一种井口产出液电解再利用方法、系统和应用与流程

本发明属于油气田开发领域，主要应用于常规气、致密气、页岩气、煤层气等气井中，用于分离井口产出的气液，并将分离后的产出液过滤后电解制氢。

背景技术：

1、氢作为工业原料，在各行各业已有广泛的应用，因此如何高效、清洁的制氢就变得十分重要。目前，氢的制备主要是依靠电解水，电解水制氢是一种较为方便的制取氢气的方法，可以解决弃水的再利用问题。在充满电解液的电解池中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，阴极析氢和阳极析氧，反应遵循法拉第定律，气体产量与电流和通电时间成正比。在电解质水溶液中通入直流电时，分解出的物质与原来的电解质没有直接关系，被分解的是作为溶剂的水，原来的电解质仍然留在水中。在电解水时，由于纯水的电离度小，导电能力低，需要加入电解质，以增加溶液的导电能力，使水能够顺利地电解成为氢气和氧气。而井口产出液，一般矿化度较高，例如四川盆地普光地区的井口产出液矿化度达353g/l，是天然的强电解质溶液，可以直接用于电解制氢。

2、瞿丽莉等采用质子交换膜(pem)电解水制氢，该技术在电厂氢冷发电机组方面应用的技术方案、设备组成、经济方面等论证可行，在电厂及其他民用领域的具有一定的发展前景；马元元等通过电池电极的可逆电化学反应，将现有电解水过程拆分为制氢和制氧分立步骤，实现在无膜条件下氢气和氧气的分时、分地交替制备，提升了电解水制氢的灵活性；《国家科学院学报》称，中美学者联合开发出一种从海水中获取氢和氧的新技术，可防止海盐中的氯离子腐蚀电解水设备的电极，显著提高电解水设备使用寿命；李国强等提出一种新型电解水制氢电解槽装置，装置依次包括上端板、正极板、膜材料、负极板和下端板，正极板和负极板之间填充导电材料，上端板设有流入口，水箱底部设有流出口。该装置结构简单，且能避免水流逆向流动的发生；李想等提出一种提高电解水制氢效率的方法及装置，其优点包括：电解水分解电压低、非金属氧化物催化剂成本低、双极板耐腐蚀的要求程度低；岳旋等提出一种电解水制高纯氢的装置，包括水处理系统和制氢系统，装置经过多层净水，保证了进入制氢系统中的水为高纯度水，一方面减小了电能消耗，另一方面也提高了氢气纯度。

3、目前，电解水制氢的发展多朝向提效降本方向，针对解决弃水的再利用问题这一优点考虑甚少，与采气领域相结合的更少。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的之一在于提供一种井口产出液再利用方法，将电解水制氢技术与采气技术相结合，利用气井井口产出液矿化度较高、是天然的强电解质这一特征，对井口产出液进行再利用，一方面解决了井口产出液的处理问题，另一方面又可以实现废水有效利用的效果。

