[發明專利]一種基于正滲透技術的頁巖氣壓裂返排液處理系統和工作方法

有效

• 申請號: 202010460849.2
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111573949B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 楊洛鵬;張林華;曲云霞;李安桂
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: C02F9/10
• 分類號: C02F9/10;C02F103/10
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 楊翠翠;花向陽

1.一種基于正滲透技術的頁巖氣壓裂返排液處理系統，它包括前端NaCl汲取液正滲透單元（1）、后端NH₄HCO₃汲取液正滲透單元（2）、蒸餾單元（3）和汲取液配置單元（4）；其特在于：所述前端NaCl汲取液正滲透單元（1）中的返排液原水池（5）采用管道經原水泵（6）、返排液入口（7a）連接至NaCl汲取液正滲透膜組件（7）的原料液側，再從返排液出口（7b）經返排液管（7e）連接至后端NH₄HCO₃汲取液正滲透單元（2）；NaCl汲取液池（9）采用管道經NaCl汲取液泵（8）、NaCl汲取液入口（7c）連接至NaCl汲取液正滲透膜組件（7）的汲取液側，再由NaCl汲取液出口（7d）連接至壓裂液配漿罐（10）；

所述后端NH₄HCO₃汲取液正滲透單元（2）采用返排液管（7e）連接絮凝加藥裝置（11）和絮凝反應器（12），絮凝反應器（12）再采用管道依次連接固液分離器（13）、滲濾池（14）和濃縮返排液泵（15）后，由濃縮返排液入口（16a）連接至NH₄HCO₃汲取液正滲透膜組件（16）的原料液側，再從濃縮返排液出口（16b）連接至蒸餾單元（3）中的第二效豎管蒸發器（19）；

NH₄HCO₃汲取液池（17）采用管道由NH₄HCO₃汲取液入口（16c）連接至NH₄HCO₃汲取液正滲透膜組件（16）的汲取液側，再由NH₄HCO₃汲取液出口（16d）連接至蒸餾單元（3）中水平管降膜冷凝器（21）；

所述蒸餾單元（3）包含蒸汽從第一效蒸發器蒸汽入口（18a）進入的第一效豎管蒸發器（18）、第二效豎管蒸發器（19）和水平管降膜冷凝器（21），第一效豎管蒸發器（18）的第一效蒸發器蒸汽出口（18b）采用管道連接至第二效蒸發器蒸汽入口（19b），經第二效豎管蒸發器（19）后由第二效蒸發器蒸汽出口（19c）連接至冷凝器蒸汽入口（21d），再經過水平管降膜冷凝器（21）后由冷凝器蒸餾水出口（21c）連接至蒸餾水管（24）；第一效豎管蒸發器（18）的第一效蒸發器蒸餾水出口（18d）采用管道連接至第二效蒸發器蒸餾水入口（19f），經第二效豎管蒸發器（19）后由第二效蒸發器蒸餾水出口（19d）連接至蒸餾水管（24）；第二效豎管蒸發器（19）的第二效蒸發器鹽水出口（19e）采用管道連接至第一效蒸發器鹽水入口（18c），經第一效豎管蒸發器（18）后由第一效蒸發器鹽水出口（18e）連接至離心分離機（20）；

所述后端NH₄HCO₃汲取液正滲透單元（2）中的NH₄HCO₃汲取液出口（16d）采用管道連接水平管降膜冷凝器（21）的冷凝器汲取液入口（21a），冷凝器氣體出口（21b）連接至汲取液配置單元（4）；

所述汲取液配置 單元（4）采用與蒸餾水管（24）相連的吸收塔水管（22c）連接至NH₄HCO₃吸收塔（22）頂部的吸收塔蒸餾水入口（22a），冷凝器氣體出口（21b）連接NH₄HCO₃吸收塔（22）底部的吸收塔氣體入口（22b），NH₄HCO₃吸收塔（22）的濃縮NH₄HCO₃汲取液出口（22d）采用管道依次經NH₄HCO₃汲取液泵（23）、NH₄HCO₃汲取液管（17a）連接至NH₄HCO₃汲取液池（17）；NH₄HCO₃汲取液泵（23）經NH₄HCO₃汲取液回管（23a）連接至NH₄HCO₃吸收塔（22）的NH₄HCO₃汲取液回液入口（22e）；蒸餾水管（24）經NaCl汲取池水管（9a）連接至NaCl汲取液 池（9）。

