一种页岩气开采废水处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种页岩气开采废水处理工艺，在热风炉中采用天然气作为燃料直接燃烧，经净化处理形成热风，将页岩气开采废水与热风共同通入离心喷雾干燥塔，热风进入离心喷雾干燥塔顶部的空气分配器，页岩气开采废水进入离心喷雾干燥塔顶部的离心雾化器，控制离心喷雾干燥塔进口的风温为300~600℃，尾气出口的风温为80~120℃，干燥后得到的干粉由离心喷雾干燥塔底部的旋风分离器排出，离心喷雾干燥过程中产生的废气由风机排出，经水膜除尘净化处理后达标排放。用本发明的工艺对页岩气开采废水进行处理，燃料天然气可利用现场开采的页岩气，可降低燃料成本，方法简便易行，同时实现资源的综合利用。
【专利说明】一种页岩气开采废水处理工艺
【技术领域】
[0001]本发明属于废水处理领域，具体涉及一种离心喷雾干燥的物理处理工艺，尤其是一种适用于高盐分页岩气开采废水的处理工艺。
【背景技术】
[0002]随着美国大规模开采页岩气的成功，页岩气这一非常规能源资源已经逐步成为石油勘探开采的新方向。其开采技术主要包括水平井技术和多层压裂技术、清水压裂技术、页岩气开发重复压裂技术及最新的同步压裂技术。以上技术的核心在于水力压裂法，即将化学物质和大量水、泥沙的混合物，用高压注入地下井，压裂附近的岩石构造，进而收集气体。
[0003]页岩气开采是一个高度密集型的用水过程，单个井的钻孔和压裂作业通常需要约19000立方米的水，而作为压裂液的核心化学成分则有596种之多，压裂过程用水量大，需要大量的水混合着沙子和化学品注入井内，以便于抽取气体。该技术在消耗大量淡水资源的同时，还会产生大量的废水，会对空气、水源和土壤造成污染。
[0004]水污染是页岩气开采的负面因素之一，压裂井水的排放及处理是页岩气开采对环境影响的重点。每口井压 裂之后，在其生命周期中会出现一定比例的压裂液回流现象。这种水已经受到严重污染，如果不能得到正确控制和有效处理，在向地表回流时，会造成地下水污染风险。页岩气开采废水的主要特点之一是含有过高的盐分，直接外排会导致土地盐碱化。由于页岩气开采技术是近年来发展的新兴技术，目前还没有针对性强的处理高盐度、化学成分复杂的页岩气废水处理技术。有部分实例尝试使用反渗透或加热蒸发进行处理，由于页岩气开采废水含有大量的Ca2+、SO42' CF离子，在浓度高时形成CaSO4结晶，堵塞反渗透膜，降低了反渗透膜的使用寿命，同时使反渗透处理压力增高，增加了处理成本，技术和经济上不可行。加热蒸发处理工艺在蒸发浓缩到一定浓度后，大量的盐分析出，在蒸发器表面结垢，降低了蒸发器热交换效率，使蒸发浓缩的成本急剧上升。同时，高浓度的盐水对蒸发器的腐蚀也是不可承受的。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对高盐度页岩气开采废水处理工艺耗能高、投资大的问题，提供一种针对高盐度页岩气开采废水的处理工艺，该工艺投入成本低，方法简便易行，实现资源的综合利用。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:一种页岩气开采废水处理工艺，步骤如下:
(1)在热风炉中采用天然气作为燃料直接燃烧，经净化处理形成热风，利用热风作为介质和载体，以更大地提高热利用率和热工作效果，热风炉中使用的天然气为页岩气开采现场产生的天然气，燃料成本低；