2、本发明的目的之二在于提供目的之一的再利用系统对应的井口产出液再利用系统。

3、本发明的目的之三在于提供上述系统和方法在电解水制氢领域的应用。

4、本发明的第一方面提供了一种井口产出液再利用方法，包括以下步骤：

5、(1)将井口产出气液进行气液分离，得到含有井口气的气相和含有井口产出液的液相；

6、(2)所述含有井口产出液的液相经过滤得过滤液；

7、(3)所述过滤液进行电解，得到氧气和氢气；

8、(4)步骤(3)中得到氧气送至氧气收集装置，氢气进入混合气集输装置。

9、本发明中，步骤(1)中的气相主要为天然气，液相为主要含na+、k+和cl-的溶液。步骤(2)中，过滤得到的固相杂质主要为泥沙等固体杂质。

10、根据本发明的一些实施方式，所述混合气集输装置的作用为混合气的收集和输送。

11、根据本发明的一些实施方式，步骤(3)中得到的氢气经过增压装置增压后进入混合气集输装置。

12、根据本发明的一些实施方式，增压后的氢气经过单向阀，与所述含有井口气的气相混合后，进入所述混合气集输装置。

13、增压装置可以对氢气进行增压，达到一定压力的氢气进入单向阀，单向阀的设置可以避免氢气以及氢气与井口气的混合气回流到电解池中。

14、根据本发明的一些实施方式，步骤(3)中，所述电解的条件包括：所述电解的电流为直流电。

15、根据本发明的一些实施方式，所述电解在电解池中进行，通电时，电解池的总功率大于3000kw，优选为3000～5000kw。

16、根据本发明的一些实施方式，电解的电压为1.5～36v，优选为20～28v，更优选为24v。

17、根据本发明的一些实施方式，电解的电流为0.5～4a，优选为0.8～1.2a，更优选为1.0a。

18、根据本发明的一些实施方式，所述含有井口产出液的液相中包括阳离子和阴离子，优选地，阳离子包括na+和k+，和/或阴离子包括cl-。

19、根据本发明的一些实施方式，所述含有井口产出液的液相的矿化度为2000～10000mg/l，优选为3000～10000mg/l。

20、根据本发明的一些实施方式，所述井口产出气液的温度为0℃～65℃，压力为0.1～50mpa。

21、本发明第二方面提供了一种井口产出液再利用系统，包括气液分离装置、过滤装置、电解池、氧气收集装置和混合气集输装置；

22、所述气液分离装置包括气相出口和液相出口，气相出口与混合气集输装置连通，液相出口与过滤装置的入口连通；

23、所述过滤装置包括液体出口，所述液体出口与电解池连通；

24、所述电解池包括阳极室和阴极室，阳极室内设置有阳极电极，阴极室内设置有阴极电极，阳极室与氧气收集装置连通，阴极室与混合气集输装置连通。

25、本发明中，井口产出气液是指石油天然气行业中通过钻井由地下采出的天然气、水等的气液两相流，所述井包括常规气井、致密气井、页岩气井、煤层气井等气井。

26、根据本发明的一些实施方式，所述系统还包括增压装置，所述增压装置设置于电解池的阴极室与混合气集输装置的通路上。

27、根据本发明的一些实施方式，所述系统还包括设置在所述增压装置和所述混合气集输装置之间的单向阀，所述单向阀用于使气体从增压装置到混合气集输装置单向通过。

28、本发明中，设置增压装置和单向阀是为了使电解池中制备得到的氢气单向地从电解池通出，与井口气混合后进入混合气集输装置中，避免混合气倒流到电解池内。

29、根据本发明的一些实施方式，所述过滤装置设置有杂质排出口。

30、根据本发明的一些实施方式，所述过滤装置为旋流式过滤装置。

31、本发明中，过滤装置用于滤掉液体中微小的泥沙等固体颗粒。使用旋流式过滤装置对井口产出液进行过滤，液体在一定的压力下注入过滤装置后，装置产生强烈的旋转运动，由于砂、水密度不同，在离心力、浮力、向心力和曳力的作用下，密度低的水上升，由出水口排出，密度大的砂粒由装置底部的排出口排出，上浮的微小颗粒再由顶部过滤网收集，从而达到过滤液体的效果。

32、根据本发明的一些实施方式，所述电解池还包括电源、电解池进液口、电解池排液口、氧气排出口、氢气排出口；

33、所述氧气排出口用于排出阳极电极析出的氧气，氧气排出口与氧气收集装置连通；所述氢气排出口用于排出阴极电极析出的氢气，氢气排出口与混合气集输装置连通；所述电解池进液口与所述过滤装置的液体出口连通。

34、所述氧气排出口设置于阳极室，所述氢气排出口设置于阴极室。

35、氧气收集装置主要用于氧气的收集、存储与运输，混合气集输装置主要用于井口气和氢气的混合气的收集与运输。

36、根据本发明的一些实施方式，阳极电极和阴极电极的电极材料为铂金钛电极或铂金钛合金材料电极。

37、根据本发明的一些实施方式，所述电解池还包括液面监测器。

38、本发明中，液面监测器能够对电解池内液面进行监测，电解池内液面不能高于最高液位，也不能低于最低液位，将电解池内液面控制在一定范围内，能够时刻保持电解池的满负荷、高效率工作。

39、根据本发明的一些实施方式，所述过滤装置为杂质过滤器，所述杂质过滤器包括杂质排出口和过滤液排出口。

40、本发明的第三方面提供了一种如第一方面所述的井口产出液再利用方法或第二方面所述的井口产出液再利用系统在气井井口产出气液回收处理领域的应用。

41、与现有技术相比，本发明包括以下有益效果：

42、(1)本发明提供的井口产出液再利用方法对井口产出气液进行分离，分离得到的井口气和氢气混合得到的混合气能够作为能源气体进行利用，井口产出液也能够进行再利用电解制氢；

43、(2)本发明提供的井口产出液再利用方法能够对气井的井口产出液进行回收处理，解决了井口产出液的排放问题；

44、(3)本发明提供的井口产出液再利用方法将井口产出液进行电解，通过高效、清洁的方式制备得到氧气和氢气，具有一定的经济效益。