一种页岩气采出水零排放及资源化利用处理系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及页岩气采出水处理技术领域，具体涉及一种页岩气采出水零排放及资源化利用处理系统和方法，所述的处理系统包括杂盐分离单元、溴回收单元、锂回收单元和氯化钠盐分离单元；页岩气采出水进入杂盐分离单元，溴回收单元包括吹脱塔、吸收塔和蒸馏塔，杂盐分离单元的出水通过管路连接所述吹脱塔的进水口，吹脱塔的出气口连通所述吸收塔的进气口，吸收塔的出水口连通所述蒸馏塔，蒸馏塔分离出溴单质，吹脱塔的出水口连通所述锂回收单元；锂回收单元包括吸附脱附反应器、沉淀反应器和固液分离装置。所述处理系统和方法能将页岩气采出水处理达标后回用，实现零排放，而且还能够实现页岩气采出水中溴素、碳酸锂和氯化钠盐的回收利用。收利用。收利用。

【技术实现步骤摘要】
一种页岩气采出水零排放及资源化利用处理系统和方法


[0001]本专利技术涉及一种页岩气采出水零排放及资源化利用处理系统和方法，属于页岩气采出水处理


技术介绍

[0002]在页岩气开采过程中伴随着产生大量的采出水，采出水的成分比较复杂，除了含有大量的Na
+
、Cl
‑
、Ca
2+
、Mg
2+
、COD等污染物之外，还富含锂、溴等物质，其中，锂离子含量一般在20
‑
280mg/L之间，溴含量在50
‑
450mg/L之间，常规的处理方法是采用“气浮+混凝沉淀+过滤”工艺处理采出水后，产水回注，或者是通过“预处理+膜浓缩+高级氧化+蒸发”工艺去除水中的污染物后，产水达标排放或回用，总体来说没有对水中的有用资源(如锂、溴等)物质进行回收利用，而是直接当做杂质处理。
[0003]为实现“碳达峰、碳中和”双碳战略的重大目标，低碳经济成为我国当今及未来发展的主要方向，在此背景下，新能源汽车行业的发展十分迅猛，锂电池的市场需求呈爆发式增长，目前，国内的碳酸锂价格高达40
‑
50万/吨左右，现有的碳酸锂主要通过矿石提锂和盐湖提锂两种方式而获得，显然供不应求。
[0004]同时，近年来，溴素作为重要的化工原料被广泛应用于阻燃剂、医药、农药、军工等领域，其需求量随全球产业的发展而骤增，很显然我国的溴资源也十分紧缺，目前溴素的价格高达5万/吨左右，而现有的溴素一般是通过地下卤水和浓缩海水获得，不仅制备效率低，而且生产成本高。
[0005]结合以上采出水处理现状问题及我国锂、溴资源十分缺乏的现状问题，提取碳酸锂和溴素具有很大的工业价值，有必要设计一种页岩气采出水零排放及资源化利用的处理技术，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对现有技术存在的不足，提供一种页岩气采出水零排放及资源化利用处理系统和方法，能够实现页岩气采出水中溴素、碳酸锂和氯化钠盐的回收利用，最大程度上提取出了水中能回收的物质，降低了生产成本。
[0007]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种页岩气采出水零排放及资源化利用处理系统，所述的处理系统包括杂盐分离单元、溴回收单元、锂回收单元和氯化钠盐分离单元；页岩气采出水进入所述杂盐分离单元，所述杂盐分离单元的出水进入所述溴回收单元；
[0008]所述的溴回收单元包括吹脱塔、吸收塔和蒸馏塔，所述杂盐分离单元的出水通过管路连接所述吹脱塔的进水口，所述吹脱塔的出气口连通所述吸收塔的进气口，所述吸收塔的出水口连通所述蒸馏塔，所述蒸馏塔分离出溴单质，所述吹脱塔的出水口连通所述锂回收单元；
[0009]所述锂回收单元包括吸附脱附反应器、沉淀反应器和固液分离装置，所述吹脱塔
的出水口连通所述吸附脱附反应器进水口，所述吸附脱附反应器内的吸附产水进入到氯化钠盐分离单元，所述吸附脱附反应器内的脱附液进入到所述沉淀反应器内，所述沉淀反应器的出水口连通所述固液分离装置，所述固液分离装置分离出碳酸锂，所述固液分离装置的出水口连通所述氯化钠盐分离单元，所述氯化钠盐分离单元分离出氯化钠盐。
