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從壓裂水/廢水制備純鹽的方法

文檔序號(hào):4809821閱讀:298來(lái)源:國(guó)知局
專(zhuān)利名稱(chēng):從壓裂水/廢水制備純鹽的方法
從壓裂水/廢水制備純鹽的方法相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2009年6月25日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?1/220389的權(quán)益,其公開(kāi)通過(guò)參照并入本文。
背景技術(shù)
許多采礦和天然氣勘探/生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生被顯著濃度的化學(xué)品和雜質(zhì)污染的水,最后被排到地面水以及表面下的含水層中。這嚴(yán)重消極地影響了用于飲用以及用于其他家用和商業(yè)需要的水的質(zhì)量。在許多地區(qū),來(lái)自鉆探操作和采礦操作的廢水已經(jīng)使地區(qū)的供水系統(tǒng)不可用。水壓致裂是那些產(chǎn)生廢水的采礦和天然氣勘探生產(chǎn)活動(dòng)中的ー種。鉆井エ藝涉及在高壓下將水,連同沙和化學(xué)品(稱(chēng)為跟蹤流體)的混合物一起,通過(guò)井注射到基巖/頁(yè)巖地層中。所述方法非正式地稱(chēng)為壓裂(fracking)或有時(shí)稱(chēng)為水力壓裂(hydro-fracking), 且用來(lái)増加現(xiàn)存的基巖裂縫的尺寸和范圍。所述エ藝涉及在超過(guò)3000psi的壓カ和超過(guò)每分鐘85加侖的流速下將水抽到裂縫中,以產(chǎn)生與在頁(yè)巖中的天然裂縫相交的長(zhǎng)裂縫填砂 (sand pack),由此產(chǎn)生到井眼的流道網(wǎng)。在所述注射之后,典型地通過(guò)沙、陶瓷、或其他微粒保持裂縫寬度,當(dāng)所述注射停止時(shí),沙、陶瓷、或其他微粒防止所述裂縫關(guān)閉。水壓致裂使所述頁(yè)巖的天然裂縫或孔內(nèi)捕獲的甲烷氣體釋放,因此它可以沿管道向上流動(dòng)。所述水壓致裂エ藝可以使用巨大體積的水-多達(dá)每井大約幾百萬(wàn)加侖的水。例如,具有4,500英尺的側(cè)孔的水平井使用每井大約4至5百萬(wàn)加侖的水。因此,所述水壓致裂エ藝可以抽數(shù)百萬(wàn)加侖的淡水用作來(lái)源水,耗盡清潔水源且擾亂野生生物的棲息地。水壓致裂也產(chǎn)生巨大量的廢水。被注射到井中的水壓致裂流體可能含有可能對(duì)人類(lèi)和野生生物有毒的化學(xué)品,包括已知的引起癌癥的化學(xué)品。這些包括物質(zhì),例如柴油,其含有苯、乙苯、甲苯、和ニ甲苯。這些化學(xué)品中的一些,例如苯,在非常低的濃度下也被認(rèn)為是致癌的?;亓魉涫窃谒畨褐铝阎蠡貋?lái)的流體,可以包括抽入的化學(xué)品加上在所述頁(yè)巖地層中可能存在的無(wú)毒物質(zhì)和有毒物質(zhì)。由于通過(guò)使用水壓致裂エ藝造成的對(duì)環(huán)境的潛在負(fù)面影響,管理機(jī)構(gòu)正在考慮禁止許可證的進(jìn)ー步發(fā)布。因此,需要使用水壓致裂エ藝鉆井的更環(huán)保的エ藝,包括導(dǎo)致含有可以安全地返回環(huán)境的浄化水。也需要從所述水壓致裂エ藝的廢水產(chǎn)生99%以上的純鹽,其可以商業(yè)上使用,由此降低如此處所描述的鉆井的更環(huán)保的エ藝的總成本,使它的用途更合乎需要。

發(fā)明內(nèi)容
