CN114105386B - 一种天然气采出水水处理系统及其水处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气采出水水处理系统及其水处理工艺，涉及油气田水处理技术领域；该水处理系统包括依次设置的缓冲罐、电解装置、蒸发装置和反渗透装置；所述反渗透装置设置有进水口和浓液出水口；所述缓冲罐设置有第一进液口；所述反渗透装置和第一进液口之间设置有回流管道；所述蒸发装置设置有与所述进水口连通的出水管道，所述出水管道上设置有第一水质监测装置和与所述出水管道连通的旁通管道。本发明还公开一种天然气采出水水处理工艺。本发明保证了水处理系统的出水水质稳定，减少了因为采出水水质波动较大对水处理系统的出水水质的影响。

Description

一种天然气采出水水处理系统及其水处理工艺

技术领域

本发明涉及油气田水处理技术领域，特别涉及一种天然气采出水水处理系统及其水处理工艺。

背景技术

天然气采出水一般采取回注措施，一是减少排放对地表造成的污染，二是补充地层水量促使地层油气逸出。但是天然气采出水水质成分复杂，主要包含水、油、悬浮物、以离子形态存在于采出水中的钙镁等成垢成分、细菌、采油过程加入的各类药剂(例如起泡剂)、大量的氯离子等，其含油量高，矿化度高，含悬浮物高，直接回注会造成地层地下水的严重污染，同时受单井回注量限制，因此需对该采出水进行处理后才能回注。

专利CN105000745A公开的一种含硫气田采出水处理系统，采用汽提塔、硫化氢吹脱装置、空气脱硫塔、预蒸发器、氨氮吹脱装置、多效蒸发器、电解催化氧化装置和结晶器回收含硫气田采出水中的大部分物质，并可将吹脱后的蒸馏水和多效蒸发后的蒸馏水回用。但天然气采出水的水质波动很大，且水质波动较为频繁，现有的水处理系统常常忽略这一问题，导致经过水处理系统的采出水水质不稳定，难以保证回注水的水质。

发明内容

本申请的目的在于克服现有技术中所存在的由于天然气采出水水质不稳定导致水处理系统出水水质不稳定的问题，提供一种出水水质稳定的天然气采出水水处理系统。

本申请还公开了一种天然气采出水水处理工艺。

为了实现上述发明目的，本申请提供了以下技术方案：一种天然气采出水水处理系统，包括依次设置的缓冲罐、电解装置、蒸发装置和反渗透装置；所述反渗透装置设置有进水口和浓液出水口；所述缓冲罐设置有第一进液口；所述反渗透装置和第一进液口之间设置有回流管道；所述蒸发装置设置有与所述进水口连通的出水管道，所述出水管道上设置有第一水质监测装置，所述出水管道还连通有旁通管道。

在上述技术方案中，所述蒸发装置的出水口设置有安装有与所述出水管道连通的旁通管道的出水管道，并通过出水管道连接反渗透装置，当采出水的水质波动较大，导致蒸发装置的出水水质质量不能达到回注水或者生活用水标准时，再通过反渗透装置进行反渗透处理，并将反渗透浓缩得到的反渗透浓液回流至水处理系统中再次进行水处理，使得整个水处理系统的出水受到采出水水质波动影响较小，保持了出水水质稳定。同时，本申请公开的水处理系统充分利用了天然气采出水中氯离子含量较高，无需另外添加含氯药剂，即可采用电解装置来除去采出水中的氨氮和COD，特别是对于高含氯(氯离子含量≥3％)采出水，其电导率较高，使电解装置所需的电压较低，能耗较小，具有良好的经济效益和应用价值；同时，电解装置可以同时除去采出水中的氨氮和COD，其占地面积较小，设备简单，工艺流程较短。

