专利名称:采用异形电磁波处理油田压裂返排液的方法及装置
专利类型:发明专利
专利申请号:CN202410805352.8
专利申请(专利权)人:新疆石油管理局有限公司,中国石油天然气股份有限公司,中国石油天然气集团有限公司
权利人地址:新疆维吾尔自治区克拉玛依市克拉玛依区迎宾大道36号
专利发明(设计)人:戴新河,严忠,宫兆波,刘鹏飞,任召言,斯绍雄,朱卫权,王涛,冯小刚,陈贤,吴丽萍,吴胜凯,胡新玉,丛淑萍,张玉敏,王意
专利摘要:本发明涉及工业污水处理技术领域,是一种采用异形电磁波处理油田压裂返排液的方法及装置,将调节pH值后的压裂返排液引至异形电磁波除油破胶单元进行破乳破聚,除油除聚氧化水引入异形电磁波絮凝单元,去除除油除聚氧化水中絮凝物,净化水引入悬浮物去除单元,去除聚集悬浮物,得到上清液直接或过滤后经收集回用,将沉淀物引入污泥浓缩单元,经浓缩脱水处理后得到废渣。本发明通过将异形电磁波电催化氧化和快速分离工艺进行结合,不仅缩短了压裂返排液的处理时间,提高了压裂返排液的处理效率和处理效果,还降低了药剂消耗量、操作简便、出水水质稳定,减少了污泥含油量和总量,具有高效、环保运行的特点,能够实现压裂返排液的资源化回用。
主权利要求:
1.一种采用异形电磁波处理油田压裂返排液的方法,其特征在于按照下述方法进行:第一步,在pH调节单元对压裂返排液进行pH值调节,得到调节pH值后的压裂返排液;
第二步,将调节pH值后的压裂返排液引至异形电磁波除油破胶单元,利用异形电磁波催化氧化反应进行破乳破聚,得到催化氧化后的除油除聚氧化水,其中,异形电磁波除油破胶单元以钛板或钛板镀钌铱作为阳级,不锈钢或石墨作为阴极,异形电磁波除油破胶单元
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的工作功率为10kW至25kW,电流密度为0.1mA/cm 至10mA/cm,异形电磁波催化氧化反应时
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间为30min至120min,异形电磁波波形赫兹区间为1×10Hz至3×10Hz,波长为1mm至1m;
第三步,将催化氧化后的除油除聚氧化水引入异形电磁波絮凝单元,经反应沉降,去除除油除聚氧化水中絮凝物,得到去除絮凝物后的净化水,其中,异形电磁波絮凝单元去除除油除聚氧化水中絮凝物的具体过程包括:以铝板为电极,聚合氧化铝、聚合氯化铝铁和电极电解出铝离子中的一种或两种为絮凝剂,以聚丙烯酰胺为助凝剂,采用异形电磁波方法,反应、沉降,聚集去除除油除聚氧化水中絮凝物,异形电磁波絮凝单元的工作功率为2kW至
5kW,反应时间为30min至120min,沉降时间为5min至10min,异形电磁波波形赫兹区间为1×
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10Hz至3×10Hz,波长为1mm至1m;
第四步,将去除絮凝物后的净化水引入悬浮物去除单元,去除净化水中的聚集悬浮物,分别得到上清液和沉淀物;
第五步,上清液直接或过滤后经收集回用,将沉淀物引入污泥浓缩单元,经浓缩脱水处理后,得到废渣,送至固废填埋场填埋处理;
其中,异形电磁波是不同频率多种波形电磁波的组合。
2.根据权利要求1所述的采用异形电磁波处理油田压裂返排液的方法,其特征在于第一步中,进行pH值调节时,根据压裂返排液的pH值,加入酸或碱进行pH调节,pH值调节为4.5至10.5。
3.根据权利要求1或2所述的采用异形电磁波处理油田压裂返排液的方法,其特征在于第四步中,悬浮物去除单元采用重力沉降或者气浮工艺去除净化水中的聚集悬浮物。
4.根据权利要求3所述的采用异形电磁波处理油田压裂返排液的方法,其特征在于第五步中,浓缩脱水处理时采用压滤机或者离心机脱水浓缩固化。
