一种页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理设备制造技术

一种页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理设备，包括依次由管道连通的混凝灌、Fenton反应罐、压滤机、沉淀池、砂滤罐、循环列管大气蒸发器、蒸汽锅炉、水软化设备和软化水箱；还包括与混凝灌相联的碳酸钠和PAC加药装置、与Fenton反应罐相联的双氧水和硫酸铁以及硫酸加药装置、与静态混合器相联的氢氧化钠加药装置、静态混合器、抽水泵以及在管道上设置相应阀门。本实用新型专利技术各个工艺段环环相扣，工艺完备，对进水的适用性广泛。同时流程简单、高效节能，运行成本低，系统结构紧凑，可以大幅降低外运处理的废水量。

An evaporation and decrement treatment equipment for shale gas recovery and recycling waste liquid circulation line

The utility model relates to a circulating pipe evaporation reduction treatment device for waste liquid discharged from fracturing in shale gas exploitation, which comprises a coagulation irrigation, a Fenton reaction tank, a filter press, a sedimentation tank, a sand filter tank, a circulating pipe atmospheric evaporator, a steam boiler, a water softening device and a softening water tank connected in turn by a pipeline, and includes a sodium carbonate and a PA connected with a coagulation irrigation. C dosing device, hydrogen peroxide and ferric sulfate connected with Fenton reaction tank, sulfuric acid dosing device, sodium hydroxide dosing device connected with static mixer, static mixer, pumping pump and corresponding valve are arranged on the pipeline. The process sections of the utility model are interlinked, the process is complete, and the applicability to the influent is extensive. At the same time, the process is simple, efficient and energy-saving, the operation cost is low, the system structure is compact, which can greatly reduce the amount of wastewater transported.