进一步地，所述电解装置与所述蒸发装置之间通过连接管道连通，所述连接管道上设置有第二水质监测装置和第一调节阀。所述第二水质监测装置用于检测经过电解脱氨氮的采出水中的氮、COD等含量，并通过第一调节阀调节采出水在所述电解装置中的水力停留时间，使电解装置的出水水质保持在一定的范围，提高水处理系统出水水质的稳定性，降低蒸发装置和反渗透装置的水处理压力，减少回流水量，提高采出水的水处理效率。

进一步地，所述系统还包括澄清罐和物理防垢器；所述澄清罐连通所述缓冲罐的第一进液口；所述缓冲罐设置有第一出液口；所述电解装置设置有第二进液口，所述物理防垢器设置在所述第一出液口和所述第二进液口之间且与所述第一出液口和所述第二进液口连通，减少电解装置、蒸发装置、反渗透装置及其设置在这些装置之间的排水管道上的结垢，延长设备的使用寿命。

进一步地，所述物理防垢器为铜基触媒防垢器，达到良好的防结垢效果和除垢效果，其使用寿命长，成本低，防垢效果良好。同时，所述铜基触媒防垢器直接与所述电解装置连接，其产生的自由电子随着采出水进入电解装置中，增加电解装置中的自由电子含量，提高电解氧化脱除氨氮和COD的效果。

进一步地，所述澄清罐连接有加药装置，用于向澄清罐内加入软化药剂。

本申请还公开了一种天然气采出水水处理工艺，其具体包括以下步骤：

S2:经过脱硫的采出水进入所述缓冲罐，缓冲调整；

S3：从缓冲罐出来的采出水进入所述电解装置，进行电解，使电解产生的氧化性物质与采出水中的氨氮反应，除去采出水中的氨氮、降低采出水的COD；

S4：经过电解除氨氮和COD的采出水进入所述蒸发装置，进行蒸发浓缩；

S5：蒸发装置得到的蒸发液在通过出水管道时进行水质监测；当所述蒸发液的水质能达到成品水的水质标准时，则从旁通管道流出；当蒸发液的水质不能达到成品水的水质标准时，进入所述反渗透装置，进行渗透过滤，经过反渗透后分别得到反渗透浓液和回用水；将反渗透浓液通过所述回流管道回流至所述缓冲罐的第一出液口。

进一步地，所述缓冲罐与所述电解装置之间设置有铜基触媒防垢器；从所述缓冲罐出来的采出水经过所述铜基触媒防垢器进入所述电解装置，使采出水带有自由电子进入电解装置，提高电解脱氨氮的效果，缩短电解时间，降低电解成本。

进一步地，所述缓冲罐的第一进液口还连接有澄清罐；所述S2之前还包括S1，经过脱硫的采出水进入所述澄清罐，并向澄清罐内加入软化药剂，进行澄清软化，得到软化后的采出水，然后进入所述缓冲罐。经过脱硫的采出水先经过澄清罐澄清软化后，去除了大量易结垢的离子，然后又通过所述铜基触媒防垢器进一步进行防垢处理，提高防垢除垢效果，达到良好的防垢效果，提高后续工序中使用的水处理设备的使用寿命。

进一步地，所述电解装置中的电流强度为800～1500A。

进一步地，所述采出水在电解装置的水力停留时间为30～45min。

进一步地，所述电流强度和/或所述水力停留时间根据所述电解装置的出水水质调整，使所述电解装置的出水水质稳定在一定的范围内，避免进入蒸发装置内的采出水水质波动较大，影响蒸发装置排出的母液的水质、盐浆量，进而影响反渗透装置回流的反渗透浓液的水量。

