一種天然氣汙水預處理裝置及方法與流程

2023-05-29 11:36:36

本發明涉及天然氣汙水預處理領域，特別是涉及一種天然氣開採的伴生天然氣汙水預處理裝置及方法。

背景技術：

在中石油和中石化的天然氣開採過程中，必然伴生一定的含礦化物的汙水，然而，由於環保要求，汙水必須進行處理之後再達標排放或在不處理的情況下進行回注。

現有技術中，不論是處理之後達標排放還是在不處理的情況下進行回注，都要將汙水用汽車槽車運至集中點或用管道輸送至集中點，運輸距離取決於天然氣井站至集中點的距離，無論是運輸還是管道輸送的成本都很高。

同時，現有技術中的天然氣汙水處理項目中，採用預處理→ro膜濃縮→蒸發濃縮→離心分離→流化床乾燥的工藝流程，由於預處理是汙水原水池內加純鹼在常溫下進行預處理，汙水精水中的ca2+、mg2+離子含量較高，對後續ro膜濃縮的使用壽命影響較大，而且需要處理能力較大的汙水處理裝置，處理能力大的汙水處理裝置的佔地面積也較大，不適宜於小型天然氣井站的汙水處理。

因此，如何降低天然氣汙水預處理的成本，是本領域技術人員目前需要解決的技術問題。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種天然氣汙水預處理裝置及方法，用於降低天然氣開採中，天然氣汙水預處理的成本和天然氣汙水預處理裝置的佔地面積。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種天然氣汙水預處理裝置，包括依次聯接的水箱、原水泵、精製劑泵、絮凝劑高位槽、預處理器和鹽泥泵；所述預處理器包括位於下部的原水緩衝罐和精水儲罐，所述原水緩衝罐與所述精水儲罐分割後預留有用於布置斜板澄清桶錐底排泥管的通道，所述預處理器還包括位於中上部的斜板澄清桶，位於所述斜板澄清桶頂部外側圓周的精製折流槽以及位於所述斜板澄清桶中下部外側圓周的虹吸過濾器本體。

優選的，還包括虹吸過濾器，所述虹吸過濾器包括組合於所述預處理器中的所述虹吸過濾器本體、進水分配箱，位於所述水箱中上部的水封槽以及虹吸系統管道；所述水箱包括1個位於所述水箱中間上部的水封槽和2個位於所述水箱的兩側並可相互倒換的精製劑配製槽。

優選的，所述斜板澄清桶的中部設有凝聚反應室，所述凝聚反應室中設有s管，所述s管上設有供絮凝劑加入所述s管的絮凝劑進口，所述s管上還設有供精製反應後的汙水粗水流入所述s管，並與所述絮凝劑混合的汙水粗水進口。

優選的，位於所述斜板澄清桶中上部的凝聚反應室的外部還設有供鹽泥沉降的斜板，所述斜板的下面設有錐底，所述斜板澄清桶的上部設有供清液自流至所述進水分配箱的溢流圈。

優選的，所述虹吸過濾器本體包括粗水腔和精水腔，並且所述虹吸過濾器本體包括供汙水粗水流入所述粗水腔的虹吸上升管接口，用於連通所述粗水腔和所述精水腔並過濾汙水粗水的微孔陶瓷過濾管，用於連通所述精水腔與所述精水儲罐的精水下降管。

優選的，所述虹吸過濾器本體上還設有虹吸破壞管接口和排氣口，所述虹吸過濾器本體的精水腔中還設有供汙水精水流入原水緩衝罐的溢流下降管。

一種天然氣汙水預處理方法，包括以下步驟：

步驟s1：將汙水原水在精製折流槽內與精製劑充分混合併發生精製反應，同時對所述汙水原水進行加熱；

步驟s2：將精製後的汙水粗水在斜板澄清桶內與絮凝劑進行凝聚反應，形成的鹽泥在所述斜板澄清桶內進行沉降；

步驟s3：將澄清後的所述汙水粗水自流進入虹吸過濾器進行機械過濾後得到預處理後的汙水精水。

優選的，所述步驟s1中，所述精製劑中na2co3與naoh的混合物濃度為9％-11％。

優選的，所述步驟s1中，對所述汙水原水的加熱溫度為50～60℃。

優選的，所述步驟s2中，所述絮凝劑為高分子聚丙稀酸鈉或fecl3，並且所述絮凝劑的濃度為4％-6％。

本發明所提供的天然氣汙水預處理裝置，包括依次聯接的水箱、原水泵、精製劑泵、絮凝劑高位槽、預處理器和鹽泥泵；所述預處理器包括位於下部的原水緩衝罐和精水儲罐，所述原水緩衝罐與所述精水儲罐分割後預留有用於布置斜板澄清桶錐底排泥管的通道，所述預處理器還包括位於中上部的斜板澄清桶，位於所述斜板澄清桶頂部外側圓周的精製折流槽以及位於所述斜板澄清桶中下部外側圓周的虹吸過濾器本體。