【技术实现步骤摘要】
一种页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理设备
本技术涉及工业污废水处理领域，特别涉及页岩气开采压裂返排废液减量化的处理工艺。
技术介绍
页岩气开采压裂返排废液是在页岩气开采过程中产生的一种“特殊作(工)业废水”。我国页岩气开采每年排放的压裂废液高达100万吨左右。具有关统计，每口页岩气生产井压裂返排废液约30～50m3/d。其组分十分复杂，主要含有油类、各种胍胶、甲醛等多种有机添加剂、硫酸盐等各类化学处理剂、细菌等多种物质。因此页岩气的压裂返排废液具有高COD值、高含盐量、高稳定性、高粘度、刺激气味强烈，难降解等特点，对环境的危害极大。这些物质进入环境后，尤其是进入地下水和地表水环境后，将会给水、土环境系统带来持久性的污染，对页岩气的生产和长远发展造成不可估量的损失。因此，其压裂返排废液处理成为制约页岩气开发过程中的关键环境问题之一。然而，受现场条件和技术水平限制，我国页岩气压裂废液的处理技术尚不成熟，甚至有些未经处理就直接将废液回注或排放到环境中，这更进一步加剧了页岩气压裂废液处理的紧迫性。目前，常用的压裂废液处理工艺主要有“Fenton氧化-絮凝-SBR联合处理”，“絮凝－隔油－光催化氧化”，“Fenton氧化－絮凝回注处理”，“絮凝－隔油－沉淀－双级氧化”，“化学脱稳－过滤－O3/H2O2－复合催化氧化－深度氧化”等。上述组合工艺，可以实现单项技术的优势互补，提高处理效果、减少化学药剂用量、降低成本等。但这些工艺都注重对于废水中悬浮物质和有机物的处理，对于废水中盐的处理效果并不明显。又由于页岩气压裂废液中含盐量十分高，因此，对于废液中盐的处理成为页岩气压裂废液处理的一道难题。并且这些处理工艺大多停留在试验研究阶段，实际工程运用较少，即使少数应用，处理后外运回注水或排放水量仍然较大，导致外运、回注成本居高不下。随着国内日益严峻的环境问题，对页岩气开采过程中所产生的压裂废液进行高效、低成本减量处理成为其发展的迫切需求。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有页岩气开采压裂返排废液处理量大的问题，提供一种效率高、操作简便、便于移动、处理成本低的页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理设备，针对压裂返排废液本身具有成分复杂、多变性和分散性的特点，重点实现废液减量化，以解决我国页岩气开采行业压裂返排废液处理的难题。本技术采用的技术方案如下：一种页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理设备，包括依次由管道连通的混凝灌、Fenton反应罐、压滤机、沉淀池、砂滤罐、循环列管大气蒸发器、蒸汽锅炉、水软化设备和软化水箱；还包括与混凝灌相联的碳酸钠和PAC加药装置、与Fenton反应罐相联的双氧水和硫酸铁以及硫酸加药装置、与静态混合器相联的氢氧化钠加药装置、静态混合器、抽水泵以及在管道上设置相应阀门。设备采用了特殊结构的循环列管大气蒸发器，其为方型或圆形塔状结构，蒸发器的塔内设置风机、收水器、布水器、循环列管加热器、填料区和循环集水箱，塔外设置抽水泵。风机为轴流式大功率风机，设在蒸发器顶部出口处，风机型号及功率由所需蒸发风量确定，但风机的功率必须保证蒸发器出口风速达到12-20m/s。布水器设在蒸发器上部，由呈树枝状布置的配水干管和支管及喷嘴组成，喷嘴采用大流量雾化喷嘴，补水管直径和喷嘴规格根据设计水量选用，喷嘴数量及布置方式由布水流量和单个喷嘴喷水流量确定。收水器安装在布水器与风机之间，为耐腐蚀材质，制作为波浪形。循环列管加热器安装在蒸发器中部的填料区中，采用带翅片防腐且耐高温、高压不锈钢或紫铜管制作，采用外形为圆盘形或“U”型盘管结构，确保大流量的流体强压循环，循环列管加热器与塔外热源联通，循环列管的长度及层数由所需换热量计算得到。填料区的填料采用耐高温的防腐材料制成，蜂窝状结构，其充填于循环列管加热器盘管间，包围住循环列管加热器。蒸发器下部设置进风口，底部设循环集水箱。上述结构外部采用防腐材料封装，形成循环列管大气蒸发器机组外壳。本技术的特点如下：1、本技术采用化学混凝-Fenton深度氧化-物理压滤组合技术作为循环列管蒸发浓缩前处理步骤。混凝预处理后出水直接经压滤机压滤后进行后续Fenton深度氧化处理。深度氧化后的出水经沉淀后再循环回带式压滤机压滤。此工艺流程简单，通过化学混凝+Fenton深度氧化处理能有效去除废水中的绝大多数的有机物污染物和悬浮固体，经压滤实现固液分离，能够有效提高废水的蒸发效率，防止蒸发器结垢。2、本技术特别采用了含循环列管蒸发器的大气蒸发器作为蒸发浓缩设备，对物化处理后废水进行低温蒸发浓缩，大幅度减少废水外运量，能有效降低处理成本。本技术的大气蒸发器与现有技术常使用的蒸发器或冷却塔在结构上不同，在原理上也有本质区别。通常的蒸发器或冷却塔是通过低晗值的空气进入塔内，与温度较高的处理水流进行热交换后，高晗值的热风从顶部抽出，达到降温处理水水温的目的；而本技术的大气蒸发器是通过干燥的较高焓值的空气在大功率轴流风机作用下进入塔内，气体在塔内将热量传递给废水，提供废水蒸发所需的部分热量，之后低焓值高湿度的空气在被风机抽出，以此提高循环废水的蒸发量，达到浓缩的目的。循环列管大气蒸发器与传统蒸发器相比能大幅降低加热能耗。与用生物法进行后续处理相比，本方法的优点为处理设施较小、处理工艺简单、运行成本降低，对进水水质适用范围较广。用生物法处理时，高含盐量的废液可能会对微生物的生长有抑制作用，影响处理效果，而采用蒸发浓缩法则能避免此问题。且进行蒸发处理一方面能将废水进行减量化，有效降低处理成本，大幅度减少废水外运量；另一方面，将页岩气压裂废液浓缩，有利于后续外运处理时将废液中的金属盐类回收再利用，能有效解决页岩气压裂废液中含盐量较高的问题，将废液中的金属盐类资源化。本大气蒸发器具有几个明显的结构创新，具体分析如下：(1)本蒸发器必须要采用大功率风机，即要保证蒸发器出口风速达到12-20m/s，这是因为本蒸发器要达到的目的是：废水蒸发所需要的能量不是全部由加热列管提供，而是设计加热列管仅提供一部分蒸发所需热量，另一部分由大功率风机抽入的大量焓值较高的空气提供。即在大气蒸发器中，废液蒸发的所需的热量一部分由空气传热提供，一部分由循环列管加热提供。由于液体蒸发速度与液体表面空气流速有关，水膜液面空气的流动速度越大，越有利于加快蒸发速率，因此通过大功率风机，利用其风速高、气体通量大的优势，加强空气流通，提高水面空气的流动速度，使逸出的水蒸气分子迅速扩散，维持蒸发扩散动力为常数，不使其降低，可提高蒸发器内气体流量与气体流速，从而提高蒸发效率，这样能节省加热能耗，总能耗较全由加热列管加热提供废水蒸发所需热量的能耗大幅降低，这实质是本蒸发器原理上的创新。(2)为了提高大功率风机抽入的空气的焓值，蒸发器的进风先会经过蒸发器一侧设置的进风筒，进风筒内设置有空气干烧管，对进入蒸发器内的空气进行加热，进一步提高空气的焓值且使进风保持干燥，从而有利于蒸发器内部的蒸发效率提高。(3)本蒸发器的循环列管布置在填料区中，而不是分开布置，当废水淋入填料区时会获得一个较长的滞留时间，这个时间能同时被循环加热列管利用，加长对废水的加热时间，同时填料区表面积大，废水形成水膜后传热面积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理设备，其特征在于，包括依次由管道连通的混凝灌、Fenton反应罐、压滤机、沉淀池、砂滤罐、循环列管大气蒸发器、蒸汽锅炉、水软化设备和软化水箱；还包括与混凝灌相联的碳酸钠和PAC加药装置、与Fenton反应罐相联的双氧水和硫酸铁以及硫酸加药装置、与静态混合器相联的氢氧化钠加药装置、静态混合器、抽水泵以及在管道上相应设置的阀门；所述循环列管大气蒸发器为方型或圆形塔状结构，蒸发器的塔内设置轴流式大功率风机、收水器、布水器、循环列管加热器、填料区和循环集水箱，塔外设置抽水泵；所述轴流式大功率风机设在蒸发器顶部出口处，风机的功率需保证蒸发器出口风速达到12‑20m/s；布水器设在蒸发器上部，收水器安装在布水器与轴流式大功率风机之间；蒸发器中部为填料区，填充有蜂窝状结构的耐高温的防腐材料，循环列管加热器布置在填料区中，周围由填料包围，所述循环列管加热器与塔外热源联通，循环列管的长度及层数由所需换热量计算得到；蒸发器下部设置进风口，蒸发器底部设置循环集水箱。

