公布日：2024.12.31
申請(qǐng)日：2024.11.20
分類(lèi)號(hào)：C02F9/00(2023.01)I;C02F11/122(2019.01)I;C02F1/66(2023.01)N;C02F1/24(2023.01)N;C02F1/40(2023.01)N;C02F1/76(2023.01)N;C02F1/52(2023.01)N;C02F5
/06(2023.01)N;C02F1/44(2023.01)N;C02F103/10(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種深層煤層氣壓裂返排液的處理以利于資源化利用的系統(tǒng)及方法，壓裂返排液經(jīng)過(guò)預(yù)處理裝置、二氧化碳軟化裝置、特種防堵超濾裝置，特種防堵超濾裝置出水水質(zhì)如達(dá)到所需回用途徑的水質(zhì)要求則回用，如出水有機(jī)雜質(zhì)(COD)或礦化度仍然高于回用途徑水質(zhì)要求，則進(jìn)入特種防堵納濾裝置進(jìn)一步處理，特種防堵納濾裝置產(chǎn)水回用，特種防堵納濾裝置濃水回到二氧化碳軟化裝置繼續(xù)處理，二氧化碳軟化過(guò)程中產(chǎn)生的碳酸鈣進(jìn)行資源化回用直接做鉆井液添加劑。本發(fā)明提供了一種流程短、全自動(dòng)的處理系統(tǒng)與工藝方法；本發(fā)明方法大幅度降低了能耗、藥劑投加量和污泥產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)了深層煤層氣壓裂返排液和污泥、工藝沉淀物(碳酸鈣)的全流程回收利用。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種深層煤層氣壓裂返排液的回收資源化利用系統(tǒng)，其特征在于，包括：預(yù)處理裝置、二氧化碳軟化裝置、特種防堵超濾裝置、特種防堵納濾裝置、污泥脫水裝置、碳酸鈣脫水回收裝置、超濾產(chǎn)品水箱和納濾產(chǎn)品水箱；其中，所述預(yù)處理裝置、二氧化碳軟化裝置、特種防堵超濾裝置、超濾產(chǎn)品水箱、特種防堵納濾裝置和納濾產(chǎn)品水箱依次順序連接；所述預(yù)處理裝置與所述污泥脫水裝置循環(huán)連接；所述預(yù)處理裝置與所述二氧化碳軟化裝置循環(huán)連接；所述二氧化碳軟化裝置與所述碳酸鈣脫水回收裝置循環(huán)連接；所述特種防堵超濾裝置與所述二氧化碳軟化裝置為循環(huán)連接；所述特種防堵納濾裝置與所述二氧化碳軟化裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種深層煤層氣壓裂返排液的回收資源化利用系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)處理裝置包含調(diào)節(jié)水箱、pH調(diào)節(jié)沉淀池、氣浮除油設(shè)備、加藥設(shè)備；所述調(diào)節(jié)水箱與所述pH調(diào)節(jié)沉淀池、氣浮除油設(shè)備以及二氧化碳軟化裝置依次順序連接；所述加藥設(shè)備與所述pH調(diào)節(jié)沉淀池連接；所述pH調(diào)節(jié)沉淀池與所述污泥脫水裝置連接；所述污泥脫水裝置與所述調(diào)節(jié)水箱連接；所述氣浮除油設(shè)備與所述二氧化碳軟化裝置為循環(huán)連接；所述氣浮除油設(shè)備為淺層氣浮器，氣源為二氧化碳，由二氧化碳儲(chǔ)罐經(jīng)汽化器供氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種深層煤層氣壓裂返排液的回收資源化利用系統(tǒng)，其特征在于，所述二氧化碳軟化裝置包含一級(jí)軟化器、二級(jí)軟化器、深度軟化器、澄清池、二氧化碳儲(chǔ)罐、汽化器以及寬量程硬度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀；寬量程硬度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀包括寬量程硬度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀1和寬量程硬度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀2；所述氣浮除油設(shè)備與所述一級(jí)軟化器、二級(jí)軟化器、深度軟化器、澄清池以及特種防堵超濾裝置依次順序連接；所述澄清池與所述碳酸鈣脫水回收裝置循環(huán)連接；所述二氧化碳儲(chǔ)罐與所述汽化器連接；所述汽化器分別與所述一級(jí)軟化器、二級(jí)軟化器、氣浮除油設(shè)備連接；所述寬量程硬度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀1與氣浮除油設(shè)備和一級(jí)軟化器之間的管路連接；所述寬量程硬度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀2與澄清池和特種防堵超濾裝置之間的管路連接；所述特種防堵超濾裝置與所述澄清池為循環(huán)連接，所述特種防堵納濾裝置與一級(jí)軟化器連接；所述特種防堵超濾裝置為特種防堵無(wú)機(jī)膜，過(guò)濾精度100-200nm；所述特種防堵納濾裝置為特種防堵有機(jī)膜，截留分子量為150～300道爾頓；所述污泥脫水裝置為高壓隔膜板框壓濾機(jī)；所述碳酸鈣脫水回收裝置為高壓隔膜板框壓濾機(jī)。
4.一種深層煤層氣壓裂返排液的回收資源化利用方法，其特征在于，采用權(quán)利要求3所述系統(tǒng)，包括以下步驟：步驟1：將深層煤層氣壓裂返排液加入到調(diào)節(jié)水箱中，經(jīng)過(guò)均質(zhì)后進(jìn)入pH調(diào)節(jié)沉淀池，接著向pH調(diào)節(jié)沉淀池中投加pH調(diào)節(jié)劑和氧化劑，得到出水和污泥；步驟2：將步驟1中出水送至氣浮除油設(shè)備，上部浮油層進(jìn)入淺層氣浮器進(jìn)行油水分離，得到浮油和除油后出水；步驟3：將步驟2中的所述除油后出水送至一級(jí)軟化器中，接著向一級(jí)軟化器和二級(jí)軟化器中通入二氧化碳?xì)怏w和投加pH調(diào)節(jié)劑，進(jìn)行反應(yīng)后進(jìn)入深度軟化器和澄清池，得到軟化產(chǎn)水和碳酸鈣沉淀；步驟4：將步驟3中所述軟化產(chǎn)水快速送入到特種防堵超濾裝置進(jìn)行過(guò)濾，得到產(chǎn)水和濃水；產(chǎn)水被送至超濾產(chǎn)品水箱，如達(dá)到所需回用途徑的水質(zhì)要求則回用，如出水有機(jī)雜質(zhì)或礦化度仍然高于回用途徑水質(zhì)要求，則進(jìn)入特種防堵納濾裝置進(jìn)一步處理，濃水送入澄清池；步驟5：步驟4中所述產(chǎn)水進(jìn)入到特種防堵納濾裝置中得到產(chǎn)水和濃水；產(chǎn)水被送至納濾產(chǎn)品水箱，回收利用；濃水送入一級(jí)軟化器，重復(fù)步驟3-4；步驟6：將步驟1中的所述污泥送至污泥脫水裝置進(jìn)行壓濾脫水，得到泥餅；產(chǎn)生的濾液送到調(diào)節(jié)水箱；步驟7：將步驟3中所述碳酸鈣沉淀送至碳酸鈣脫水回收裝置，碳酸鈣沉淀進(jìn)行壓濾脫水，得到濾餅為碳酸鈣按照含水率直接換算作為鉆井液添加劑利用不需再進(jìn)一步干燥處理，產(chǎn)生的濾液回到二氧化碳軟化裝置中的澄清池。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的深層煤層氣壓裂返排液的回收資源化利用方法，其特征在于，步驟1所述pH調(diào)節(jié)劑包括氫氧化鈉，將壓裂返排液pH調(diào)節(jié)至10-12；所述氧化劑包括次氯酸鈉，所述氧化劑在壓裂返排液中的濃度為50-150mg/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的深層煤層氣壓裂返排液的回收資源化利用方法，其特征在于，步驟3中的采用兩臺(tái)寬量程硬度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)二氧化碳軟化裝置進(jìn)、出水的硬度；以碳酸鈣計(jì)，所述寬量程硬度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)范圍20-50000mg/L，通過(guò)監(jiān)測(cè)硬度數(shù)值和二氧化碳轉(zhuǎn)化率自動(dòng)計(jì)算控制投加二氧化碳的量；pH調(diào)節(jié)劑包括氫氧化鈉，將壓裂返排液pH調(diào)節(jié)至10-12。