該天然氣汙水預處理裝置中，所述預處理器既用於天然氣汙水預處理的精製反應，也用於天然氣汙水預處理的絮凝反應，同時還具備了虹吸過濾、汙水原水緩衝及汙水精水儲存的功能，具有單臺設備數量少，設備布置緊湊，並實現了單臺設備的多功能。

本發明所提供的天然氣汙水預處理方法，包括以下步驟：將汙水原水在精製折流槽內與精製劑充分混合併發生精製反應，同時對所述汙水原水進行加熱；將精製後的汙水粗水在斜板澄清桶內，使caco3和mg(oh)2與絮凝劑發生凝聚反應，以加快其沉降速度；同時，澄清後的汙水粗水自流進入虹吸過濾器進行機械過濾後得到預處理後的汙水精水，汙水處理效率高，精度高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施個例或現有技術中的技術方案，下面將對實施個例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施個例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明所提供的天然氣汙水預處理裝置中預處理器一種具體實施方式的結構示意圖；

圖2為本發明所提供的天然氣汙水預處理方法的流程圖；

圖3為本發明所提供的天然氣汙水預處理方法的原理圖；

其中：1—原水緩衝罐，1-1—原水出口，1-2—第一原水進口，2—虹吸過濾器本體，2-1—虹吸上升管接口(粗水進口)，2-2—粗水腔，2-3—溢流下降管，2-4—虹吸破壞管接口，2-5—精水腔，2-6—排氣口，2-7—精水下降管，2-8—微孔陶瓷過濾管，3—進水分配箱，4—精製折流槽，4-1—第二原水進口，4-2—精製劑進口，4-3—折流板，5—斜板澄清桶，5-1—絮凝劑進口，5-2—觀察孔，5-3—溢流圈，5-4—s管，5-5—凝聚反應室，5-6—斜板，5-7—錐底，6—精水儲罐，6-1—精水回流口，6-2—精水出口，7—通道。

具體實施方式

本發明的核心是提供一種天然氣汙水預處理裝置及方法，用於實現單臺設備的多功能，節約佔地面積。

為了使本技術領域的人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明。

請參考圖1至圖3，圖1為本發明所提供的天然氣汙水預處理裝置中預處理器一種具體實施方式的結構示意圖；圖2為本發明所提供的天然氣汙水預處理方法的流程圖；圖3為本發明所提供的天然氣汙水預處理方法的原理圖。

在該實施方式中，天然氣汙水預處理裝置包括依次聯接的水箱、原水泵、精製劑泵、絮凝劑高位槽、預處理器和鹽泥泵；預處理器包括位於下部的原水緩衝罐1和精水儲罐6，原水緩衝罐1與精水儲罐6分割後預留有供斜板澄清桶5錐底5-7排泥操作的通道7，原水緩衝罐1與精水儲罐6之間具體可以用隔板分隔，預處理器還包括位於中上部的斜板澄清桶5，位於斜板澄清桶5頂部外側圓周的精製折流槽4以及位於斜板澄清桶5中下部外側圓周的虹吸過濾器本體2。

具體的，原水緩衝罐1用於原水的緩衝，其控制液位在30％左右，其餘空間是預留給虹吸過濾器反洗時的反洗水儲存使用。

該天然氣汙水預處理裝置中，預處理器既用於天然氣汙水預處理的精製反應，也用於天然氣汙水預處理的絮凝反應，同時還具備了虹吸過濾、汙水原水緩衝及汙水精水儲存的功能，具有單臺設備數量少，設備布置緊湊，並實現了單臺設備的多功能。

其中，絮凝劑高位槽用於配製和儲存絮凝劑，絮凝劑高位槽沒有特殊限定；原水泵用於輸送汙水原水至預處理器的精製折流槽4內，原水泵沒有特殊限定；精製劑泵用於輸送精製劑至預處理器的精製折流槽4內，精製劑泵沒有特殊限定；鹽泥泵用於輸送鹽泥至乾燥工序，鹽泥泵沒有特殊限定。

