[發(fā)明專利]一種零排放壓裂返排液處理系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010460168.6
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111573948B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊洛鵬;宮淑蘭;張林華;曲云霞;張安桂
• 申請（專利權(quán)）人: 山東建筑大學(xué)
• 主分類號: C02F9/10
• 分類號: C02F9/10;C02F103/10
• 代理公司: 大連星海專利事務(wù)所有限公司 21208
• 代理人: 楊翠翠;花向陽

一種零排放壓裂返排液處理系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)方法，屬于頁巖氣廢水處理和自控調(diào)節(jié)的技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)依據(jù)壓裂返排液的鹽度，通過調(diào)節(jié)控制單元實(shí)現(xiàn)對正滲透膜法汲取液流量和蒸餾結(jié)晶裝置加熱蒸汽量的調(diào)節(jié)。當(dāng)原料液側(cè)壓裂返排液鹽度增大時，由于膜中的濃差極化造成膜的水通量降低，汲取液側(cè)的汲取液出口濃度降低，膜的處理效率降低。為有效降低濃差極化對水通量的影響，增大汲取液進(jìn)口流量，加大膜表面和汲取液間流體的擾動，降低膜支撐層側(cè)的濃差極化，提高膜的水通量，部分抵消由于返排液鹽度增大造成的水通量降低效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)返排液處理能力在兩種汲取液正滲透膜法間的優(yōu)化，提高在偏離設(shè)計工況時的處理效率，最大程度實(shí)現(xiàn)返排液的直接回用于壓裂液。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種零排放壓裂返排液處理系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)方法，屬于頁巖氣廢水處理和自控調(diào)節(jié)的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

頁巖氣作為一種非常規(guī)清潔能源，在穩(wěn)定我國能源供給和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面發(fā)揮將重要的作用。水力壓裂開發(fā)頁巖氣技術(shù)在增產(chǎn)頁巖氣的同時，也帶來了大量壓裂返排液處理處理的問題。返排液回用的主要技術(shù)障礙是返排液中含有減阻劑、防垢劑、殺菌劑等化學(xué)物質(zhì)、氯離子和金屬離子等，返排液的處理回用已成為阻礙頁巖氣開采的關(guān)鍵因素。

對于高鹽度壓裂返排液回用處理的難點(diǎn)在于脫鹽工藝，脫鹽處理的成本隨鹽度的增加而增加。目前壓裂返排液回用處理主要采用微濾、超濾和反滲透等膜法和機(jī)械壓縮蒸餾。現(xiàn)有的膜技術(shù)基于壓力過濾的原理，容易形成濾餅層，造成膜污染，并且外加驅(qū)動壓力要消耗電能；機(jī)械壓縮蒸餾技術(shù)是將蒸發(fā)生成的二次蒸汽壓縮回用。這兩項(xiàng)技術(shù)要消耗電能并且電耗高，而頁巖氣開采現(xiàn)場遠(yuǎn)離城市要燃燒天然氣發(fā)電，造成返排液的處理成本過高。正滲透膜技術(shù)具有低能耗和高效率的特點(diǎn)，水從原料液側(cè)通過滲透膜流向汲取液側(cè)是自發(fā)過程，無需消耗外界的電能和熱能，并且正滲透膜污染小不易結(jié)垢。

正滲透膜法目前在海水淡化和頁巖氣壓裂返排液領(lǐng)域開展了探索性的應(yīng)用。正滲透膜海水淡化主要是分離淡水，處理后的濃海水不回用而直接排放。壓裂返排液處理要滿足“節(jié)能減排”和“零排放”的要求，因此易采取正滲透膜法耦合蒸餾技術(shù)，正滲透處理后的濃返排液再經(jīng)過結(jié)晶蒸餾，實(shí)現(xiàn)壓裂返排液的零排放和汲取液的循環(huán)重復(fù)利用。

現(xiàn)有的技術(shù)只適用于設(shè)計條件下的返排液鹽度，而實(shí)際返排液水質(zhì)隨開采周期的變化而發(fā)生較大變化，當(dāng)返排液鹽度增大時，正滲透膜法的水通量就會降低，進(jìn)而使得汲取液的出口濃度和返排液的出口濃度降低，造成的結(jié)果是濃返排液蒸餾消耗的中壓蒸汽大幅度增加，并且汲取液無法實(shí)現(xiàn)循環(huán)重復(fù)利用。因此有必要開發(fā)一種用于零排放壓裂返排液處理系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種用于零排放壓裂返排液處理系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)方法。該處理系統(tǒng)依據(jù)壓裂返排液鹽度的變化，對正滲透膜法與蒸餾結(jié)晶耦合的系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了壓裂返排液在全開采周期內(nèi)的低能耗和零排放的處理。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種零排放壓裂返排液處理系統(tǒng)，它包括正滲透水處理單元、蒸發(fā)結(jié)晶單元、汲取液回用單元和調(diào)節(jié)控制單元，所述正滲透水處理單元中的汲取液自吸泵采用管道經(jīng)前置汲取液入口連接至前置正滲透膜組件的汲取液側(cè)，再由前置汲取液出口排出；返排液自吸泵采用管道經(jīng)前置返排液入口連接至前置正滲透膜組件的原料液側(cè)，再由前置返排液出口依次經(jīng)過預(yù)處理裝置、返排液提升泵后，從后置返排液入口連接至后置正滲透膜組件的原料液側(cè)，再由后置返排液出口連接至蒸發(fā)結(jié)晶單元中豎管蒸發(fā)器的蒸發(fā)器返排液入口；汲取液提升泵經(jīng)過汲取液提升管，從后置汲取液入口連接至后置正滲透膜組件的汲取液側(cè)，再從后置汲取液出口連接至蒸發(fā)結(jié)晶單元中冷凝器的冷凝器汲取液入口；

所述蒸發(fā)結(jié)晶單元包括豎管蒸發(fā)器和冷凝器，蒸發(fā)器蒸餾水出口采用管道連接至蒸餾水管，蒸發(fā)器二次蒸汽出口連接至冷凝器蒸汽入口，冷凝器蒸餾水出口連接至蒸餾水管，冷凝器出氣口連接至汲取液回用單元中吸收塔底部的吸收塔氣體入口；

所述汲取液回用單元采用蒸餾水管通過吸收塔水管連接至吸收塔頂部的吸收塔蒸餾水入口；吸收塔汲取液出口采用管道經(jīng)汲取液提升泵、汲取液回管連接至吸收塔中部的汲取液回液口；