在ー個(gè)方面,本發(fā)明涉及從廢水制備純鹽的方法,且更具體地,從使用水壓致裂エ 藝產(chǎn)生的廢水制備純鹽的方法。 在另ー個(gè)方面,本發(fā)明涉及產(chǎn)生純鹽,連同浄化水一起,的方法,所述凈化水含有低于500ppm、優(yōu)選地低于300ppm、且更優(yōu)選地低于IOOppm的總?cè)芙夤腆w(TDS)。就固體而言,在一些實(shí)施例中,這種エ藝可以產(chǎn)生比自來(lái)水或瓶裝水更清潔的水。在再ー個(gè)方面,本發(fā)明涉及制備其他高品質(zhì)的商業(yè)產(chǎn)品,例如硫酸鋇、碳酸鍶、碳酸鈣、次氯酸鈉和次氯酸鋰,的方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,一種制備純鹽的方法包括再捕獲來(lái)自水壓致裂的鉆后回流水;從所述回流水中除去油(預(yù)分離);使用具有約0. 1微米以下的孔徑大小的超濾器過(guò)濾所述回流水,以從所述水中除去固體微粒和大有機(jī)分子,例如苯、乙苯、甲苯、和ニ甲苯(超濾);濃縮所述回流水,以制備鹽水,所述鹽水含有相對(duì)于所述回流鹽水總重量的約 15重量%至約40重量%、優(yōu)選地約20重量%至約35重量%、且更優(yōu)選地約25重量%至約 30重量%的鹽(鹽水濃縮);使用有效量的試劑進(jìn)行化學(xué)沉淀步驟,以沉淀出高品質(zhì)的商業(yè)產(chǎn)品,例如,硫酸鋇、碳酸鍶、碳酸鈣(化學(xué)沉淀);和使所述用化學(xué)方法處理和濃縮的回流鹽水結(jié)晶,以制備大于約98%、優(yōu)選地約99%以上、更優(yōu)選地約99. 5%以上、且最優(yōu)選地約 99. 7%以上的純鹽,例如氯化鈉和氯化鈣(結(jié)晶)。在一個(gè)實(shí)施例中,用于水壓致裂エ藝的來(lái)源水從ー個(gè)或更多個(gè)來(lái)源,包括,但不限干,預(yù)處理的孤立/遺棄的礦井排水、預(yù)處理的其他廢水、淡水、以及來(lái)自所述濃縮步驟和/ 或結(jié)晶步驟中的一個(gè)或更多個(gè)蒸發(fā)器元件的再循環(huán)的冷凝物,得到。根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面,在所述化學(xué)沉淀之前,鑒定和/或量化所述濃縮的回流鹽水中的化學(xué)組分和這些化學(xué)組分的量,以確定在化學(xué)沉積期間將使用的試劑的有效量。 這可以最大化某些高品質(zhì)的商業(yè)產(chǎn)品,例如,硫酸鋇、碳酸鍶、碳酸鈣和所述鹽產(chǎn)品,的產(chǎn)率。在一個(gè)實(shí)施例中,所述化學(xué)沉淀步驟在所述鹽水濃縮步驟之后進(jìn)行。在另ー個(gè)實(shí)施例中,所述化學(xué)沉淀步驟在所述鹽水濃縮步驟之前進(jìn)行。在再一個(gè)實(shí)施例中,所述化學(xué)沉淀步驟分兩個(gè)階段,即,第一階段,在所述鹽水濃縮步驟之前或之后,以及第二階段,在所述結(jié)晶步驟之后,進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明的再ー個(gè)方面,所述從所述回流水中除去油的步驟、所述過(guò)濾所述回流水的步驟、和所述濃縮所述回流水以形成鹽水的步驟“現(xiàn)場(chǎng)”,其是指在鉆探位置,進(jìn)行 (不需要運(yùn)輸);且所述進(jìn)行化學(xué)沉淀步驟以從所述濃縮的回流水中除去污染物的步驟、和所述使所述用化學(xué)方法處理和濃縮的回流鹽水結(jié)晶的步驟“非現(xiàn)場(chǎng)”,其是指遠(yuǎn)離所述鉆探位置的位置,進(jìn)行(需要運(yùn)輸ー不僅僅通過(guò)水管或管道抽出)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行濃縮水壓致裂鹽水的步驟,顯著減少了將運(yùn)輸?shù)椒乾F(xiàn)場(chǎng)的鹽水處理設(shè)備的鹽水的量,由此減少由貨車(chē)運(yùn)輸鹽水產(chǎn)生的污染的量。