在上述各實施方式的基礎上，原水緩衝罐1的下部設有原水出口1-1，原水從原水緩衝罐1進入原水泵的入口；精水儲罐6的下部設有精水出口6-2，精水出口6-2用於供精水從精水儲罐6進入膜濃縮裝置加料泵，精水儲罐6的上部設有精水回流口6-1，精水回流口6-1用於收集燃氣蒸發裝置排出的精水；同時，精製折流槽4的一側設有精製劑進口4-2，具體的，精製劑進口4-2與第二原水進口4-1可以為同一進口；原水出口1-1是原水從原水緩衝罐1進入原水泵的入口。

在上述各實施方式的基礎上，精製折流槽4作為原水的加熱、混合和精製反應的設備，設有多塊折流板4-3能使汙水原水與精製劑(即na2co3+naoh溶液)進行充分混合，並在其中發生精製反應ca2++co32-→caco3↓和mg2++2oh-→mg(oh)2↓。

在上述各實施方式的基礎上，該天然氣汙水預處理裝置還包括虹吸過濾器，虹吸過濾器包括組合於預處理器中的虹吸過濾器本體2、進水分配箱3，位於水箱中上部的水封槽以及虹吸系統管道，虹吸過濾器本體2是虹吸過濾器的機械過濾部分；水箱包括1個位於水箱中間上部的水封槽和2個位於水箱的兩側並可相互倒換的精製劑配製槽。其中，水封槽在虹吸過濾器中起水封的作用，精製劑配製槽用於配製和儲存精製劑，需要說明的是，精製劑沒有特殊限定。

具體的，進水分配箱3置於斜板澄清桶5的一側，位於精製折流槽4的下部及虹吸過濾器本體2的上部，進水分配箱3是粗水進入虹吸過濾器本體2的緩存空間。

在上述各實施方式的基礎上，斜板澄清桶5的中上部設有凝聚反應室5-5，凝聚反應室5-5中設有s管5-4，s管5-4上設有供絮凝劑加入s管5-4的絮凝劑進口5-1，s管5-4上還設有供精製反應後的汙水粗水流入s管5-4並與絮凝劑混合的汙水粗水進口。具體的，斜板澄清桶5是將精製後的粗水加入絮凝劑後與沉澱物在凝聚反應室5-5發生凝聚反應，再在斜板5-6上進行表面沉降，絮凝劑進口5-1用於將絮凝劑加入後進入s管5-4，與精製後的粗水進行充分混合。

在上述各實施方式的基礎上，凝聚反應室5-5的外部還設有供鹽泥沉降的斜板5-6，斜板5-6的下面設有錐底5-7，斜板澄清桶5的上部設有供清液自流至進水分配箱3的溢流圈5-3。

在上述各實施方式的基礎上，虹吸過濾器本體2包括粗水腔2-2和精水腔2-5，並且虹吸過濾器本體2包括供汙水粗水流入粗水腔2-2的虹吸上升管接口2-1，用於連通粗水腔2-2和精水腔2-5並過濾汙水粗水的微孔陶瓷過濾管2-8，用於連通精水腔2-5與精水儲罐6的精水下降管2-7。

具體的，虹吸上升管接口2-1(即粗水進口)用於供粗水進入虹吸過濾器本體2和過濾器本體2反洗微孔陶瓷過濾管2-8的反洗水流出進入虹吸上升管；粗水腔2-2是粗水進入虹吸過濾器本體2的緩存空間。

在上述各實施方式的基礎上，虹吸過濾器本體2上還設有虹吸破壞管接口2-4和排氣口2-6，虹吸過濾器本體2的精水腔2-5中還設有供汙水精水流入原水緩衝罐1的溢流下降管2-3。其中，溢流下降管2-3是精水液位超出設定位置時自流進入原水緩衝罐1的通道；虹吸破壞管接口2-4是虹吸過濾器反洗時，精水腔2-5的液位下降至虹吸破壞管接口2-4時，空氣會自動進入虹吸管內使已經形成虹吸破壞；精水腔2-5是精水的緩存空間和反洗水的儲存空間；排氣口2-6是使精水腔2-5處於常壓狀態下。

