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的制造方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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】
[0006] 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。
[0007] 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栗、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，所述循环栗设置在下循环管上；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。
[0008] 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、冷却水出口和真空栗接口。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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°C，控制蒸发罐与竖直分离段的温 度为50~120°C，回流比为2:1~20:1。
[0014] 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。
[0015] 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C0D表示。
[0016] 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。
[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
[0018] (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；
[0019] (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。
【附图说明】
[0020] 图1示出了根据本发明示例性实施例的连续分离天然气及页岩气开采废水中低 沸物的装置的结构示意图。
[0021] 图2示出了根据本发明示例性实施例的连续分离天然气及页岩气开采废水中低 沸物的方法的工艺流程图。
[0022] 附图标记说明：
[0023] 1-循环栗、2-加热器、3-上循环管、4-蒸发罐、5-竖直分离段、6-上回流管、7-下 回流管、8-冷凝器、9-丝网传质器、10-中心导流管、11-下循环管；
[0024] a_加热蒸汽进口、b_冷凝水出口、c-进气口、d-出水口、e_排污口、f_罐底液出 口、g_物料进口、h-出气口、i-回液口、j-冷却水进口、k-冷却水出口、1-低沸物出口、 m-真空栗接口。
【具体实施方式】
[0025] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥 的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0026] 本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙 述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只 是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0027] 其中，所述天然气及页岩气开采废水是指在天然气及页岩气开采过程中产生的废 水，其中含有大量的盐、有机物和氨氮等物质。所述低沸物是指低沸点物质，主要包括氨氮 和易挥发有机物，并且本领域通常采用化学需氧量C0D作为衡量水中的有机物含量多少的 指标。
[0028] 图1示出了根据本发明示例性实施例的连续分离天然气及页岩气开采废水中低 沸物的装置的结构示意图。如图1所示，根据本发明的示例性实施例，所述连续分离天然气 及页岩气开采废水中低沸物的装置包括通过管路连接成循环体系的循环栗1、加热器2、蒸 发器和冷凝器8。其中，循环栗1用于实现废水的循环栗入，加热器2用于实现废水的预加 热，蒸发器用于对废水进行预蒸馏和浓缩从而使得大量的低沸物从蒸发器顶端逸出，冷凝 器8用于对逸出的气体进行液化获得并排除富集低沸物的罐顶液。
[0029] 根据本发明，所