(2)将页岩气开采废水经螺杆泵通入离心喷雾干燥塔，同时热风经风机通入离心喷雾干燥塔，控制离心喷雾干燥塔进口的风温保持在30(T600°C，尾气出口的风温保持在8(T12(TC，热风进入离心喷雾干燥塔顶部的空气分配器，呈螺旋状均匀进入干燥塔，页岩气开采废水由料液槽经过滤器由泵送至干燥塔顶部的离心雾化器，使其喷成极小的雾状液滴，废水和热气并流接触使水分迅速蒸发，其中离心雾化器转速为1000(Tl2000r/min ；
(3)页岩气开采废水在离心喷雾干燥塔中在极短时间内干燥成成品，成品主要以干粉形式存在，由干燥塔底部的旋风分离器排出，干粉经集中收集处理后进行计量包装，形成产品，可根据不同水质条件及具体干粉组成成分应用于化工等其他行业；
(4)离心喷雾干燥过程中产生的废气主要以水蒸汽的形式存在，由风机排出后经水膜除尘净化处理后可达到直接排放标准，进而直接排放至大气环境，水膜除尘器用水为页岩气开采废水，循环48飞Oh后，合并到页岩气废水，进行干燥处理，降低成本。
[0007]本发明的有益效果:采用本发明的工艺对页岩气开采废水进行处理，燃料天然气可利用现场开采的页岩气，可降低燃料成本。目前，国内页岩气开采废水处理采用运输至附近城市污水处理厂进行处理的方法，经测算，运输成本与污水处理费用每吨废水多达500-600元，而页岩气开采废水中的盐分仅仅是稀释排放，并没有达到去除的目的。采用该发明工艺后降至每吨100元，方法简便易行，同时实现资源的综合利用。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0009]下面结合具体实例，进一步阐述本发明。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。此外本领域技术人员应该理解的是，在阅读了本发明所讲授的内容之后，通过对本发明的细节所作的各种改动或替换而得到的一些等价形式，应同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0010]实施例1
本实施例的页岩气开采废水处理工艺(工艺流程如图1所示)，步骤如下:
(1)在热风炉中采用天然气作为燃料直接燃烧，经净化处理形成热风，利用热风作为介质和载体，以更大地提高热利用率和热工作效果，热风炉中使用的天然气为页岩气开采现场产生的天然气，燃料成本低；
(2)将页岩气开采废水经螺杆泵通入离心喷雾干燥塔，同时热风经风机通入离心喷雾干燥塔，控制离心喷雾干燥塔进口的风温保持在300°C，尾气出口的风温保持在80°C，热风进入离心喷雾干燥塔顶部的空气分配器，呈螺旋状均匀进入干燥塔，页岩气开采废水由料液槽经过滤器由泵送至干燥塔顶部的离心雾化器，使其喷成极小的雾状液滴，废水和热气并流接触使水分迅速蒸发，其中离心雾化器转速为10000r/min ；
(3)页岩气开采废水在离心喷雾干燥塔中在极短时间内干燥成成品，成品主要以干粉形式存在，由干燥塔底部的旋风分离器排出，干粉经集中收集处理后进行计量包装，形成产品，可根据不同水质条件及具体干粉组成成分应用于化工等其他行业；
(4)离心喷雾干燥过程中产生的废气主要以水蒸汽的形式存在，由风机排出后经水膜除尘净化处理后可达到直接排放标准，进而直接排放至大气环境，水膜除尘器用水为页岩气开采废水，循环48h后，合并到页岩气废水，进行干燥处理，降低成本。[0011]实施例2
本实施例的页岩气开采废水处理工艺，步骤如下:
(1)在热风炉中采用天然气作为燃料直接燃烧，经净化处理形成热风，利用热风作为介质和载体，以更大地提高热利用率和热工作效果，热风炉中使用的天然气为页岩气开采现场产生的天然气，燃料成本低；