【技术特征摘要】
1.一种页岩气开采压裂返排废液循环列管蒸发减量化处理设备，其特征在于，包括依次由管道连通的混凝灌、Fenton反应罐、压滤机、沉淀池、砂滤罐、循环列管大气蒸发器、蒸汽锅炉、水软化设备和软化水箱；还包括与混凝灌相联的碳酸钠和PAC加药装置、与Fenton反应罐相联的双氧水和硫酸铁以及硫酸加药装置、与静态混合器相联的氢氧化钠加药装置、静态混合器、抽水泵以及在管道上相应设置的阀门；所述循环列管大气蒸发器为方型或圆形塔状结构，蒸发器的塔内设置轴流式大功率风机、收水器、布水器、循环列管加热器、填料区和循环集水箱，塔外设置抽水泵；所述轴流式大功率风机设在蒸发器顶部出口处，风机的功率需保证蒸发器出口风速达到12-20m/s；布水器设在蒸发器上部，收水器安装在布水器与轴流式大功率风机之间；蒸发器中部为填料区，填充有蜂窝状结构的耐高温的防腐材料，循环列管加热器布置在填料区中，周围由填料包围，所述循环列管加热器与塔外热源联通，循环列管的长度及层数由所需换热量计算得到；蒸发器下部设...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟俊，杨忠平，肖海文，李锋超，陈忠礼，姚婧梅，李伟，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：新型
国别省市：重庆,50