具體的，s管5-4用於將精製後的粗水與絮凝劑進行充分的混合，絮凝劑從絮凝劑進口5-1加入s管5-4中與精製反應後的汙水粗水在s管5-4中進行混合，並在凝聚反應室5-5中發生凝聚反應，具體的，凝聚反應室5-5能夠使充分混合後的粗水與絮凝劑發生凝聚反應，能使沉澱物(俗稱鹽泥)的下降速度加快。

凝聚反應後的汙水粗水從凝聚反應室5-5下部的喇叭口出來後會上升至凝聚反應室5-5外部的斜板5-6，並在斜板5-6上產生表面沉降，斜板5-6可以增加表面沉降面積，鹽泥從斜板5-6的表面滑落至錐底5-7，具體的，錐底5-7的設置可以便於鹽泥從斜板澄清桶5內排出，當鹽泥沉降到一定高度時，具體可以從觀察孔5-2中觀察到的清液層高度來確定，將鹽泥從錐底5-7排出。清液上升至溢流圈5-3自流至進水分配箱3，溢流圈5-3用於將澄清後的清液的匯集。

虹吸過濾器本體2，設有虹吸上升管接口2-1、粗水腔2-2、溢流下降管2-3、虹吸破壞管接口2-4、精水腔2-5、排氣口2-6、精水下降管2-7、微孔陶瓷過濾管2-8；虹吸過濾器包括虹吸過濾器本體2、進水分配箱3、水封槽及虹吸系統；汙水粗水從斜板澄清桶5的溢流圈5-3自流進入進水分配箱3，再從進水分配箱3經虹吸系統的虹吸上升管自流經虹吸上升管接口2-1(即粗水進口)進入虹吸過濾器本體2的粗水腔2-2，經微孔陶瓷過濾管2-8過濾後進入精水腔2-5，當汙水精水液位上升至精水下降管2-7的頂部時，過濾後的汙水精水經精水下降管2-7自流進入精水儲罐6。

其中，精水下降管2-7是精水自流進入精水儲罐6的通道。設置的微孔陶瓷過濾管2-8是機械過濾粗水中的機械雜質和沉澱物，從而得到精水。

精水儲罐6用於精水的儲存，當精水儲罐6盛滿之後，精水腔2-5的液位繼續上升至溢流下降管2-3的頂部，經溢流下降管2-3自流進入原水緩衝罐1。隨著微孔陶瓷過濾管2-8截留的雜質的增加，微孔陶瓷過濾管2-8的過濾速度不斷減慢，虹吸上升管的液位也不斷上升，當上升到一定的液位時，虹吸上升管內的液體從輔助擴大管內流出，虹吸系統內的空氣隨著被帶出，當空氣全部帶出後即形成了虹吸現象。此時精水腔2-5的水會大量流出反洗微孔陶瓷過濾管2-8，並將吸附在微孔陶瓷過濾管2-8表面上的雜質逐步清洗乾淨，反洗水經虹吸上升管至虹吸下降管進入水封槽，再自流經第一原水進口1-2進入原水緩衝罐1，第一原水進口1-2是供原水和虹吸過濾器反洗時的反洗水流入原水緩衝罐1使用。當精水腔2-5的液位下降至虹吸破壞管接口2-4位置時，空氣從虹吸破壞管接口2-4進入虹吸破壞管，從而使虹吸系統的虹吸現象破壞。虹吸破壞之後則恢復正常的生產工藝流程，精水腔2-5的液位繼續上升至精水下降管2-7的頂部，並從精水下降管2-7進入精水儲罐6。

本實施個例所提供的天然氣汙水預處理裝置和方法的工作原理如下：

1、來自汙水池的汙水原水經水封槽進入原水緩衝罐1，再用原水泵將汙水原水送入精製折流槽4，同時用精製劑泵將精製劑送入精製折流槽4，來自蒸發濃縮或乾燥尾部的餘熱在精製折流槽4加熱汙水原水至50～60℃。

2、汙水原水在加熱的同時與精製劑在精製折流槽4內進行充分的混合併發生精製反應。

3、精製反應後的汙水粗水自流進入斜板澄清桶5的凝聚反應室5-5，同時向凝聚反應室5-5加入絮凝劑，以加速鹽泥的沉降。凝聚反應後的汙水粗水從凝聚反應室5-5下部的喇叭口出來後會上升至凝聚反應室5-5外部的斜板5-6，並在斜板5-6上產生表面沉降，鹽泥從斜板5-6的表面滑落至錐底5-7，當鹽泥沉降到一定高度時，將鹽泥從錐底5-7排出。清液上升至溢流圈5-3自流至進水分配箱3。