与现有技术相比，本发明的具有以下有益效果：

本申请公开了一种天然气采出水水处理系统，通过设置回流管道实现未达到回注水和/或成品水标准的出水再次回流进入水处理系统中，保证了水处理系统的出水水质稳定，减少了因为采出水水质波动较大对水处理系统的出水水质的影响；同时，本申请采用电解装置脱除采出水中的氨氮和COD，并结合蒸发装置和反渗透装置实现采出水处理，省略了常规采出水水处理系统内的脱氨塔、芬顿高级氧化、无机微滤膜橇块等工艺设备，减少了冷凝液使用，减少了药剂投加、污泥产量；同时，减少了蒸发装置内部循环水量，提高了水蒸发装置的处理效率。此外，本申请文件公开的水处理系统还在所述缓冲罐和所述电解装置之间设置有铜基触媒防垢器，通过铜基触媒防垢器实现水处理系统的防垢、除垢；同时，将铜基触媒防垢器安装在电解装置的上游，使采出水在进入电解装置之前就带有自由电子，提高了电解效率，降低电解成本和电解除氨氮、COD的效果；此外，本申请公开的水处理系统在缓冲罐之前还设置有澄清罐，对采出水进行澄清软化，降低采出水中的矿物质，结合铜基触媒防垢器的防垢、除垢性能，达到良好的防垢、除垢效果。本申请还公开一种天然气采出水水处理工艺，采用澄清软化、电解脱氨氮+COD、蒸发、反渗透的工艺流程，减少了传统水处理工艺中冷凝液的使用，缩短了工艺流程，减少了污泥产量，提高了水处理效率、实现采出水零排放；同时，设置的回流工艺，稳定了水处理系统的出水水质，使其出水能满足回注水和/或成品水的水质要求。

附图说明

图1为本发明公开的天然气采出水水处理系统的整体结构示意图；

图2为本发明公开的天然气采出水水处理工艺的工艺流程图；

图中，1-澄清罐，2-缓冲罐，3-铜基触媒防垢器，4-电解装置，41-电解槽，42-停留池，5-蒸发装置，6-反渗透装置，7-回流管道，8-出水管道，9-旁通管道。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

本发明公开了一种天然气采出水水处理系统，参阅图1，包括依次设置的缓冲罐2、电解装置4、蒸发装置5和反渗透装置6；所述反渗透装置6设置有进水口和浓液出水口；所述缓冲罐2设置有第一进液口；所述反渗透装置6和第一进液口之间设置有回流管道7；所述蒸发装置5设置有与所述进水口连通的出水管道8，所述出水管道8上设置有第一水质监测装置和与所述出水管道8连通的旁通管道9。

在一些实施例中，所述缓冲罐2包括缓冲罐2体和设置在缓冲罐2体上的第一进液口、第二排水口、污泥排出口，通过缓冲罐2调节整个水处理系统中的水力停留时间；在缓冲罐2下端设置污泥排出口，用于排出缓冲罐2内沉淀的污泥，减少整个水处理系统中流动的污泥量，减少电解装置4和蒸发装置5、反渗透装置6中采出水的污泥量和管道结垢。

所述电解装置4包括电解槽41和停留池42；所述电解槽41内设置有阴极板和阳极板，所述阳极板和阴极板外接电源；所述电解槽41和停留池42相互连通。所述停留池42设置有第二出水口、出气口，所述电解槽41设置有第二进液口；从所述缓冲罐2出来的采出水从第二进液口进入电解槽41内，在通电阴极板和阳极板的电解作用下，采出水中的氯离子被电解生成强氧化性的氯气，并与采出水中的氨氮反应，以除去氨氮和COD；然后进入停留池42内，使其反应完全，生成的氮气通过出气口排出。

在一些实施例中，所述电解槽41不设置出气口，所述停留池42才设置出气口，使电解生成的氯气在电解槽41内不逸出，而是与氨氮充分反应，然后进入停留池42内与采出水中的氨氮充分反应，以除去采出水中的氨氮和COD。

所述蒸发装置5为市售多效蒸发器，优选为MVR蒸发器。

所述反渗透装置6为市售的反渗透装置6。本申请的具体实施例中，采用格兰特公司生产的反渗透(RO)装置。

所述第一水质监测装置为可以监测水中氨氮含量、COD含量的检测装置，其可以采用市售的水质监测仪。所述旁通管道9与所述出水管道8连通，且所述旁通管道9和所述出水管道8连通处设置有开关阀，用于控制水从出水管道8流出还是从旁通管道9流出。