(2)将页岩气开采废水经螺杆泵通入离心喷雾干燥塔，同时热风经风机通入离心喷雾干燥塔，控制离心喷雾干燥塔进口的风温保持在600°C，尾气出口的风温保持在120°C，热风进入离心喷雾干燥塔顶部的空气分配器，呈螺旋状均匀进入干燥塔，页岩气开采废水由料液槽经过滤器由泵送至干燥塔顶部的离心雾化器，使其喷成极小的雾状液滴，废水和热气并流接触使水分迅速蒸发，其中离心雾化器转速为12000r/min ；
(3)页岩气开采废水在离心喷雾干燥塔中在极短时间内干燥成成品，成品主要以干粉形式存在，由干燥塔底部的旋风分离器排出，干粉经集中收集处理后进行计量包装，形成产品，可根据不同水质条件及具体干粉组成成分应用于化工等其他行业；
(4)离心喷雾干燥过程中产生的废气主要以水蒸汽的形式存在，由风机排出后经水膜除尘净化处理后可达到直接排放标准，进而直接排放至大气环境，水膜除尘器用水为页岩气开采废水，循环60h后，合并到页岩气废水，进行干燥处理，降低成本。
[0012]实施例3 本实施例的页岩气开采废水处理工艺，步骤如下:
(1)在热风炉中采用天然气作为燃料直接燃烧，经净化处理形成热风，利用热风作为介质和载体，以更大地提高热利用率和热工作效果，热风炉中使用的天然气为页岩气开采现场产生的天然气，燃料成本低；
(2)将页岩气开采废水经螺杆泵通入离心喷雾干燥塔，同时热风经风机通入离心喷雾干燥塔，控制离心喷雾干燥塔进口的风温保持在500°C，尾气出口的风温保持在100°C，热风进入离心喷雾干燥塔顶部的空气分配器，呈螺旋状均匀进入干燥塔，页岩气开采废水由料液槽经过滤器由泵送至干燥塔顶部的离心雾化器，使其喷成极小的雾状液滴，废水和热气并流接触使水分迅速蒸发，其中离心雾化器转速为11000r/min ；
(3)页岩气开采废水在离心喷雾干燥塔中在极短时间内干燥成成品，成品主要以干粉形式存在，由干燥塔底部的旋风分离器排出，干粉经集中收集处理后进行计量包装，形成产品，可根据不同水质条件及具体干粉组成成分应用于化工等其他行业；
(4)离心喷雾干燥过程中产生的废气主要以水蒸汽的形式存在，由风机排出后经水膜除尘净化处理后可达到直接排放标准，进而直接排放至大气环境，水膜除尘器用水为页岩气开采废水，循环55h后，合并到页岩气废水，进行干燥处理，降低成本。
[0013]实施例4
采用本发明的处理工艺对某页岩气开采废水进行处理，总矿化度23.lg/L，其中[Na+]+ [K+] =8.237g/L, [CF] =13.5938 g/L, ρΗ=6.61。
[0014]以天然气作为燃料直接燃烧，在热风炉中经净化处理形成热风，将页岩气开采废水经离心雾化器雾化后与热风共同通入处理量为5kg/h的离心喷雾干燥塔，离心雾化器转速为12000r/min，控制离心喷雾干燥塔进口的风温为550°C，尾气出口的风温为90°C，控制处理量为4.5L/h，处理周期5h。雾化后的页岩气开采废水和热气在塔内并流接触使水分迅速蒸发，使其在极短时间内得以干燥，得到固体物质510g(水分3.0%)，回收率达到95%。处理过程中产生的废气经水膜除尘处理后，直接达标排放至大气环境。
[0015]实施例5
采用本发明的处理工艺对某页岩气开采废水进行处理，总矿化度180.3 g/L，其中[Na+]+ [K+] =68.799g/L, [01]=108.611g/L, ρΗ=6.55。
[0016]实验装置为处理量5kg/h的离心喷雾干燥塔,离心雾化器转速为12000r/min,以开采的页岩气为燃料加热空气，进口风温600°C。进入干燥塔顶部空气分配器，热空气呈螺旋状均匀地进入干燥室，料液经塔体顶部的高速离心雾化器，喷雾成极细微的雾状液珠，与热空气并流接触在极短的时间内可干燥为成品。成品连续地由干燥塔底部和旋风分离器中输出，废气由风机排空，尾气出口风温110°C。实验处理量5L/h，实验周期3h，得到固体物质2670g (水分2.5%)，回收率96%。处理过程中产生的废气经水膜除尘处理后，直接达标排放至大气环境。