這也最小化了對(duì)道路所做的損害且降低了與貨車(chē)運(yùn)輸相關(guān)的總成本。另外,在使用蒸發(fā)器濃縮回流水以使用一個(gè)或更多個(gè)蒸發(fā)器、反滲透、或兩者或任何其他技木,例如蒸餾,產(chǎn)生鹽水的步驟期間產(chǎn)生的水可以再用作用于水壓致裂エ藝的來(lái)源水, 減少了來(lái)自其他來(lái)源需要的水的量。在另ー個(gè)實(shí)施例中,所有步驟,S卩,除去油的步驟、過(guò)濾步驟、濃縮所述鹽水中的一定量的鹽的步驟、進(jìn)行化學(xué)沉淀的步驟、以及使所述用化學(xué)方法處理和濃縮的回流鹽水結(jié)晶以制備98 %以上的純鹽的步驟,都在“非現(xiàn)場(chǎng)”設(shè)備進(jìn)行。當(dāng)將所述回流水直接運(yùn)輸?shù)健胺乾F(xiàn)場(chǎng)”處理設(shè)備時(shí),化學(xué)沉淀可以在濃縮所述回流水之前或之后進(jìn)行。當(dāng)首先現(xiàn)場(chǎng),例如在移動(dòng)處理裝置,處理所述回流水時(shí),然后首先濃縮所述回流水以產(chǎn)生鹽水,接著是化學(xué)沉淀步驟。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中,所述濃縮所述回流水以制備鹽水的步驟通過(guò)使用一個(gè)或更多個(gè)蒸發(fā)器,例如機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)器或強(qiáng)制循環(huán)式蒸發(fā)器,通過(guò)一次或更多次反滲透或其組合而進(jìn)行。在本發(fā)明的ー個(gè)方面,通過(guò)所述使所述濃縮的鹽水結(jié)晶的步驟制備的純鹽產(chǎn)品選自由氯化鈉的干燥鹽、氯化鈣的鹽溶液、及其混合物構(gòu)成的組。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中, 將所述氯化鈣的鹽溶液進(jìn)ー步處理,以制備以干燥鹽形式存在的氯化鈣。在本發(fā)明的另ー 個(gè)實(shí)施例中,將所氯化鈉進(jìn)ー步處理,以制備次氯酸鈉。在本發(fā)明的ー個(gè)方面,某些高品質(zhì)的商業(yè)產(chǎn)品,例如硫酸鋇、碳酸鍶、和碳酸鈣,可以從所述回流鹽水中回收,以作為商品銷(xiāo)售。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,硫酸鋇通過(guò)在所述鹽水濃縮步驟之后進(jìn)行所述化學(xué)沉淀步驟而得到。在本發(fā)明的再ー個(gè)方面,在所述結(jié)晶步驟之后進(jìn)行附加的化學(xué)沉淀步驟,以沉淀出碳酸鍶、碳酸鈣、及其混合物。本發(fā)明是顯著的進(jìn)步。不是僅僅在它排到環(huán)境之前通過(guò)城市廢水處理設(shè)備稀釋所述鉆后的回流水,本發(fā)明允許大量含有各種污染物的低品質(zhì)的濃縮的鹽水溶液成為99%以上的純的商品級(jí)干燥鹽、和99%以上的純的商品級(jí)濃縮鹽溶液,且允許相當(dāng)數(shù)量的水的再利用。除了制備的高品質(zhì)的商業(yè)產(chǎn)品和純鹽產(chǎn)品之外,本發(fā)明同時(shí)制備了浄化水,在ー些實(shí)施例中,所述凈化水含有低于500ppm、優(yōu)選地低于300ppm、且更優(yōu)選地低于IOOppm的總?cè)芙夤腆w(TDS)。而且,本發(fā)明也制備其他高品質(zhì)的商業(yè)產(chǎn)品,例如硫酸鋇、碳酸鍶、碳酸鈣、次氯酸鈉和次氯酸鋰,或者促進(jìn)其他高品質(zhì)的商業(yè)產(chǎn)品的制備。本發(fā)明不僅為水壓致裂鉆井エ藝提供了環(huán)境友好的解決方案,而且通過(guò)制備這些高品質(zhì)的商品,例如,純鹽,例如氯化鈉和氯化鈣,次氯酸鈉,硫酸鋇,碳酸鍶,碳酸鈣,和次氯酸鋰,而提供了有成本效益的解決方案。本發(fā)明也通過(guò)提供移動(dòng)處理裝置而提供了更加環(huán)境友好和有成本效益的エ藝,允許冷凝物再用作用于所述鉆井/水壓致裂エ藝的來(lái)源水,所述冷凝物是含有低于500ppm TDS的凈化水。