在进行脱硫的采出水处理过程中，经过脱硫的采出水进入缓冲罐2中进行缓冲调整，进入电解装置4内进行电解除氨氮和COD；经过电解的采出水进入蒸发装置5中蒸发，得到的蒸发液进入出水管道8内，并经过出水管道8上的第一水质检测装置，即可知道蒸发液是否能达到成品水的水质标准；当蒸发液的水质能够达到成品水的水质时，即可从旁通管道9流出后回收使用；当蒸发液的水质不能达到成品水的水质时，即从出水管道8进入反渗透装置6中，对蒸发液进行反渗透处理，得到可达到成品水水质标准的出水；反渗透得到的母液通过回流管道7回流至缓冲罐2，再次进行水处理，使整个水处理系统的出水水质稳定。

在一些实施例中，所述电解装置4与所述蒸发装置2之间通过连接管道连通，所述连接管道上设置有第二水质监测装置和第一调节阀。所述连接管道一端连接第二出水口，另一端连接所述蒸发装置2.所述第一调节阀用于调节所述的电解装置4的出水流速和出水时间，进而调整采出水在电解装置4中的水力停留时间，使采出水中的氨氮和COD去除效果更好，满足采出水水质波动的情况下，电解装置4的出水水质依然稳定在一定的范围内，降低蒸发装置5和反渗透装置6中的水处理压力，减少水处理系统中的循环水量。所述第二水质监测装置为可以监测水中氨氮含量、COD含量的检测装置，其可以采用市售的水质监测仪。

在一些实施例中，所述电解装置4中的阴极板和阳极板电性连接的电源电路中设置有电流调节电路，用于调节电解装置4的电流，进而调整电解装置4电解采出水的电解效率，减少采出水水质波动对出水水质的影响。需要说明的是，所述电流调节电路可以采用串联在阳极板和电源之间的可调电阻实现，也可以采用其他可实现电路中电流调节的电路或者电子元件实现。

在一些实施例中，所述系统还设置有与缓冲罐的第一进液口连通的澄清罐，所述澄清罐1连接加药装置。需要说明的是，所述澄清罐1包括澄清罐体和设置在澄清罐体上的第一入水口、第一排水口和与一加药装置连通的第一加药口；所述第一加药口用于加入水处理药剂，所述水处理药剂为软化药剂，其优选为氢氧化钠和碳酸氢钠。经过脱硫处理的采出水从第一入水口进入所述澄清罐1，加入软化药剂后，将采出水的pH值调至11，进行澄清除杂；然后从第一排水口进入缓冲罐2内。

在进行脱硫的采出水处理过程中，经过脱硫的采出水从澄清罐1的第一入水口进入所述澄清罐1，然后通过澄清罐1中加入的氢氧化钠和碳酸氢钠进行软化、调节pH值、澄清，得到杂质沉淀后的采出水，然后再进入所述缓冲罐缓冲调整，并除去沉积的污泥。

需要说明的是，缓冲罐2优选为不加入药剂进行pH值调节。因为经过软化处理的采出水中，生成的沉淀大多在酸性条件下都会发生溶解，导致软化效果下降；其次，在电解装置4电解过程中，由于电解过程中会生成大量的氯气，会导致采出水的pH值下降，有时候也需要加入药剂使采出水保持一定的碱性，因此在缓冲罐2中不加入药剂调节pH值，省略了电解装置4中向采出水加入药剂以调整pH值的步骤，省略了药剂使用量。