2.根據權利要求1所述的一種基于正滲透技術的頁巖氣壓裂返排液處理系統的工作方法，其特征在于，包括以下步驟：

（a）前端NaCl汲取液正滲透單元（1）中，進入返排液原水池（5）中鹽度為2-3%的壓裂返排液無需預處理直接泵入NaCl汲取液正滲透膜組件（7）原料液側，NaCl汲取液池（9）中NaCl濃度為20-25%的汲取液泵入NaCl汲取液正滲透膜組件（7）汲取液側，在正滲透壓的作用下，返排液中的水分子透過滲透膜進入汲取液，返排液被濃縮到7-10%，NaCl汲取液被稀釋到5-7%，稀釋后的NaCl汲取液直接進入壓裂液配漿罐（10）中用于配置循環利用的壓裂液，濃縮后的返排液作為后端NH₄HCO₃汲取液正滲透單元（2）的進料液繼續處理；

（b）在后端NH₄HCO₃汲取液正滲透單元（2）中，鹽度為7-10%的濃返排液經過絮凝加藥裝置（11）和絮凝反應器（12）處理后，在固液分離器（13）中完成絮凝沉淀，在滲濾池（14）中去除濃返排液中的懸浮小顆粒，預處理后返排液泵入NH₄HCO₃汲取液正滲透膜組件（16）的原料液側，NH₄HCO₃濃度為15-18%的汲取液泵入NH₄HCO₃汲取液正滲透膜組件（16）的汲取液側，水從滲透壓較低的返排液側通過滲透膜流向滲透壓較高的NH₄HCO₃汲取液側，返排液再次被濃縮到18-20%，NH₄HCO₃汲取液被稀釋到11-14%，稀釋后的NH₄HCO₃汲取液進入蒸餾單元（3）回用，濃縮后的返排液作為蒸餾單元（3）的進料液進行零排放處理；

（c）0.5Mpa/150℃的蒸汽作為蒸餾單元（3）中二效蒸發器的加熱熱源，加熱蒸汽在第一效豎管蒸發器（18）的殼程冷凝放熱，濃縮后的返排液在第二效豎管蒸發器（19）的管程受熱蒸發，第二效豎管蒸發器（19）生成的50-55℃二次蒸汽在水平管降膜冷凝器（21）的管程冷凝為蒸餾水，第一效豎管蒸發器（18）、第二效豎管蒸發器（19）以及水平管降膜冷凝器（21）中冷凝生成的蒸餾水一部分在NaCl汲取液池（9）中用于配置20-25%的NaCl汲取液，實現NaCl汲取液的重復利用，其余部分在汲取液配置單元（4）中的NH₄HCO₃吸收塔（22）中配置NH₄HCO₃汲取液；未蒸發的返排液濃縮為飽和鹽水，飽和鹽水由第一效豎管蒸發器（18）下部進入離心分離機（20）實現固液分離，獲得結晶鹽，稀釋NH₄HCO₃汲取液在水平管降膜冷凝器（21）的殼程受熱分解為NH₃和CO₂氣體，分解的氣體從水平管降膜冷凝器（21）殼程上部冷凝器氣體出口（21b）流出進入NH₄HCO₃吸收塔（22）下部吸收塔氣體入口（22b），釋放NH₃和CO₂氣體后的NH₄HCO₃汲取液成為蒸餾水并匯集到蒸餾水管（24），用于重新制備NH₄HCO₃汲取液；

（d）蒸餾水從NH₄HCO₃吸收塔（22）上部噴淋，NH₃和CO₂氣體從NH₄HCO₃吸收塔（22）下部進口進入后上升，蒸餾水吸收NH₃和CO₂氣體生成15-18%的NH₄HCO₃汲取液，濃NH₄HCO₃汲取液進入NH₄HCO₃汲取液池（17）重復循環利用。