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的深層煤層氣壓裂返排液的回收資源化利用方法，其特征在于，步驟6中的所述污泥脫水裝置和步驟7中的所述碳酸鈣脫水回收裝置的進(jìn)料口處的壓力≥0.8MPa。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種連接關(guān)系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且實(shí)現(xiàn)了深層煤層氣壓裂返排液的資源化回收利用系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)了碳酸鈣濾餅直接回收利用無(wú)需進(jìn)一步干燥處理，相比常規(guī)壓裂返排液的資源化回收利用工藝極大限度降低了能耗和工藝副產(chǎn)物對(duì)環(huán)境的污染，并可實(shí)現(xiàn)多途徑回用的目的。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種深層煤層氣壓裂返排液的回收資源化利用系統(tǒng)，包括：預(yù)處理裝置、二氧化碳軟化裝置、特種防堵超濾裝置、特種防堵納濾裝置、污泥脫水裝置、碳酸鈣脫水回收裝置、超濾產(chǎn)品水箱和納濾產(chǎn)品水箱；
其中，所述預(yù)處理裝置、所述二氧化碳軟化裝置、所述特種防堵超濾裝置、所述超濾產(chǎn)品水箱、所述特種防堵納濾裝置和所述納濾產(chǎn)品水箱依次順序連接；
所述預(yù)處理裝置與所述污泥脫水裝置循環(huán)連接；
所述預(yù)處理裝置與所述二氧化碳軟化裝置循環(huán)連接；
所述二氧化碳軟化裝置與所述碳酸鈣脫水回收裝置循環(huán)連接；
所述特種防堵超濾裝置與所述二氧化碳軟化裝置為循環(huán)連接；
所述特種防堵納濾裝置還與所述二氧化碳軟化裝置連接。
優(yōu)選的，所述預(yù)處理裝置包含調(diào)節(jié)水箱、pH調(diào)節(jié)沉淀池、氣浮除油設(shè)備、加藥設(shè)備；
所述調(diào)節(jié)水箱與所述pH調(diào)節(jié)沉淀池、氣浮除油設(shè)備以及二氧化碳軟化裝置依次順序連接；所述加藥設(shè)備與所述pH調(diào)節(jié)沉淀池連接；所述pH調(diào)節(jié)沉淀池與污所述泥脫水裝置連接；所述污泥脫水裝置與所述調(diào)節(jié)水箱連接；所述氣浮除油設(shè)備與所述二氧化碳軟化裝置為循環(huán)連接；
所述氣浮除油設(shè)備為淺層氣浮器，氣源為二氧化碳，由二氧化碳儲(chǔ)罐經(jīng)汽化器供氣。
優(yōu)選的，所述二氧化碳軟化裝置包含一級(jí)軟化器、二級(jí)軟化器、深度軟化器、澄清池、二氧化碳儲(chǔ)罐、汽化器以及寬量程硬度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀；
寬量程硬度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀包括寬量程硬度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀1和寬量程硬度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀2；
所述氣浮除油設(shè)備與所述一級(jí)軟化器、二級(jí)軟化器、深度軟化器、澄清池以及特種防堵超濾裝置依次順序連接；所述澄清池與所述碳酸鈣脫水回收裝置循環(huán)連接；所述二氧化碳儲(chǔ)罐與所述汽化器連接；所述汽化器分別與所述一級(jí)軟化器、二級(jí)軟化器、氣浮除油設(shè)備連接；