圖1是說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的一般性エ藝流程圖。圖2是說(shuō)明本發(fā)明的另ー個(gè)實(shí)施例的一般性エ藝流程圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面的說(shuō)明階段1反滲透方面的流程圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面的說(shuō)明化學(xué)處理步驟的流程圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的另ー個(gè)方面的說(shuō)明化學(xué)處理步驟的流程圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面的說(shuō)明結(jié)晶步驟的流程圖。圖7是包括結(jié)晶步驟使用機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)器的一般性エ藝流程圖。
具體實(shí)施例方式雖然說(shuō)明書(shū)以具體指出和清楚要求保護(hù)本發(fā)明的權(quán)利要求為結(jié)束,但是據(jù)認(rèn)為從以下描述將更好地理解本發(fā)明。除非另外指明,本文使用的所有百分?jǐn)?shù)和比率都是按整個(gè)組合物的重量計(jì)的,且進(jìn)行的所有測(cè)量都是在25°C和常壓下進(jìn)行的。除非另外說(shuō)明,所有的
5溫度都是以攝氏度表示的。本發(fā)明可以包括(開(kāi)放式的)本發(fā)明的組分以及本文描述的其他成分或元素或者基本上由本發(fā)明的組分以及本文描述的其他成分或元素組成。如本文所使用的,“包括” 是指敘述的成分、或者它們的結(jié)構(gòu)或功能的等同物,加上沒(méi)有敘述的任何其他成分。除非上下文另外暗示,術(shù)語(yǔ)“具有”和“包括”也被解釋為開(kāi)放式的。如本文所使用的,“基本上
由......組成”是指,除在權(quán)利要求中所敘述的之外,本發(fā)明可以包括成分,但是只有在附
加的成分沒(méi)有實(shí)質(zhì)上改變所要求保護(hù)的發(fā)明的基本特性和新穎特性吋。優(yōu)選地,這樣的添加劑將根本不存在或者僅僅以痕量存在。然而,可能包括按重量計(jì)高達(dá)大約10%的可以實(shí)質(zhì)上改變所要求保護(hù)的發(fā)明的基本特性和新穎特性的材料,只要保持所述化合物的效用 (而非效用的程度)。本文敘述的所有范圍都包括端點(diǎn),包括那些敘述“在”兩個(gè)值“之間”的范圍的端點(diǎn)。術(shù)語(yǔ),例如“大約”、“通?!薄ⅰ盎旧稀?、等等將被解釋為修飾術(shù)語(yǔ)或值,以便它不是絕對(duì)的,而不涉及現(xiàn)有技木。這樣的術(shù)語(yǔ)將由它們修飾的情況和術(shù)語(yǔ)限定,當(dāng)這些術(shù)語(yǔ)被本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員理解吋。這包括,至少,對(duì)于用于測(cè)量值的給定技術(shù)的預(yù)期的實(shí)驗(yàn)誤差、技術(shù)誤差和儀器誤差。如本文所使用的,術(shù)語(yǔ)“有效量”是指沉淀出所述回流水中的各種化學(xué)組分的足夠量的試劑,其然后能夠制備純鹽和/或適當(dāng)吋,其他高品質(zhì)的商業(yè)產(chǎn)品,例如硫酸鋇、碳酸鍶、碳酸鈣、次氯酸鈉。