4、從進水分配箱3經虹吸系統的虹吸上升管自流進入虹吸過濾器本體2的粗水腔2-2，經微孔陶瓷過濾管2-8過濾後進入精水腔2-5，當汙水精水液位上升至精水下降管2-7的頂部時，過濾後的汙水精水經精水下降管2-7自流進入精水儲罐6。當精水儲罐6盛滿之後，精水腔2-5的液位繼續上升至溢流下降管2-3的頂部，經溢流下降管2-3自流進入原水緩衝罐1。當微孔陶瓷過濾管2-8吸附的雜質到達一定的程度，虹吸系統會自動形成虹吸，從而對微孔陶瓷過濾管2-8進行反洗，當精水腔2-5的液位下降到一定的位置時，虹吸破壞管接口2-4露出液面，使空氣進入虹吸破壞管，從而停止反洗，恢復正常生產。

除上述天然氣汙水預處理裝置外，本發明還提供了一種天然氣汙水預處理方法，包括以下步驟：

步驟s1：將汙水原水在精製折流槽4內與精製劑充分混合併發生精製反應，同時對汙水原水進行加熱，具體的，可以利用蒸發濃縮或乾燥尾部的餘熱進行加熱，實現熱量的循環利用，節約能源；

步驟s2：將精製後的汙水粗水在斜板澄清桶5內與絮凝劑進行凝聚反應，形成的鹽泥在斜板澄清桶5內進行沉降；

步驟s3：將澄清後的汙水粗水自流進入虹吸過濾器進行機械過濾後得到預處理後的汙水精水。

該天然氣汙水預處理方法，將精製後的汙水粗水在斜板澄清桶5中加入絮凝劑，使caco3和mg(oh)2與絮凝劑發生凝聚反應，以加快其沉降速度，同時，澄清後的汙水粗水自流進入虹吸過濾器進行機械過濾後得到預處理後的汙水精水，汙水處理效率高，精度高。

在上述各實施方式的基礎上，步驟s1中，精製劑中na2co3與naoh的混合物濃度為9％-11％，最優選濃度為10％，精製劑是按汙水原水中ca2+：mg2+的比值來確定na2co3：naoh的比值，使汙水原水中的ca2+、mg2+離子與精製劑充分發生精製反應，確保汙水精水中ca2+、mg2+離子含量≤10mg/l。

在上述各實施方式的基礎上，步驟s1中，對汙水原水的加熱溫度為50～60℃。

在上述各實施方式的基礎上，步驟s2中，絮凝劑為高分子聚丙稀酸鈉或fecl3，並且絮凝劑的濃度為4％-6％。

本實施例所提供的天然氣汙水預處理方法的工藝流程如圖3所示，包括三條工藝線路：

1、汙水預處理線路

汙水原水經水封槽自流進入原水緩衝罐1，再由原水泵輸送進入精製折流槽4，利用蒸發濃縮或乾燥尾部的餘熱進行加熱，同時加入精製劑進行充分混合併發生精製反應ca2++na2co3→caco3↓+2na+，mg2++2naoh→mg(oh)2↓+2na+；精製反應後的汙水粗水自流進入斜板澄清桶5，在其凝聚反應室5-5加入絮凝劑進行凝聚反應，凝聚反應後粗水經其斜板5-6進行表面沉降，清液自流進入虹吸過濾器，底部排出的鹽泥用鹽泥泵輸送去乾燥。經虹吸過濾得到的汙水精水自流進入精水儲罐6。

2、精製劑配製線路

在精製劑配製槽(一開一備)內加入一定配比和重量的na2co3和naoh，再從虹吸過濾器中放出一定量的汙水精水，將其配製成精製劑溶液，用精製劑泵按要求加入精製折流槽4。

3、絮凝劑配製線路

在絮凝劑高位槽內加入絮凝劑高分子聚丙稀酸鈉或fecl3等，用膜濃縮加料泵出口的汙水精水進行配製，按要求自流加入斜板澄清桶5的s管5-4內。

該汙水處理方法，利用蒸發濃縮或乾燥的餘熱將精製折流槽4的汙水原水加熱至50～60℃，同時在精製折流槽4內加入精製劑(na2co3+naoh)溶液充分混合併發生精製反應，使汙水原水中的ca2+、mg2+離子與精製劑充分發生精製反應，確保汙水精水中ca2+、mg2+離子含量≤10mg/l。

以上對本發明所提供的天然氣汙水預處理裝置及方法進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施個例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。