所述寬量程硬度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀1與氣浮除油設(shè)備和一級(jí)軟化器之間的管路連接；所述寬量程硬度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀2與澄清池和特種防堵超濾裝置之間的管路連接；所述特種防堵超濾裝置與所述澄清池為循環(huán)連接，所述特種防堵納濾裝置與一級(jí)軟化器連接。
優(yōu)選的，所述特種防堵超濾裝置為特種防堵無(wú)機(jī)膜，過(guò)濾精度100-200nm。
優(yōu)選的，所述特種防堵納濾裝置為特種防堵有機(jī)膜，截留分子量為150～300道爾頓。
優(yōu)選的，所述污泥脫水裝置為高壓隔膜板框壓濾機(jī)。
優(yōu)選的，所述碳酸鈣脫水回收裝置為高壓隔膜板框壓濾機(jī)。
一種深層煤層氣壓裂返排液的回收資源化利用方法，包括以下步驟：
步驟1：將壓裂返排液加入到預(yù)處理裝置中的調(diào)節(jié)水箱中，經(jīng)過(guò)均質(zhì)然后pH調(diào)節(jié)沉淀池，接著向所述預(yù)處理裝置中投加pH調(diào)節(jié)劑和氧化劑，得到出水和污泥；
步驟2：將步驟1中所述pH調(diào)節(jié)沉淀池出水送至氣浮除油設(shè)備，上部浮油層進(jìn)入淺層氣浮器進(jìn)行油水分離，得到含油量較高的浮油及除油后出水，回收浮油可以再加工或調(diào)和后作為燃料等進(jìn)行利用；
步驟3：將步驟2中的所述除油后出水送至二氧化碳軟化裝置中的一級(jí)軟化器，接著向所述二氧化碳軟化裝置中的一級(jí)軟化器和二級(jí)軟化器中通入二氧化碳?xì)怏w和添加pH調(diào)節(jié)劑，進(jìn)行反應(yīng)后進(jìn)入深度軟化器和澄清池，得到軟化產(chǎn)水、碳酸鈣沉淀；一級(jí)軟化器、二級(jí)軟化器、深度軟化器為逐步降低水中硬度的反應(yīng)設(shè)備，澄清池為去除水中大部分懸浮物，二氧化碳儲(chǔ)罐為儲(chǔ)存并提供整個(gè)工藝所需的液態(tài)二氧化碳和氣浮氣源，汽化器為將二氧化碳從液態(tài)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)并投加至一級(jí)軟化器、二級(jí)軟化器、預(yù)處理裝置中的氣浮除油設(shè)備，碳酸鈣脫水回收裝置為對(duì)澄清池底部碳酸鈣沉淀進(jìn)行脫水回收，采用兩臺(tái)寬量程硬度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)二氧化碳軟化裝置進(jìn)、出水的硬度。
步驟4：將步驟3中的所述軟化產(chǎn)水快速送入到特種防堵超濾裝置進(jìn)行過(guò)濾，用以去除所述水中的碳酸鈣并防止生成的碳酸鈣反溶，得到SS≤1mg/L產(chǎn)水；產(chǎn)水被回收至超濾產(chǎn)品水箱，如達(dá)到所需回用途徑的水質(zhì)要求則回用，如出水水質(zhì)有機(jī)雜質(zhì)或礦化度仍然高于回用途徑水質(zhì)要求，則進(jìn)入特種防堵納濾裝置進(jìn)一步處理；濃水送入二氧化碳軟化裝置中的澄清池；
步驟5：將步驟4中的所述產(chǎn)水送入到特種防堵納濾裝置中；用以進(jìn)一步降低所述水中的有機(jī)雜質(zhì)和礦化度，得到合格產(chǎn)水(根據(jù)回用途徑的要求)和濃水，產(chǎn)水被回收至納濾產(chǎn)品水箱，回收利用；濃水送入二氧化碳軟化裝置中的一級(jí)軟化器，重復(fù)步驟3-4；
步驟6：將步驟1中的所述pH調(diào)節(jié)沉淀池的污泥送至污泥脫水裝置進(jìn)行壓濾脫水，得到泥餅，泥餅的含水率小于55％，并且用于下游磚廠等企業(yè)的原料利用；高壓隔膜板框壓濾機(jī)濾液回到預(yù)處理裝置中的調(diào)節(jié)水箱。