[0010]进一步的，所述的处理系统包括预处理单元，所述的预处理单元包括预预处理反应器，所述预处理反应器的进水口通过泵与页岩气原水罐连通，所述预处理反应器内加入破乳剂、絮凝剂，所述预处理反应器的出水口连通预处理产水罐，所述预处理产水罐连通所述杂盐分离单元。
[0011]进一步的，所述的杂盐分离单元包括纳滤分离装置、分盐产水罐、蒸发浓缩装置和干燥装置，所述预处理产水罐通过泵连通所述纳滤分离装置，所述纳滤分离装置的透过液进入到所述分盐产水罐，所述分盐产水罐通过泵连通所述吹脱塔，所述纳滤分离装置的浓缩液进入所述蒸发浓缩装置进行浓缩处理，浓缩液经所述蒸发浓缩装置处理后进入干燥装置进行干燥处理，得到分离出来的杂盐。
[0012]优选的，所述的干燥装置为真空低温干燥器，螺旋带动物料运动干燥，真空低温干燥器内温度为37
‑
55℃，真空度为
‑
90
‑
70kPa。
[0013]进一步的，所述吹脱塔内通入氯气，再向所述吹脱塔内通入空气将游离态的溴吹入到所述的吸收塔内，所述吸收塔中通过喷淋碳酸钠溶液作为吸收剂将溴吸收到溶液中。
[0014]所述吸收塔的出水口连通吸收饱和水罐进口，所述吸收饱和水罐中加入硫酸，所述吸收饱和水罐的出水口通过泵连通所述蒸馏塔，所述蒸馏塔将溶液中的溴蒸出，得到溴素。
[0015]将氯气通入到含溴离子的废水中，使溴置换出来，再用空气将溴吹出，用碳酸钠水溶液吸收，最后用硫酸酸化，即可得到溴单质与水，再通过蒸馏提纯。该方法涉及到的反应有：
①
Cl2+2Br
‑
＝Br2+2Cl
‑
；
②
3Br2+3CO
32
‑
＝BrO3‑
+5Br
‑
+3CO2↑
；
③
BrO3‑
+5Br
‑
+6H
+
＝3Br2+3H2O。其中，Br2、碳酸钠和硫酸的摩尔比为1:(1
‑
2)：(1
‑
2)。
[0016]进一步的，吹脱塔的中氯气的通入量为溴离子摩尔份数的1.1
‑
1.3倍。
[0017]进一步的，所述吹脱塔的出水口通过除溴产水罐和泵连通所述吸附脱附反应器进水口，所述吸附脱附反应器中放有吸附剂，所述吸附剂吸附水中的锂离子，吸附剂吸附完的产水通过脱锂产水罐进入到氯化钠盐分离单元，吸附完的吸附剂采用脱附剂进行脱附，得到富锂脱附液，富锂脱附液进入到沉淀反应器中，沉淀反应器中加入碳酸钠溶液，得到碳酸锂悬浊液，碳酸锂悬浊液进入到固液分离装置处理，得到碳酸锂产品，固液分离装置的出水进入到脱锂产水罐。
[0018]进一步的，所述吸附脱附反应器为两并两串交替运行方式，两段设备交替运行，保证连续运行
[0019]进一步的，所述的氯化钠盐分离单元包括氧化反应器、氧化产水罐、膜浓缩设备和蒸发反应器；
[0020]所述脱锂产水罐内的水进入到氧化反应器内加入氧化剂进行氧化处理得到氧化产水，氧化反应器的出水口连通所述氧化产水罐，氧化产水罐中的水进入到膜浓缩设备进行浓缩，所述膜浓缩设备的浓缩液进入到蒸发反应器，蒸发反应器进行蒸发处理，得到氯化钠产品。
[0021]进一步的，所述的氧化反应器中采用HCFenton氧化，所述的氧化剂为双氧水，具体氧化过程是通过加入双氧水，在固态催化剂的作用下进行催化氧化，所述固态催化剂是氧化铝基的催化剂，主要活性组成是锰、铁、铜、镍等金属盐。固体催化剂是直接填充在氧化反应器中，填充比为40
‑
60％，双氧水：
△
COD的质量比为(1
‑
2):1，