除非另外說(shuō)明,表示數(shù)量、化學(xué)性質(zhì)、濃度、溫度、重量和其他這樣的數(shù)據(jù)的任何數(shù)字和所有數(shù)字都在任何情況下以術(shù)語(yǔ)“約”開(kāi)始理解,除非另外明確指明。另外,此處公開(kāi)和要求保護(hù)的方法的步驟不將特殊的順序強(qiáng)加到這些步驟的進(jìn)行上,除非說(shuō)明書(shū)中另外清楚地說(shuō)明特定的順序。當(dāng)提到水,處理或未處理的,中的污染物或組分的濃度,或者提到水的性質(zhì),例如 PH或粘度吋,除非另外說(shuō)明,這些濃度或數(shù)值應(yīng)該指的是通過(guò)エ業(yè)中目前使用的公認(rèn)的實(shí)驗(yàn)室方法和規(guī)程選取和分析的典型樣品的分析試驗(yàn)的結(jié)果。本發(fā)明提供了使用水壓致裂エ藝鉆井的更環(huán)保的エ藝,其也制備了高品質(zhì)的商業(yè)產(chǎn)品,例如,99%以上的純鹽,例如氯化鈉和氯化鈣,以及其他高品質(zhì)的商業(yè)產(chǎn)品,例如次氯酸鈉、硫酸鋇、碳酸鍶、碳酸鈣和鋰,由此降低了所述更環(huán)保的エ藝的總成本。 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中,且如圖1所示,本發(fā)明的方法首先再捕獲來(lái)自水壓致裂的鉆后回流水。然后,所述回流水經(jīng)歷預(yù)分離步驟,以從所述回流水中除去油和油脂(0&G)。 隨后,將來(lái)自所述預(yù)分離步驟的流出液引入超濾步驟。在這個(gè)步驟中,將固體微粒和大有機(jī)分子,例如苯、乙苯、甲苯、ニ甲苯,和其他污染物,例如微生物,從所述回流水中除去。我們說(shuō)明,盡管遍及本申請(qǐng)所述步驟被稱(chēng)為“超濾”步驟,但是術(shù)語(yǔ)“超濾”不限于使用超濾器過(guò)濾,而是也包括將固體微粒和大有機(jī)分子,例如苯、乙苯、甲苯、ニ甲苯,和其他污染物,例如微生物,從所述回流水中除去的任何方法。這樣的除去固體微粒、有機(jī)分子和/或微生物的方法可以通過(guò)使用,例如,超濾器、微濾器、濾清器、碳濾器、有機(jī)汽提塔等等及其任意組合而進(jìn)行。 然后,將來(lái)自所述超濾步驟的流出液引入鹽水濃縮步驟,使用蒸發(fā)器、反滲透或兩者濃縮所述回流水中的一定量的鹽,以便產(chǎn)生濃縮的回流鹽水。所述鹽水包括相對(duì)于所述濃縮的回流鹽水總重量的約15重量%至約40重量%、優(yōu)選地約20重量%至約35重量%、 且更優(yōu)選地約25重量%至約30重量%的鹽,優(yōu)選地氯化鈉。然后,來(lái)自所述鹽水濃縮步驟的流出液經(jīng)歷使用有效量的試劑的化學(xué)沉淀步驟, 以從所述濃縮的回流鹽水中除去所需的高品質(zhì)的商業(yè)產(chǎn)品,包括,但不限干,硫酸鋇、碳酸鍶和/或碳酸鈣。然后,來(lái)自所述化學(xué)沉淀步驟的流出液進(jìn)行結(jié)晶步驟,以制備大于約 98%、優(yōu)選地約99%以上、更優(yōu)選地約99. 5%以上、且最優(yōu)選地約99. 7%以上的純的干燥鹽產(chǎn)品和純的液體鹽產(chǎn)品。可以將從所述濃縮步驟和所述使所述鹽水結(jié)晶的步驟制備的含有低于500ppmTDS的浄化水返回環(huán)境中或者再用作用于鉆井/水壓致裂エ藝的來(lái)源水。可以將從所述結(jié)晶步驟制備的干燥鹽進(jìn)ー步處理,以制備次氯酸鈉。包括所有所述步驟的方法可以在非現(xiàn)場(chǎng)鹽水處理設(shè)備進(jìn)行。