在一些实施例中，所述缓冲罐2设置有第一出液口；所述电解装置4设置有第二进液口，所述第一出液口和所述第二进液口之间设置有物理防垢器。澄清罐1中加入了软化采出水的药剂后，降低采出水的矿化度，减少了缓冲罐2、电解装置4、蒸发装置5和反渗透装置6及其各装置之间的管道内结垢情况；但由于在缓冲罐2、电解装置4和蒸发装置5中，采出水中依然存在含量较大的盐，因此，依然会存在一定的结垢情况，影响水处理系统的使用寿命，增加检修成本。因此在缓冲罐2和电解装置4之间设置物理防垢器，可以进一步降低电解装置4、蒸发装置5中的结垢情况，延长水处理系统的使用寿命，降低检修成本。

优选地，所述物理防垢器为铜基触媒防垢器3。铜基触媒防垢器3是采用触媒合金持续释放自由电子，降低水体中的阳离子浓度，从而降低成垢指数，其防垢效果良好，使用寿命长，安装简单，无需日常维护，因此可以极大的降低因为结垢造成的水处理系统的维护、检修。同时在本申请文件中，在电解装置4的上游设置铜基触媒防垢器3，由于铜基触媒防垢器3会向采出水中释放自由电子，当采出水在进入电解装置4后，由于采出水中本身存在了部分自由电子，因此可以提高电解装置4的电解效率，进而提高电解氧化脱除氨氮和COD的效果。

本申请还公开一种天然气采出水水处理工艺，参阅图2，其具体包括以下步骤：

S2:经过脱硫的采出水进入所述缓冲罐，缓冲调整；

S3：从缓冲罐2出来的采出水进入所述电解装置4，进行电解，使电解产生的氧化性物质与采出水中的氨氮反应和COD反应，除去采出水中的氨氮和COD；

S4：经过电解除氨氮和COD的采出水进入所述蒸发装置5，进行蒸发浓缩；

S5：蒸发装置5得到的蒸发液在通过出水管道8时进行水质监测；当所述蒸发液的水质能达到成品水的水质标准时，则从旁通管道9流出；当蒸发液的水质不能达到成品水的水质标准时，进入所述反渗透装置6，进行渗透过滤，经过反渗透后分别得到反渗透浓液和回用水；将反渗透浓液通过所述回流管道7回流至所述缓冲罐2的第一出液口。

所述步骤S4中，蒸发装置5得到的母液可以作为回注水回注进入地层；蒸发装置5得到盐浆可以通过结晶干燥，得到工业盐，回收利用；蒸发装置5得到的蒸发液则可以根据蒸发液的水质是否达到成品水的水质标准直接回收使用或者经过反渗透装置6反渗透处理后再回收使用。因此，本申请公开的水处理工艺处理采出水可实现采出水零排放。

在一些实施例中，所述电解装置4中的电流强度为800～1500A，优选为1000～1200A。

在一些实施例中，所述电解装置4的电流强度可调。所述电解装置4的第二出水口上设置有第二水质监测装置，用于监测电解装置4的出水水质，当电解装置4的出水水质出现明显波动时，通过电解装置4上连接的电流调节电路调整电解装置4的电流强度，使电解装置4的出水水质稳定在一定的范围内。

在一些实施例中，所述电解装置4的出水水质通过COD指标来判断，其可以采用以下COD指标：600mg/L～500mg/L，500mg/L～400mg/L，400mg/L～300mg/L，300mg/L～200mg/L。即当电解装置4的出水水质落入上述某个COD指标范围内时，即调节电解装置4的电流到对应的电流强度，即可控制进入蒸发装置5的采出水的COD含量。

在一些实施例中，所述采出水在电解装置4的水力停留时间为30～45min；所述电解装置4的第二出水口设置有第一调节阀，用于调节电解装置4中的采出水的水力停留时间。当电解装置4的出水水质出现明显波动时，通过调整电解装置4中的采出水的水力停留时间，使电解装置4的出水水质稳定在一定范围内。所述电解装置4的出水水质通过第二水质监测装置来进行监测，其在实施过程中，可以通过对电解装置4的出水水质进行指标范围划定，如：采用出水的COD作为出水水质指标，并对出水的COD划分成四档，其分别为：600mg/L～500mg/L，500mg/L～400mg/L，400mg/L～300mg/L，300mg/L～200mg/L，当电解装置4的出水水质落入上述某个COD指标范围内时，即调节电解装置4的水力停留时间到对应的值，即可控制进入蒸发装置5的采出水的COD含量。