5.一种实施根据权利要求1或2或3或4所述的采用异形电磁波处理油田压裂返排液的方法的装置,其特征在于包括pH调节单元、异形电磁波除油破胶单元、异形电磁波絮凝单元、悬浮物去除单元和污泥浓缩单元,pH调节单元进口固定连通有第一进液管线,pH调节单元出口与异形电磁波除油破胶单元进口之间固定连通有第二进液管线,异形电磁波除油破胶单元出口与异形电磁波絮凝单元进口之间固定连通有第三进液管线,异形电磁波絮凝单元出口与悬浮物去除单元进口之间固定连通有第四进液管线,悬浮物去除单元第一出口与污泥浓缩单元进口之间固定连通有沉淀物输送管线,悬浮物去除单元第二出口固定连通有上清液收集管线。 说明书 : 采用异形电磁波处理油田压裂返排液的方法及装置技术领域[0001] 本发明涉及工业污水处理技术领域,是一种采用异形电磁波处理油田压裂返排液的方法及装置。背景技术[0002] 水力压裂法是当前油气田增产改造的常用手段。页岩油、气开发采用水力压裂技术,在压裂施工结束后,泵注入地层的压裂液返排至地面成为压裂返排液。由于压裂返排液含有各种压裂液添加剂、地层离子及机械杂质等,不能直接排放。油田压裂返排液具有高COD值、高稳定性、高粘度、高悬浮物含量等特点,单一的物理或化学方法很难将其去除。[0003] 目前国内外对压裂返排液的处理进行了多种方法和工艺研究,如化学絮凝、电絮凝、化学氧化、生物酶降解、芬顿氧化、多级过滤和膜处理等。其中,工业化应用较多的是化学絮凝沉降+多级过滤+杀菌剂杀菌。相关技术中,每一次絮凝均需要进行沉降,且化学沉淀、化学絮凝、杀菌和防垢流程至少需要3个水处理单元,尤其是防垢处理需要多次加入防垢剂和pH调节剂。[0004] 电化学法在原理上药剂消耗少、操作简便、占地面积小、环境友好,是无二次污染的绿色环保技术。但常规的电化学反应器中,电絮凝极板结垢严重,化学沉淀后的后续处理管道、阀门及后续工艺流程结垢严重,造成压裂返排液处理装置长期堵塞、频繁解堵和反冲洗;纯化学絮凝和化学沉淀法的药剂使用量大,电絮凝法对杂质的分离效果差;相关技术中采用的离子交换树脂对高价金属离子的选择性强,在处理高硬度压裂返排液时用量大、成本高。普通高级氧化反应效率低,破胶及COD去除率均不理想,有机物去除率一般不足30%。高温湿式氧化效率高,有机物去除彻底,但其反应条件苛刻,温度需达到120℃至320℃,压力在5MPa至20MPa之间,对设备要求极高,运行成本也非常高。[0005] 如公开号为CN110898828A的中国专利文献公开了一种降解油气田压裂返排液中有机物的光催化剂的制备方法,该方法制备的改性膨润土/Bi2WO6复合光催化剂在可见光下光催化氧化去除油田废水中的有机物。但单一的光催化降解因电子复合率高、光响应性能差等问题导致光催化降解效率低。[0006] 如公开号为CN112551771A的中国专利文献公开了一种油田压裂返排液精细处理方法,在油田压裂返排液中加入絮凝剂和助凝剂,去除悬浮杂质后,鼓入气泡,去除并回收聚集上浮的原油,再通过亚氧化钛陶瓷膜电极进行电化学氧化,降解有机污染物,经过二次沉降去除,最后通过滤料粗滤和陶瓷膜精滤得到油田回用清液;该工艺采用亚氧化钛陶瓷膜电极,电解效率高、使用寿命长,但该工艺中电催化氧化的耗时长,二次沉降效率缓慢,导致整个工艺对压裂返排液的处理效率低。[0007] 如公开号为CN106145296A的中国专利文献公开了一种用于压裂返排液回用处理的复合絮凝剂制备方法,其利用高粘度生物絮凝剂、聚合氯化铝及柠檬酸制成复合絮凝剂。该技术只是针对已有絮凝剂使用过程中残留过多而导致的二次污染问题做了一定程度的研究和改进,所使用的药剂体系只是对混合液中的悬浮物进行处理,并没有涉及压返液处理前端胶体的脱稳去色。[0008] 因此,目前需要研发一种新的油田压裂返排液处理方法来解决上述问题。发明内容[0009] 本发明提供了一种采用异形电磁波处理油田压裂返排液的方法及装置,克服了上述现有技术之不足,其能有效解决现有压裂返排液处理中存在药剂消耗量大、操作复杂、出水水质不稳定的问题。