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中,所述從所述回流水中除去油的步驟、所述過(guò)濾所述回流水的步驟、和所述濃縮所述回流水中的一定量的鹽以制備鹽水的步驟中的多個(gè)中的ー個(gè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行;且所述使用有效量的試劑進(jìn)行化學(xué)沉淀步驟以從所述鹽水中除去污染物的步驟、和所述使所述用化學(xué)方法處理和濃縮的回流鹽水結(jié)晶以制備98%以上的純鹽的步驟非現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。在又一個(gè)實(shí)施例中,所述鹽水的ー些濃縮可以現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行,且附加的濃縮可以非現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。在結(jié)晶之后的化學(xué)沉淀步驟可以從所述液體鹽產(chǎn)品產(chǎn)生所需的高品質(zhì)的商業(yè)產(chǎn)品,例如碳酸鍶和碳酸鈣。在再一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中,所述方法進(jìn)ー步包括從所述干燥鹽產(chǎn)品制備次氯酸鈉。圖1說(shuō)明了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,其中所述化學(xué)沉淀步驟在所述鹽水濃縮步驟之后進(jìn)行。然而,在另ー個(gè)實(shí)施例中,所述化學(xué)沉淀步驟可以在所述鹽水濃縮步驟之前進(jìn)行。 在再一個(gè)實(shí)施例中,所述化學(xué)沉淀步驟可以分兩個(gè)階段,即,第一階段,在所述鹽水濃縮步驟之前或之后,以及第ニ階段,在所述結(jié)晶步驟之后,進(jìn)行。根據(jù)圖7所示的另ー個(gè)實(shí)施例,將可能已經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)濃縮或者可能沒(méi)有現(xiàn)場(chǎng)濃縮的再捕獲的回流水壓致裂水805運(yùn)輸?shù)椒乾F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備,在非現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備使用蒸發(fā)器810濃縮所述回流水,以制備含有相對(duì)于所述濃縮的鹽水總重量的約25重量%的氯化鈉鹽的鹽水,然后所述鹽水受到化學(xué)沉淀步驟815,以得到一種或更多種高品質(zhì)的商業(yè)產(chǎn)品,例如硫酸鋇、碳酸鍶和/或碳酸鈣。隨后,使用機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)器(MVR)SOl使來(lái)自所述化學(xué)沉淀步驟的流出液結(jié)晶,以制備約98%以上、優(yōu)選地99%以上、更優(yōu)選地99. 5%以上的純鹽產(chǎn)品。圖2說(shuō)明了用于處理被污染的水且制備純鹽的系統(tǒng)的再一個(gè)實(shí)施例。用于所述エ 藝的來(lái)源水201可以是主要根據(jù)所述鉆井位置的地理鄰近的一個(gè)或更多個(gè)來(lái)源至各種類(lèi)型的來(lái)源水。所述來(lái)源水包括,但不限干,孤立/遺棄的礦井排水(“AMD”)、廢水(“WW”)、 淡水、來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)蒸發(fā)器和/或濃縮元件的冷凝物、或者來(lái)自非現(xiàn)場(chǎng)蒸發(fā)器和/或濃縮元件的冷凝物和/或由更后的步驟產(chǎn)生例如來(lái)自結(jié)晶元件的水。假使所述來(lái)源水是AMD或Wff 201,可以將這樣的水在所述來(lái)源或者在預(yù)處理設(shè)備 202處理,然后用管道輸送或運(yùn)輸102到所述鉆探位置。