CN115417536A - 一种处理油田污水同步产氢的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于新能源、污水处理技术领域，具体涉及一种处理油田污水同步产氢的系统及方法。该系统包括污水池、管式电絮凝反应装置、油气水分离装置、气体分离装置及沉淀池；所述污水池与管式电絮凝反应装置的进水口连接，管式电絮凝反应装置的出水口与沉淀池连接，其出气口与油气水分离装置的入口相连接，油气水分离装置的出口与气体分离装置的进气口相连接，电源采用光电或风电供电。处理污水时，阳极被溶蚀产生金属离子，在经一系列水解、聚合及氧化过程，可以使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离，同时将阴极的氢气与阳极产生的少量氧气进行分离回收，既实现了污水处理，同时又收集了氢气和氧气，实现资源的回收。

Description

一种处理油田污水同步产氢的系统及方法

技术领域

本发明属于新能源、污水处理装置及方法技术领域，具体涉及一种处理油田污水同步产氢的系统及方法。

背景技术

当前，世界各国都在大力推进能源转型，发展可再生能源已成为国际社会推动能源转型发展、应对全球气候变化的普遍共识和一致行动，我国也正在加快能源高质量发展转型，风电作为推动绿色发展的重要手段，在国家政策的大力扶持下得到了高速发展，已成为世界风电装机容量最大的国家，光伏发电规模也不断扩大、技术进步和成本下降速度明显加快。

随着油田开采规模的不断扩大，我国大部分油田已经进入高含水开发中后期，采出油中含水量不断增加，开展含油污水处理技术的研究对实现环境保护、节能减排具有重要意义。但油田采出水中油珠严重乳化，微小油珠很难凝聚，增加了油水分离的难度，常规的方法很难达到回注或排放标准，电絮凝与其他水处理技术相比具有装置紧凑、操作简便、处理效果好、无二次污染等优点，随着我国环保战略的实施，该技术越来越受到重视。

随着能源危机及清洁能源的需求增加，氢气作为一种高热值的清洁能源物质而备受人们关注，它的各种制备技术如光催化分解水制氢，电解水制氢，生物制氢等也引起了人们的注意。但从污水中提取氢能源的技术却很少报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种利用光电或风电的管式电絮凝反应装置阳极处理油田废水同步阴极产生氢气、并进行油水气分离的系统及方法，为油田污水处理技术提供一种简单、方便、高效的处理系统和处理方法，旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种处理油田污水同步产氢的系统，包括污水池、管式电絮凝反应装置、油气水分离装置、气体分离装置及沉淀池；

所述污水池与管式电絮凝反应装置的进水口连接，所述管式电絮凝反应装置的出水口与所述沉淀池连接，其出气口与所述油气水分离装置的入口相连接，所述油气水分离装置的出口与所述气体分离装置的进气口相连接，电源采用光电或风电供电。

优选的，所述管式电絮凝反应装置包括壳体，壳体内部至少设置三层管式铝极板，且阴阳交替安装，每一层管式铝极板的中心轴与所述管式电絮凝反应装置的竖向中心轴同轴，内层的管式铝极板围成进水通道，其他层与相邻层之间的空隙形成流动通道；所述管式铝极板的顶端设有上隔板、底部设有下隔板。

优选的，所述管式铝极板的上端或下端开设一圈过水孔，最内层的管式铝极板在上端开设过水孔，相邻层的管式铝极板在下端开设过水孔；每一层管式铝极板开设的过水孔的位置与相邻层管式铝极板开设的位置相反。

优选的，所述进水口从底部中央穿过下隔板进入所述管式电絮凝反应装置的内部，所述出水口位于所述管式电絮凝反应装置的下隔板上端、侧壁的下端；所述出气口位于所述管式电絮凝反应装置上隔板的上端，且在侧壁的上端。

优选的，所述上隔板、下隔板的形状、大小与所述管式电絮凝反应装置内部的形状相适配。

优选的，所述管式电絮凝反应装置的壳体采用PVC材料制作，上隔板和下隔板采用绝缘材料制作，上隔板上开设多个开孔，所述开孔可以横排或者竖排设置，开孔不是很大，气体可以从开孔出来，少量液体、絮体也可以从开孔中溢出。

优选的，所述管式电絮凝反应装置壳体的外部安装液位计。

优选的，在污水池与管式电絮凝反应装置之间、管式电絮凝反应装置与沉淀池之间均安装输送泵。

一种处理油田污水同步产氢的方法，采用上述一种处理油田污水同步产氢的系统，其具体步骤为：

污水池中的污水通过输送泵送至管式电絮凝反应装置的进水口，在输送泵的作用下沿着内层管式铝极板形成的进水通道向上运行，运行到上端过水孔的位置，沿着过水孔进入相邻层管式铝极板之间的流动通道，再沿着下端过水孔进入相邻层流动通道，依次运行；运行过程中管式铝极板阳极被溶蚀产生金属离子，在经过一系列水解、聚合及氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以至氢氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀，从管式电絮凝反应装置的出水口排出，通过输送泵送至沉淀池；

