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专利号: 2020104608492
申请人: 山东建筑大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于正渗透技术的页岩气压裂返排液处理系统,它包括前端NaCl汲取液正渗透单元(1)、后端NH4HCO3汲取液正渗透单元(2)、蒸馏单元(3)和汲取液配置单元(4);其特在于:所述前端NaCl汲取液正渗透单元(1)中的返排液原水池(5)采用管道经原水泵(6)、返排液入口(7a)连接至NaCl汲取液正渗透膜组件(7)的原料液侧,再从返排液出口(7b)经返排液管(7e)连接至后端NH4HCO3汲取液正渗透单元(2);NaCl汲取液池(9)采用管道经NaCl汲取液泵(8)、NaCl汲取液入口(7c)连接至NaCl汲取液正渗透膜组件(7)的汲取液侧,再由NaCl汲取液出口(7d)连接至压裂液配浆罐(10);

所述后端NH4HCO3汲取液正渗透单元(2)采用返排液管(7e)连接絮凝加药装置(11)和絮凝反应器(12),絮凝反应器(12)再采用管道依次连接固液分离器(13)、渗滤池(14)和浓缩返排液泵(15)后,由浓缩返排液入口(16a)连接至NH4HCO3汲取液正渗透膜组件(16)的原料液侧,再从浓缩返排液出口(16b)连接至蒸馏单元(3)中的第二效竖管蒸发器(19);

NH4HCO3汲取液池(17)采用管道由NH4HCO3汲取液入口(16c)连接至NH4HCO3汲取液正渗透膜组件(16)的汲取液侧,再由NH4HCO3汲取液出口(16d)连接至蒸馏单元(3)中水平管降膜冷凝器(21);

所述蒸馏单元(3)包含蒸汽从第一效蒸发器蒸汽入口(18a)进入的第一效竖管蒸发器(18)、第二效竖管蒸发器(19)和水平管降膜冷凝器(21),第一效竖管蒸发器(18)的第一效蒸发器蒸汽出口(18b)采用管道连接至第二效蒸发器蒸汽入口(19b),经第二效竖管蒸发器(19)后由第二效蒸发器蒸汽出口(19c)连接至冷凝器蒸汽入口(21d),再经过水平管降膜冷凝器(21)后由冷凝器蒸馏水出口(21c)连接至蒸馏水管(24);第一效竖管蒸发器(18)的第一效蒸发器蒸馏水出口(18d)采用管道连接至第二效蒸发器蒸馏水入口(19f),经第二效竖管蒸发器(19)后由第二效蒸发器蒸馏水出口(19d)连接至蒸馏水管(24);第二效竖管蒸发器(19)的第二效蒸发器盐水出口(19e)采用管道连接至第一效蒸发器盐水入口(18c),经第一效竖管蒸发器(18)后由第一效蒸发器盐水出口(18e)连接至离心分离机(20);

所述后端NH4HCO3汲取液正渗透单元(2)中的NH4HCO3汲取液出口(16d)采用管道连接水平管降膜冷凝器(21)的冷凝器汲取液入口(21a),冷凝器气体出口(21b)连接至汲取液配制单元(4);

所述汲取液配制单元(4)采用与蒸馏水管(24)相连的吸收塔水管(22c)连接至NH4HCO3吸收塔(22)顶部的吸收塔蒸馏水入口(22a),冷凝器气体出口(21b)连接NH4HCO3吸收塔(22)底部的吸收塔气体入口(22b),NH4HCO3吸收塔(22)的浓缩NH4HCO3汲取液出口(22d)采用管道依次经NH4HCO3汲取液泵(23)、NH4HCO3汲取液管(17a)连接至NH4HCO3汲取液池(17);

NH4HCO3汲取液泵(23)经NH4HCO3汲取液回管(23a)连接至NH4HCO3吸收塔(22)的NH4HCO3汲取液回液入口(22e);蒸馏水管(24)经NaCl汲取池水管(9a)连接至NaCl汲取池(9)。

2.根据权利要求1所述的一种基于正渗透技术的页岩气压裂返排液处理系统的工作方法,其特征在于,包括以下步骤:

(a)前端NaCl汲取液正渗透单元(1)中,进入返排液原水池(5)中盐度为2-3%的压裂返排液无需预处理直接泵入NaCl汲取液正渗透膜组件(7)原料液侧,NaCl汲取液池(9)中NaCl浓度为20-25%的汲取液泵入NaCl汲取液正渗透膜组件(7)汲取液侧,在正渗透压的作用下,返排液中的水分子透过渗透膜进入汲取液,返排液被浓缩到7-10%,NaCl汲取液被稀释到5-

7%,稀释后的NaCl汲取液直接进入压裂液配浆罐(10)中用于配置循环利用的压裂液,浓缩后的返排液作为后端NH4HCO3汲取液正渗透单元(2)的进料液继续处理;

(b)在后端NH4HCO3汲取液正渗透单元(2)中,盐度为7-10%的浓返排液经过絮凝加药装置(11)和絮凝反应器(12)处理后,在固液分离器(13)中完成絮凝沉淀,在渗滤池(14)中去除浓返排液中的悬浮小颗粒,预处理后返排液泵入NH4HCO3汲取液正渗透膜组件(16)的原料液侧,NH4HCO3浓度为15-18%的汲取液泵入NH4HCO3汲取液正渗透膜组件(16)的汲取液侧,水从渗透压较低的返排液侧通过渗透膜流向渗透压较高的NH4HCO3汲取液侧,返排液再次被浓缩到18-20%,NH4HCO3汲取液被稀释到11-14%,稀释后的NH4HCO3汲取液进入蒸馏单元(3)回用,浓缩后的返排液作为蒸馏单元(3)的进料液进行零排放处理;

(c)0.5Mpa/150℃的蒸汽作为蒸馏单元(3)中二效蒸发器的加热热源,加热蒸汽在第一效竖管蒸发器(18)的壳程冷凝放热,浓缩后的返排液在第二效竖管蒸发器(19)的管程受热蒸发,第二效竖管蒸发器(19)生成的50-55℃二次蒸汽在水平管降膜冷凝器(21)的管程冷凝为蒸馏水,第一效竖管蒸发器(18)、第二效竖管蒸发器(19)以及水平管降膜冷凝器(21)中冷凝生成的蒸馏水一部分在NaCl汲取液池(9)中用于配置20-25%的NaCl汲取液,实现NaCl汲取液的重复利用,其余部分在汲取液配置单元(4)中的NH4HCO3吸收塔(22)中配置NH4HCO3汲取液;未蒸发的返排液浓缩为饱和盐水,饱和盐水由第一效竖管蒸发器(18)下部进入离心分离机(20)实现固液分离,获得结晶盐,稀释NH4HCO3汲取液在水平管降膜冷凝器(21)的壳程受热分解为NH3和CO2气体,分解的气体从水平管降膜冷凝器(21)壳程上部冷凝器气体出口(21b)流出进入NH4HCO3吸收塔(22)下部吸收塔气体入口(22b),释放NH3和CO2气体后的NH4HCO3汲取液成为蒸馏水并汇集到蒸馏水管(24),用于重新制备NH4HCO3汲取液;

(d)蒸馏水从NH4HCO3吸收塔(22)上部喷淋,NH3和CO2气体从NH4HCO3吸收塔(22)下部进口进入后上升,蒸馏水吸收NH3和CO2气体生成15-18%的NH4HCO3汲取液,浓NH4HCO3汲取液进入NH4HCO3汲取液池(17)重复循环利用。