在所述位置,可以在水壓致裂之前將水排到存儲(chǔ)槽或臨時(shí)存儲(chǔ)槽。所述預(yù)處理步驟202可以關(guān)于來(lái)源水201的質(zhì)量/數(shù)量變化。在將預(yù)處理的來(lái)源水202通過(guò)所述鉆探ェ藝引入地球的底土層之前,可以將每批來(lái)源水201預(yù)處理到確立的調(diào)節(jié)參數(shù)。預(yù)處理的來(lái)源水102可以流到鉆探操作203,其中它可以與許多化學(xué)品/添加劑混合,以將預(yù)處理的來(lái)源水102的適應(yīng)性改變到特定狀態(tài)或者所述鉆探和水壓致裂エ藝的需要。所述添加劑包括稱(chēng)為壓裂凝膠的材料、以及降粘劑、減摩劑、粘土和頁(yè)巖穩(wěn)定劑、和許多其他添加剤。將從井203中流回的回流水(此處也可以稱(chēng)為壓裂水)103在隨后的步驟中處理,以除去這些材料和其他材料。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,未處理的壓裂水103可以流到鄰近井203現(xiàn)場(chǎng)的處理系統(tǒng)。這種處理系統(tǒng)可以是移動(dòng)的。在任何給定天用于鉆探和/或水壓致裂的水201的毎日體積以及從所述井中流回的壓裂水103的毎日體積可以顯著地變化?;诳倳r(shí)間和在實(shí)際條件下預(yù)期將使用的水的總體積,以及來(lái)自所述井的壓裂水的預(yù)期的回流速度,在下表中僅僅用于說(shuō)明目的的工作估值是每天大約150,000加侖。水的實(shí)際體積可以變化且可以大于或小于所述估值。假定初始回流條件隨著時(shí)間迅速減小,壓裂槽或收集池可以用于容納從所述井回流收集的未處理的壓裂水。存儲(chǔ)體積可以相應(yīng)地改變尺寸,以容納壓裂水的最大毎日流量, 從所述壓裂水將一定量的水抽到所述處理步驟且制備純鹽。具有大約150,OOOgpd的平均毎日速度可以流到現(xiàn)場(chǎng)處理系統(tǒng)。這種現(xiàn)場(chǎng)處理系統(tǒng)可以是移動(dòng)的。預(yù)分離預(yù)分離可以包括傾斜板分離器,以分離油和/或油脂和水,且也從回流壓裂水103 中除去大微粒。為了這個(gè)目的,可以選擇和使用由JDI,Inc.制造的元件、Hydroquip或其他等同物。可以將使用附加的階段,例如沉降、充氣和/或撇清,從所述油/水預(yù)分離步驟除去的收集的油和/或油脂105蓄積在臨時(shí)存儲(chǔ)槽中且移動(dòng)到認(rèn)可的接收設(shè)備。下表1說(shuō)明了在這個(gè)鉆后的預(yù)分離的第一階段用于處理和去除的流入液流量和目標(biāo)參數(shù)的例子。表1 :回流壓裂水的預(yù)分離
權(quán)利要求
1.一種從廢水制備純鹽的方法,包括再捕獲來(lái)自水壓致裂的鉆后回流水;從所述回流水中除去油;使用超濾器過(guò)濾所述回流水以從所述回流水中除去固體微粒;濃縮所述回流水中的一定量的鹽,以制備濃縮的回流鹽水,所述濃縮的回流鹽水含有相對(duì)于所述濃縮的回流鹽水總重量的約15重量%至40重量%的鹽;使用有效量的試劑進(jìn)行化學(xué)沉淀步驟,以從所述濃縮的回流鹽水中除去高品質(zhì)的商業(yè) ) 品;禾ロ使所述濃縮和用化學(xué)方法處理的回流鹽水結(jié)晶,以制備大約98%以上的純鹽產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中鹽在所述濃縮的回流水中的量是相對(duì)于所述濃縮的回流鹽水的總重量的約20重量%至35重量%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述純鹽產(chǎn)品是干燥鹽和/或鹽溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,其中所述干燥鹽是干燥的氯化鈉。