阳极同时还会有少量氧气产生，阴极产生密度较小的氢气，依附于溶液中的絮体上，并携带絮体浮至水面，氧气、氢气和少量絮体、液体进入油气水分离装置进行三相分离，分离出的气体进入气体分离装置进行氧气和氢气的分离，最后分别收集气体分离装置中的氢气与氧气，实现污水处理与产氢。

优选的，所述污水为油田开产过程中产生的含油污水。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明采用电絮凝处理污水时，阳极被溶蚀产生金属离子，在经一系列水解、聚合及氧化过程，可以使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离，同时将阴极的氢气与阳极产生的少量氧气进行分离回收，既实现了污水处理，同时又收集了氢气和氧气，实现资源的回收；

本发明采用的是绿色能源中的光电或风电提供电源，利于节约能源，且该系统各装置紧凑、操作简便、处理效果好、无二次污染。

附图说明

图1为本发明的系统流程图；

图2为本发明的管式电絮凝反应装置的结构图；

图3为本发明的管式电絮凝反应装置的横向中间截面图。

图中，1-污水池；2-输送泵；3-管式电絮凝反应装置；4-油气水分离装置；5-沉淀池；6-气体分离装置；301-管式铝极板；302-过水孔；303-壳体；304-下隔板；305-上隔板；306-进水口；307-出水口；308-出气口。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域的技术人员来说，附图中的某些公知结构及其说明可能省略；术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“侧”、“端”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

也应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

下面结合附图做详细说明。

实施例1

如图1、2所示，一种处理油田污水同步产氢的系统，包括污水池1、管式电絮凝反应装置3、油气水分离装置4、气体分离装置6及沉淀池5；

所述污水池1与所述管式电絮凝反应装置3的进水口306连接，所述管式电絮凝反应装置3的出水口307与沉淀池5连接，出气口308与所述油气水分离装置4的入口相连接，所述油气水分离装置4的出口与所述气体分离装置6的进气口相连接，电源采用光电或风电供电。

如图2、图3所示，所述管式电絮凝反应装置3的壳体303内部3采用管式铝极板301、且阴阳极交替安装，管式铝极板301是三层圆柱形、中间中空的管式铝极板301，每一层管式铝极板301的中心轴与所述管式电絮凝反应装置3的竖向中心轴同轴，各层之间的中间是空隙；所述管式铝极板301的顶端设有上隔板305、底部设有下隔板304。从管式电絮凝反应装置3的横向中间切开，可以看到一圈一圈的管式铝极板301，为了使反应充分，该装置内部可以设置很多层，图中设置了三层，根据实际需要，可以设置4层、5层、7层等。

所述管式铝极板301的上端或下端开设一圈过水孔302，最内层的管式铝极板301在上端开设过水孔302，相邻层的管式铝极板301在下端开设过水孔302；每一层管式铝极板301开设的过水孔302的位置与相邻层管式铝极板301开设的位置相反。这样设计是为了污水流经各层缝隙可以充分与管式铝极板301接触并进行反应。

所述管式电絮凝反应装置3的进水口306从底部中央穿过下隔板304进入所述管式电絮凝反应装置3的内部，所述出水口307位于所述管式电絮凝反应装置3的下隔板304上端、其侧壁下端；所述出气口308位于所述管式电絮凝反应装置3上隔板305的上端、且在侧壁的上端，上隔板305上设有开孔，产生的气体可以顺着开孔排到上隔板之上，然后沿着出气口排出该装置。

所述管式电絮凝反应装置3还安装液位计，在其壳体外部的左侧。液位计的安装方式采用现有技术中的常规安装方式，可以随时观测该装置水位，防止污水大量进入油气水分离装置4。在污水池1与管式电絮凝反应装置3之间、管式电絮凝反应装置3与沉淀池5之间均安装输送泵2，这样可以尽快将污水送入管式电絮凝反应装置3中，也可以将反应后的污水、胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀输送到沉淀池5中。

处理的污水为油田开产过程中产生的含油污水，采用上述一种处理油田污水同步产氢的系统处理污水的方法，其具体步骤为：

污水池1中的污水通过输送泵2送至管式电絮凝反应装置3的进水口306，在输送泵2的作用下沿着内层管式铝极板301形成的进水通道向上运行，运行到上端过水孔302的位置，沿着过水孔302进入相邻层管式铝极板301之间的流动通道，再沿着下端过水孔302进入相邻层流动通道，依次运行；运行过程中管式铝极板301阳极被溶蚀产生金属离子，在经过一系列水解、聚合及氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以至氢氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀，从管式电絮凝反应装置3的出水口307排出，通过输送泵2送至沉淀池5；