[0017]实施例6
采用本发明的处理工艺对某页岩气开采废水进行处理，总矿化度40.59g/L，其中[Na+]+ [K+]=12.948g/L, [Cl-]=24.558g/L, [Ca2+]=1.536g/L，ρΗ=6.20。
实验处理装置为处理量5kg/h的离心喷雾干燥塔，离心雾化器转速为10000r/min。在干燥塔顶部导入以开采的页岩气为燃料加热生成的热风，进口风温600°C，同时将料液送至塔顶部，通过雾化器喷成雾状液滴，与高温热风接触后水分迅速蒸发，在极短的时间内便成为干燥产品。从干 燥塔底排出的热风与液滴接触后温度显著降低，尾气出口风温120°C。实验处理量5L/h，实验周期5h，得到固体物质993g (水分1.9%)，回收率96%。处理过程中产生的废气经水膜除尘处理后，直接达标排放至大气环境。
[0018]实施例7
采用本发明的处理工艺对某页岩气开采废水进行处理，总矿化度48.94g/L，其中[Na+] + [K+]=9.829g/L，[CF] =24.558g/L, [Ca2+] =15.832g/L, ρΗ=7.17。
[0019]实验装置为处理量5kg/h的离心喷雾干燥塔,离心雾化器转速为10000r/min。空气通过过滤器及页岩气燃烧加热装置后，进口风温30(TC，进入干燥室顶部的热风分配器，通过热风分配器的热空气均匀地进入干燥室，并成螺旋状流动，同时将料液送到安装在干燥室顶部的离心喷雾头，料液被雾化成极小的雾状液滴，使料液和热空气接触的表面积大大增加，水分迅速蒸发，在极短的时间内形成干燥成品。尾气出口风温80°C，作为废气由排风机排出。实验处理量3.6L/h，实验周期6h，得到固体物质1057g (水分6%)，回收率96%。处理过程中产生的废气经水膜除尘处理后，直接达标排放至大气环境。
【权利要求】
1.一种页岩气开采废水处理工艺，其特征在于:在热风炉中采用天然气作为燃料直接燃烧，经净化处理形成热风，将页岩气开采废水与热风共同通入离心喷雾干燥塔，热风进入离心喷雾干燥塔顶部的空气分配器，页岩气开采废水进入离心喷雾干燥塔顶部的离心雾化器，控制离心喷雾干燥塔进口的风温为30(T600°C，尾气出口的风温为8(Tl20°C，干燥后得到的干粉由离心喷雾干燥塔底部的旋风分离器排出，离心喷雾干燥过程中产生的废气由风机排出，经水膜除尘净化处理后达标排放。
2.根据权利要求1所述的页岩气开采废水处理工艺，其特征在于:离心雾化器转速为1000(Tl2000r/min。
3.根据权利要求1所述的页岩气开采废水处理工艺，其特征在于:热风炉中使用的天然气为页岩气开采产生的天然气。
4.根据权利要求1所述的页岩气开采废水处理工艺，其特征在于:离心喷雾干燥过程中产生的废气由风机排出后经过水膜除尘进行净化处理。
5.根据权利要求4所述的页岩气开采废水处理工艺，其特征在于:水膜除尘器用水为页岩气开采废水，循环时间为48飞Oh后合并到页岩气开采废水，进行干燥处理。
【文档编号】C02F1/10GK104016430SQ201410274255
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】李海松, 王敏, 党卫星, 毛圣捷, 代吉华, 王岩, 买文宁 申请人:郑州大学, 河南中郑环境工程有限公司