[0010] 本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的:一种采用异形电磁波处理油田压裂返排液的方法,按照下述方法进行:[0011] 第一步,在pH调节单元对压裂返排液进行pH值调节,得到调节pH值后的压裂返排液;[0012] 第二步,将调节pH值后的压裂返排液引至异形电磁波除油破胶单元,利用异形电磁波催化氧化反应进行破乳破聚,得到催化氧化后的除油除聚氧化水,其中,异形电磁波除油破胶单元以钛板或钛板镀钌铱作为阳级,不锈钢或石墨作为阴极,异形电磁波除油破胶2 2单元的工作功率为10kW至25kW,电流密度为0.1mA/cm至10mA/cm,异形电磁波催化氧化反应时间为30min至120min;[0013] 第三步,将催化氧化后的除油除聚氧化水引入异形电磁波絮凝单元,经反应沉降,去除除油除聚氧化水中絮凝物,得到去除絮凝物后的净化水;[0014] 第四步,将去除絮凝物后的净化水引入悬浮物去除单元,去除净化水中的聚集悬浮物,分别得到上清液和沉淀物;[0015] 第五步,上清液直接或过滤后经收集回用,将沉淀物引入污泥浓缩单元,经浓缩脱水处理后,得到废渣,送至固废填埋场填埋处理。[0016] 下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进:[0017] 上述第一步中,进行pH值调节时,根据压裂返排液的pH值,加入酸或碱进行pH调节,pH值调节为4.5至10.5。[0018] 上述第三步中,异形电磁波絮凝单元去除除油除聚氧化水中絮凝物的具体过程包括:以铝板为电极,聚合氧化铝、聚合氯化铝铁和电极电解出铝离子中的一种或两种为絮凝剂,以聚丙烯酰胺为助凝剂,采用异形电磁波或常规电絮凝方法,反应、沉降,聚集去除除油除聚氧化水中絮凝物。[0019] 上述第三步中,异形电磁波絮凝单元的工作功率为2kW至5kW,反应时间为30min至120min,沉降时间为5min至10min。[0020] 上述第四步中,悬浮物去除单元采用重力沉降或者气浮工艺去除净化水中的聚集悬浮物。[0021] 上述第五步中,浓缩脱水处理时采用压滤机或者离心机脱水浓缩固化。[0022] 上述第二步和第三步中,异形电磁波波形赫兹区间为1×105Hz至3×107Hz,波长为1mm至1m。[0023] 本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的:一种实施采用异形电磁波处理油田压裂返排液的方法的装置,包括pH调节单元、异形电磁波除油破胶单元、异形电磁波絮凝单元、悬浮物去除单元和污泥浓缩单元,pH调节单元进口固定连通有第一进液管线,pH调节单元出口与异形电磁波除油破胶单元进口之间固定连通有第二进液管线,异形电磁波除油破胶单元出口与异形电磁波絮凝单元进口之间固定连通有第三进液管线,异形电磁波絮凝单元出口与悬浮物去除单元进口之间固定连通有第四进液管线,悬浮物去除单元第一出口与污泥浓缩单元进口之间固定连通有沉淀物输送管线,悬浮物去除单元第二出口固定连通有上清液收集管线。[0024] 本发明通过将异形电磁波电催化氧化和快速分离工艺进行结合,不仅缩短了压裂返排液的处理时间,提高了压裂返排液的处理效率和处理效果,还降低了药剂消耗量、操作简便、出水水质稳定,减少了污泥含油量和污泥总量,具有高效、环保运行可靠的特点,能够实现压裂返排液的资源化回用。附图说明[0025] 附图1为本发明的工艺流程结构示意图。[0026] 附图中的编码分别为:1为pH调节单元,2为异形电磁波除油破胶单元,3为异形电磁波絮凝单元,4为悬浮物去除单元,5为污泥浓缩单元,6为第一进液管线,7为第二进液管线,8为第三进液管线,9为第四进液管线,10为沉淀物输送管线,11为上清液收集管线。具体实施方式[0027] 本发明不受下述实施例的限制,可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明中所提到各种化学试剂和化学用品如无特殊说明,均为现有技术中公知公用的化学试剂和化学用品。