阳极同时还会有少量氧气产生，阴极产生密度较小的氢气，依附于溶液中的絮体上，并携带絮体浮至水面，氧气、氢气和少量絮体、液体从管式电絮凝反应装置的上隔板305的开孔往上，又从出气口308排出，进入油气水分离装置4进行三相分离，分离出的气体进入气体分离装置6进行氧气和氢气的分离，最后分别收集气体分离装置6中的氢气与氧气，实现污水处理与产氢。

实施例2

一种处理油田污水同步产氢的系统，包括污水池1、管式电絮凝反应装置3、油气水分离装置4、气体分离装置6及沉淀池5。所述管式电絮凝反应装置3的壳体303内部设置五层圆柱形的管式铝极板301，每一层管式铝极板301的中心轴与所述管式电絮凝反应装置3的竖向中心轴同轴，五层管式铝极板可使反应更彻底、产氢的效率更高，所述管式电絮凝反应装置通过增加管式铝极板的层数，可以适当缩减层与层之间的空隙距离，或者增大其整个装置。其他同实施例1。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明使用到的标准零件、装置均可以从市场上购买，或者根据图示进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种处理油田污水同步产氢的系统，其特征在于，包括污水池、管式电絮凝反应装置、油气水分离装置、气体分离装置及沉淀池；

所述污水池与所述管式电絮凝反应装置的进水口连接，所述管式电絮凝反应装置的出水口与所述沉淀池连接，其出气口与所述油气水分离装置的入口相连接，所述油气水分离装置的出口与所述气体分离装置的进气口相连接，电源采用光电或风电供电。

2.根据权利要求1所述的一种处理油田污水同步产氢的系统，其特征在于，所述管式电絮凝反应装置包括壳体，壳体内部至少设置三层管式铝极板，且阴阳交替安装，每一层管式铝极板的中心轴与所述管式电絮凝反应装置的竖向中心轴同轴，内层的管式铝极板围成进水通道，其他层与相邻层之间的空隙形成流动通道；所述管式铝极板的顶端设有上隔板、底部设有下隔板。

3.根据权利要求2所述的一种处理油田污水同步产氢的系统，其特征在于，所述管式铝极板的上端或下端开设一圈过水孔，最内层的管式铝极板在上端开设过水孔，相邻层的管式铝极板在下端开设过水孔；每一层管式铝极板开设的过水孔的位置与相邻层管式铝极板开设的位置相反。

4.根据权利要求3所述的一种处理油田污水同步产氢的系统，其特征在于，所述进水口从底部中央穿过下隔板进入所述管式电絮凝反应装置的内部，所述出水口位于所述管式电絮凝反应装置的下隔板上端、侧壁的下端；所述出气口位于所述管式电絮凝反应装置上隔板的上端，且在侧壁的上端。

5.根据权利要求4所述的一种处理油田污水同步产氢的系统，其特征在于，所述上隔板、下隔板的形状、大小与所述管式电絮凝反应装置内部形状相适配。

6.根据权利要求2所述的一种处理油田污水同步产氢的系统，其特征在于，所述管式电絮凝反应装置的壳体采用PVC材料制作，上隔板和下隔板采用绝缘材料制作，上隔板上开设数个开孔。

7.根据权利要求2所述的一种处理油田污水同步产氢的系统，其特征在于，所述管式电絮凝反应装置壳体的外部安装液位计。

8.根据权利要求1所述的一种处理油田污水同步产氢的系统，其特征在于，在污水池与管式电絮凝反应装置之间、管式电絮凝反应装置与沉淀池之间均安装输送泵。

9.一种处理油田污水同步产氢的方法，采用权利要求1至8中任一项所述的系统，其特征在于，具体步骤为：

污水池中的污水通过输送泵送至管式电絮凝反应装置的进水口，在输送泵的作用下沿着内层管式铝极板形成的进水通道向上运行，运行到上端过水孔的位置，沿着过水孔进入相邻层管式铝极板之间的流动通道，再沿着下端过水孔进入相邻层流动通道，依次运行；运行过程中管式铝极板阳极被溶蚀产生金属离子，在经过一系列水解、聚合及氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以至氢氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀，从管式电絮凝反应装置的出水口排出，通过输送泵送至沉淀池；

阳极同时还会有少量氧气产生，阴极产生密度较小的氢气，依附于溶液中的絮体上，并携带絮体浮至水面，氧气、氢气和少量絮体、液体进入油气水分离装置进行三相分离，分离出的气体进入气体分离装置进行氧气和氢气的分离，最后分别收集气体分离装置中的氢气与氧气，实现污水处理与产氢。

10.根据权利要求9所述的一种处理油田污水同步产氢的方法，其特征在于，所述污水为油田开产过程中产生的含油污水。

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