△...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种页岩气采出水零排放及资源化利用处理系统，其特征在于，所述的处理系统包括杂盐分离单元、溴回收单元、锂回收单元和氯化钠盐分离单元；页岩气采出水进入所述杂盐分离单元，所述杂盐分离单元的出水进入所述溴回收单元；所述的溴回收单元包括吹脱塔(8)、吸收塔(9)和蒸馏塔(11)，所述杂盐分离单元的出水通过管路连接所述吹脱塔(8)的进水口，所述吹脱塔(8)的出气口连通所述吸收塔(9)的进气口，所述吸收塔(9)的出水口连通所述蒸馏塔(11)，所述蒸馏塔(11)分离出溴单质，所述吹脱塔(8)的出水口连通所述锂回收单元；所述锂回收单元包括吸附脱附反应器(13)、沉淀反应器(14)和固液分离装置(15)，所述吹脱塔(8)的出水口连通所述吸附脱附反应器(13)进水口，所述吸附脱附反应器(13)内的吸附产水进入到氯化钠盐分离单元，所述吸附脱附反应器(13)内的脱附液进入到所述沉淀反应器(14)内，所述沉淀反应器(14)的出水口连通所述固液分离装置(15)，所述固液分离装置(15)分离出碳酸锂，所述固液分离装置(15)的出水口连通所述氯化钠盐分离单元，所述氯化钠盐分离单元分离出氯化钠盐。2.根据权利要求1所述一种页岩气采出水零排放及资源化利用处理系统，其特征在于，所述的处理系统包括预处理单元，所述的预处理单元包括预预处理反应器(2)，所述预处理反应器(2)的进水口通过泵与页岩气原水罐(1)连通，所述预处理反应器(2)内加入破乳剂、絮凝剂，所述预处理反应器(2)的出水口连通预处理产水罐(3)，所述预处理产水罐(3)连通所述杂盐分离单元。3.根据权利要求2所述一种页岩气采出水零排放及资源化利用处理系统，其特征在于，所述的杂盐分离单元包括纳滤分离装置(4)、分盐产水罐(5)、蒸发浓缩装置(6)和干燥装置(7)，所述预处理产水罐(3)通过泵连通所述纳滤分离装置(4)，所述纳滤分离装置(4)的透过液进入到所述分盐产水罐(5)，所述分盐产水罐(5)通过泵连通所述吹脱塔(8)，所述纳滤分离装置(4)的浓缩液进入所述蒸发浓缩装置(6)进行浓缩处理，浓缩液经所述蒸发浓缩装置(6)处理后进入干燥装置(7)进行干燥处理，得到分离出来的杂盐。4.根据权利要求1所述一种页岩气采出水零排放及资源化利用处理系统，其特征在于，所述吹脱塔(8)内通入氯气，再向所述吹脱塔(8)内通入空气将游离态的溴吹入到所述的吸收塔(9)内，所述吸收塔(9)中通过喷淋碳酸钠溶液作为吸收剂将溴吸收到溶液中。所述吸收塔(9)的出水口连通吸收饱和水罐(10)进口，所述吸收饱和水罐(10)中加入硫酸，所述吸收饱和水罐(10)的出水口通过泵连通所述蒸馏塔(11)，所述蒸馏塔(11)将溶液中的溴蒸出，得到溴素。5.根据权利要求1所述一种页岩气采出水零排放及资源化利用处理系统，其特征在于，所述吹脱塔(8)的出水口通过除溴产水罐(12)和泵连通所述吸附脱附反应器(13)进水口，所述吸附脱附反应器(13)中放有吸附剂，所述吸附剂吸附水中的锂离子，吸附剂吸附完的产水通过脱锂产水罐(16)进入到氯化钠盐分离单元，吸附完的吸附剂采用脱附剂进行脱附，得到富锂脱附液，富锂脱附液进入到沉淀反应器(14)中，沉淀反应器(14)中加入碳酸钠溶液，得到碳酸锂悬浊液，碳酸锂悬浊液进入到固液分离装置(15)处理，得到碳酸锂产品，固液分离装置(15)的出水进入到脱锂产水罐(16)。6.根据权利要求5所述一种页岩气采出水零排放及资源化利用处理系统，其特征在于，所述的氯化钠盐分离单元包括氧化反应器(22)、氧化产水罐(23)、膜浓缩设备和蒸发反应
器(24)；所述脱锂产水罐(16)内的水进入到氧化反应器(22)内加入氧化剂进行氧化处理得到氧化产水，氧化反应器(22)的出水口连通所述氧化产水罐(23)，氧化产水罐(23)中的水进入到膜浓缩设备进行浓缩，所述膜浓缩设备的浓缩液进入到蒸发反应器(24)，蒸发反应器(24)进行蒸发处理，得到氯化钠产品。7.根据权利要求6所述一种页岩气采出水零排放及资源化利用处理系统，其特征在于，所述的膜浓缩设备包括DTRO膜装置(17)、DTRO产水罐(18)、DTRO浓缩罐(19)、RO膜装置(20)、RO产水罐(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄兴俊，胡君杰，王亮，何劲松，王盈，
申请(专利权)人：成都硕特科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：