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,其中將所述干燥的氯化鈉進(jìn)ー步處理,以制備次氯酸鈉。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法,其中所述鹽溶液是氯化鈣溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述鹽產(chǎn)品純度為99%以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法,其中所述鹽產(chǎn)品純度為99.5%以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述制備所述濃縮的回流鹽水的濃縮步驟使用蒸發(fā)器、反滲透或其任意組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述濃縮和結(jié)晶步驟制備含有低于500ppm的 TDS(總?cè)芙夤腆w)的水。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,進(jìn)ー步包括將孤立/遺棄的礦井排水或廢水進(jìn)行預(yù)處理,以及使用所述預(yù)處理后的孤立/遺棄的礦井排水、所述預(yù)處理后的廢水或其任意組合作為水壓致裂的來(lái)源水。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,進(jìn)ー步包括在進(jìn)行所述化學(xué)沉淀步驟之前,鑒定和/ 或量化所述濃縮的回流鹽水中的組分,以確定在除去高品質(zhì)的商業(yè)產(chǎn)品的化學(xué)沉積處理期間將使用的試劑的有效量。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述高品質(zhì)的商業(yè)產(chǎn)品選自由硫酸鋇、碳酸鍶、 碳酸鈣及其混合物構(gòu)成的組。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述從所述回流水中除去油的步驟、所述過(guò)濾所述回流水的步驟、和所述濃縮所述回流水以制備濃縮的回流鹽水的步驟在鉆探位置現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中所述進(jìn)行化學(xué)沉淀步驟的步驟和所述使所述濃縮和用化學(xué)方法處理的回流鹽水結(jié)晶的步驟在非現(xiàn)場(chǎng)的裝置中進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備純鹽的方法,包括再捕獲來(lái)自水壓致裂的鉆后回流水;從所述回流水中除去油;使用具有約0.1微米以下的孔徑大小的超濾器過(guò)濾所述回流水,以從所述水中除去固體微粒和大有機(jī)分子,例如苯、乙苯、甲苯、和二甲苯;濃縮所述回流水,以制備鹽水,所述鹽水含有相對(duì)于所述回流鹽水總重量的約15重量%至約40重量%的鹽;使用有效量的試劑進(jìn)行一個(gè)或更多個(gè)化學(xué)沉淀步驟,以沉淀出所需的高品質(zhì)的商業(yè)產(chǎn)品,例如,硫酸鋇、碳酸鍶、碳酸鈣;和使所述用化學(xué)方法處理和濃縮的回流鹽水結(jié)晶,以制備大于99.5%的純鹽產(chǎn)品,例如氯化鈉和氯化鈣。
文檔編號(hào)C02F1/44GK102574022SQ201080037855
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者弗蘭克·A·迪托瑪索, 彼得·N·迪托瑪索 申請(qǐng)人:弗拉克普爾控股有限責(zé)任公司
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