及页 岩气开采废水采用预蒸馏的方式脱除低沸物，处理后的水可直接进入蒸发且冷 凝水达标后可排放或回用。