在一些实施例中，所述第一出液口和所述第二进液口之间设置有物理防垢器，进一步减少采出水在水处理系统内的结垢，延长设备的使用寿命。

在一些实施例中，所述物理防垢器为铜基触媒防垢器3，从所述缓冲罐2出来的采出水经过所述铜基触媒防垢器3进入所述电解装置4，使采出水带有自由电子进入电解装置4，增加电解装置4中的自由电子含量，提高电解氧化脱除氨氮和COD的效果。

在一些实施例中，步骤S2之前还包括步骤S1：经过脱硫的采出水进入所述澄清罐1，并向澄清罐1内加入软化药剂，进行澄清软化，得到软化后的采出水；

需要说明的是，所述成品水为COD含量≤50mg/L，可以用于循环冷凝水、公共工程冷却水及泵冷却用水等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种天然气采出水水处理工艺，其特征在于，采用天然气采出水水处理系统进行脱硫后采出水处理，所述水处理系统包括依次设置的澄清罐、缓冲罐、物理防垢器、电解装置、蒸发装置和反渗透装置；所述反渗透装置设置有进水口和浓液出水口；所述缓冲罐设置有第一进液口和第一出液口，所述澄清罐连通所述缓冲罐的第一进液口，所述电解装置设置有第二进液口，所述物理防垢器设置在所述第一出液口和所述第二进液口之间且与所述第一出液口和所述第二进液口连通，所述物理防垢器为铜基触媒防垢器；所述反渗透装置和第一进液口之间设置有回流管道；所述蒸发装置设置有与所述进水口连通的出水管道，所述出水管道上设置有第一水质监测装置，所述出水管道还连通有旁通管道；所述水处理工艺具体包括以下步骤：

S2：经过脱硫的采出水进入所述缓冲罐，缓冲调整；

S3：所述缓冲罐与所述电解装置之间设置有铜基触媒防垢器；从所述缓冲罐出来的采出水经过所述铜基触媒防垢器进入所述电解装置，进行电解，使电解产生的氧化性物质与采出水中的氨氮反应，除去采出水中的氨氮，降低采出水的COD；

S4：经过电解除氨氮和COD的采出水进入所述蒸发装置，进行蒸发浓缩；

S5：蒸发装置得到的蒸发液在通过出水管道时进行水质监测；当所述蒸发液的水质能达到成品水的水质标准时，则从旁通管道流出；

当蒸发液的水质不能达到成品水的水质标准时，进入所述反渗透装置，进行渗透过滤，经过反渗透后分别得到反渗透浓液和回用水；将反渗透浓液通过所述回流管道回流至所述缓冲罐的第一进液口。

2.根据权利要求1所述的天然气采出水水处理工艺，其特征在于，所述电解装置与所述蒸发装置通过连接管道连通，所述连通管道上设置有第二水质监测装置和第一调节阀。

3.根据权利要求1所述的天然气采出水水处理工艺，其特征在于，所述澄清罐连接有加药装置。

4.根据权利要求1所述的天然气采出水水处理工艺，其特征在于，所述S2之前还包括S1，经过脱硫的采出水进入澄清罐，并向澄清罐内加入软化药剂，进行澄清软化，得到软化后的采出水，然后进入所述缓冲罐。

5.根据权利要求1所述的天然气采出水水处理工艺，其特征在于，所述电解装置中的电流强度为800～1500A，所述采出水在电解装置的水力停留时间为30～45min。

6.根据权利要求5所述的天然气采出水水处理工艺，其特征在于，所述电流强度和/或所述水力停留时间根据所述电解装置的出水水质调整。