[0028] 下面结合实施例对本发明作进一步描述:[0029] 实施例1:如附图1所示,该采用异形电磁波处理油田压裂返排液的方法,按照下述方法进行:[0030] 第一步,在pH调节单元1对压裂返排液进行pH值调节,得到调节pH值后的压裂返排液;[0031] 第二步,将调节pH值后的压裂返排液引至异形电磁波除油破胶单元2,利用异形电磁波催化氧化反应进行破乳破聚,得到催化氧化后的除油除聚氧化水,其中,异形电磁波除油破胶单元以钛板或钛板镀钌铱作为阳级,不锈钢或石墨作为阴极,异形电磁波除油破胶2 2单元的工作功率为10kW至25kW,电流密度为0.1mA/cm至10mA/cm,异形电磁波催化氧化反应时间为30min至120min;[0032] 第三步,将催化氧化后的除油除聚氧化水引入异形电磁波絮凝单元3,经反应沉降,去除除油除聚氧化水中絮凝物,得到去除絮凝物后的净化水;[0033] 第四步,将去除絮凝物后的净化水引入悬浮物去除单元4,去除净化水中的聚集悬浮物,分别得到上清液和沉淀物;[0034] 第五步,上清液直接或过滤(得到达标后的净化水)后经收集回用,将沉淀物引入污泥浓缩单元5,经浓缩脱水处理后,得到废渣,送至固废填埋场填埋处理。[0035] 本发明通过提供一种采用异形电磁波处理油田压裂返排液的方法,具备可对压裂返排液中压裂液添加剂进行破胶,将难降解的有机污染物进行处理的优点,解决了现有的处理方法无法对压裂返排液中难降解的有机污染物进行处理,容易造成影响周围环境的问题。该方法具有高效、环保、工艺简单、COD和油脂去除效果显著、产生的含油污泥少、运行可靠的特点,能够实现压裂返排液的资源化回用。[0036] 实施例2:作为上述实施例的优化,第一步中,进行pH值调节时,根据压裂返排液的pH值,加入酸或碱进行pH调节,pH值调节为4.5至10.5。[0037] 根据需要,若压裂返排液的pH值不影响后续异形电磁波除油破胶,也可不调节pH值。[0038] 根据需要,异形电磁波除油破胶单元2利用异形电磁波催化氧化的能力,异形电磁波除油破胶单元2以钛板或钛板镀钌铱作为阳级,不锈钢或石墨作为阴极,在工作功率为2 210kW至25kW,电流密度为0.1mA/cm 至10mA/cm 下,反应30min至120min,将压裂返排液中乳化油聚集成大的油滴浮出水面,去除压裂返排液中油及其他有机物(破乳),同时降解压裂返排液中的聚合物(破聚),然后再将催化氧化后的除油除聚氧化水引入异形电磁波絮凝单元3。[0039] 实施例3:作为上述实施例的优化,如附图1所示,第三步中,异形电磁波絮凝单元3去除除油除聚氧化水中絮凝物的具体过程包括:以铝板为电极,聚合氧化铝、聚合氯化铝铁和电极电解出铝离子中的一种或两种为絮凝剂,以聚丙烯酰胺为助凝剂,采用异形电磁波或常规电絮凝方法,反应、沉降,聚集去除除油除聚氧化水中絮凝物。[0040] 实施例4:作为上述实施例的优化,如附图1所示,第三步中,异形电磁波絮凝单元3的工作功率为2kW至5kW,反应时间为30min至120min,沉降时间为5min至10min。[0041] 根据需要,絮凝单元可以用异形电磁波或常规电絮凝为手段,以铝板为电极,电解出铝离子为絮凝剂,或以聚合氧化铝、聚合氯化铝铁等化学药剂为絮凝剂,或者二者结合;以聚丙烯酰胺为助凝剂,反应沉降5min至10min,将水中悬浮物聚集,以便去除。[0042] 实施例5:作为上述实施例的优化,如附图1所示,第四步中,悬浮物去除单元4采用重力沉降或者气浮工艺去除净化水中的聚集悬浮物。[0043] 悬浮物去除单元4采用重力沉降,或者气浮工艺,将聚集的悬浮物从水中除去,并进入到污泥浓缩单元5,上清液直接或经过滤后作为净化水,排出处理系统。[0044] 实施例6:作为上述实施例的优化,第五步中,浓缩脱水处理时采用压滤机或者离心机脱水浓缩固化。[0045] 实施例7:作为上述实施例的优化,第二步和第三步中,异形电磁波波形赫兹区间5 7为1×10Hz至3×10Hz,波长为1mm至1m。