步驟7：將步驟3中的所述二氧化碳軟化裝置中的澄清池的碳酸鈣沉淀送至碳酸鈣脫水回收裝置，具體為碳酸鈣沉淀進(jìn)入高壓隔膜板框壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾脫水，得到碳酸鈣按照含水率直接換算作為鉆井液添加劑利用不需再進(jìn)一步干燥處理；高壓隔膜板框壓濾機(jī)濾液回到二氧化碳軟化裝置中的澄清池。
優(yōu)選的，步驟1所述pH調(diào)節(jié)劑包括氫氧化鈉，將壓裂返排液pH調(diào)節(jié)至10-12；所述氧化劑包括次氯酸鈉，所述氧化劑在壓裂返排液中的濃度為50-150mg/L。
步驟1中，次氯酸鈉與二價(jià)鐵(返排液)反應(yīng)方程式為：
2Fe2++ClO-+4OH-+H2O＝2Fe(OH)3+Cl-
產(chǎn)生的Fe(OH)3作為絮凝劑進(jìn)一步協(xié)助去除壓裂返排液中的懸浮物及膠體等。
優(yōu)選的，步驟3中的采用寬量程硬度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)二氧化碳軟化裝置中的進(jìn)、出水的硬度，所述寬量程硬度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)范圍20-50000mg/L(以碳酸鈣計(jì))，通過(guò)監(jiān)測(cè)硬度數(shù)值和二氧化碳轉(zhuǎn)化率自動(dòng)計(jì)算控制投加二氧化碳的量；pH調(diào)節(jié)劑包括氫氧化鈉，將壓裂返排液pH調(diào)節(jié)至10-12。
其中，寬量程硬度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀1監(jiān)測(cè)進(jìn)水的硬度，寬量程硬度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀2監(jiān)測(cè)出水的硬度。
步驟3中，二氧化碳與出水中Ca2+、Mg2+反應(yīng)的方程，反應(yīng)方程式為：
Ca2++2OH-＝Ca(OH)2↓
Mg2++2OH-＝Mg(OH)2↓
優(yōu)選的，步驟6中的所述污泥脫水裝置和步驟7中的所述碳酸鈣脫水回收裝置的進(jìn)料口處的壓力≥0.8MPa。
經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
1.本發(fā)明提供了深層煤層氣壓裂返排液的回收資源化利用系統(tǒng)及其工藝方法，深層煤層氣壓裂返排液經(jīng)過(guò)本發(fā)明方法處理后，產(chǎn)水全部回收利用，回收的碳酸鈣直接作為鉆井液添加劑資源化利用，杜絕了排放、回注或干燥帶來(lái)的二次環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)；
2.本發(fā)明提供了一種連接關(guān)系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)；設(shè)備占地面積小，全自動(dòng)運(yùn)行，操作簡(jiǎn)單，成本低；
3.本發(fā)明中通過(guò)二氧化碳軟化裝置可有效的去除所述出水中的硬度，處理成本低，還能完成“雙碳”目標(biāo)；
4.本發(fā)明方法采用特種防堵超濾裝置，抗污染能力強(qiáng)，膜通量高，占地面積小，得到的產(chǎn)水品質(zhì)好，有效防止鈣離子返溶，產(chǎn)水如達(dá)到所需回用途徑的水質(zhì)要求則回用，濃水送至二氧化碳軟化裝置中的澄清池再進(jìn)行沉降，上清液再進(jìn)入特種防堵超濾裝置；如出水有機(jī)雜質(zhì)或礦化度仍然高于回用途徑水質(zhì)要求，則進(jìn)入特種防堵納濾裝置進(jìn)一步處理。
5.本發(fā)明方法采用特種防堵納濾裝置，抗污染能力強(qiáng)，占地面積小，產(chǎn)水直接作為更高回用途徑水質(zhì)要求的回收利用，濃水再進(jìn)入二氧化碳軟化裝置處理。
（發(fā)明人：馬云;李銳軒;艾龍;白海濤;蒲科;謝娟;崔星;崔家豪;牛瑞澤）