[0046] 异形电磁波应是不同频率多种波形电磁波的组合,对污水中乳化颗粒因粒径、密度不同,振动频率、破乳波形也不同的要求,采用了多个波形结合不同赫兹数的方式,由发5 7生器根据极板区的反馈自行寻找匹配,波形赫兹区间为1×10Hz至3×10Hz,波长为1mm至1m。波形具有良好的电能传导效应、热效应、高效的催化效应和杀菌作用等优点。通过合理的极板设计,可直接作用于离子表面电荷层。由于污油水中聚合物分子链形态、液滴的乳化状态、颗粒粒径、密度,其破乳破聚所需的波形、波长、赫兹频率也不同的。不同类型物质对异形电磁波的接收是具有选择性的,根据异形电磁波的吸收能力不同,其有不同的效果。[0047] 以压裂返排液作为处理对象,先利用pH调节单元1对压裂返排液进行pH值调节,将其pH值调节为4.5至10.5,然后将压裂返排液引至异形电磁波除油破胶单元2,利用异形电磁波催化氧化的能力,破乳破聚,然后再将催化氧化后的除油除聚氧化水引入异形电磁波絮凝单元3,让异形电磁波絮凝单元3在工作功率为2kW至5kW,反应时间30min至120min,去除氧化水中的絮凝物;而后再利用悬浮物去除单元4对异形电磁波絮凝单元3的净化水进行混凝沉淀;然后将悬浮物去除单元4处理后的上清液收集回用;将悬浮物去除单元4处理后的沉淀物则引入污泥浓缩单元5,对沉淀物进行浓缩脱水处理,得到的废渣送至固废填埋场填埋处理。[0048] 实施例8:该实施采用异形电磁波处理油田压裂返排液的方法的装置,包括pH调节单元1、异形电磁波除油破胶单元2、异形电磁波絮凝单元3、悬浮物去除单元4和污泥浓缩单元5,pH调节单元1进口固定连通有第一进液管线6,pH调节单元1出口与异形电磁波除油破胶单元2进口之间固定连通有第二进液管线7,异形电磁波除油破胶单元2出口与异形电磁波絮凝单元3进口之间固定连通有第三进液管线8,异形电磁波絮凝单元3出口与悬浮物去除单元4进口之间固定连通有第四进液管线9,悬浮物去除单元4第一出口与污泥浓缩单元5进口之间固定连通有沉淀物输送管线10,悬浮物去除单元4第二出口固定连通有上清液收集管线11。[0049] 本发明处理后出水中含油、悬浮物含量均能稳定在≤5mg/L,COD、氨氮、细菌去除效果明显,运行费用约在7元/方至10元/方,相比常规工艺处理压裂返排液,污泥产生量下降约20%,污泥含油下降70%。[0050] 实施例9:采用本发明异形电磁波处理油田压裂返排液的方法,实际处理某油田压裂返排液。[0051] 将最终得到达标后的净化水进行检测,检测结果如表1所示,将本发明与常规电化学处理压裂返排液情况进行比较,结果如表2所示。[0052] 由表1可以看出,本发明采用异形电磁波处理油田压裂返排液的方法实际处理后的某油田压裂返排液,达标后的净化水达到压裂液配制用水、油田注水和外排水标准,可以回用或外排。尤其是处理后污泥产量和含油量大幅降低,达标后的净化水中不含油,聚合物含量由1380mg/L降低至80mg/L,悬浮物降低至个位数。由表2可以看出,与常规电化学处理压裂返排液情况相比,本发明采用异形电磁波处理油田压裂返排液的方法处理后的达标后的净化水中含油量和悬浮物以及污泥含油量也更低,大大减少了后续处理费用。[0053] 综上所述,本发明通过将异形电磁波电催化氧化和快速分离工艺进行结合,不仅缩短了压裂返排液的处理时间,提高了压裂返排液的处理效率和处理效果,还降低了药剂消耗量、操作简便、出水水质稳定,减少了污泥含油量和污泥总量,具有高效、环保运行可靠的特点,能够实现压裂返排液的资源化回用。[0054] 以上技术特征构成了本发明的实施例,其具有较强的适应性和实施效果,可根据实际需要增减非必要的技术特征,来满足不同情况的需求。[0055] 表1[0056] 。[0057] 表2[0058]
专利地区:新疆
专利申请日期:2024-06-21
专利公开日期:2024-09-03
专利公告号:CN118373560B