一种油田污水催化去活制备配聚水源的设备及工艺的制作方法

专利名称：：一种油田污水催化去活制备配聚水源的设备及工艺的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种油田污水催化去活制备配聚水源的设备及工艺。技术背景近年来，油田聚合物驱技术已进入全面工业化阶段，成为注水开发油田可持续发展的重要接替技术之一。在聚合物驱技术的实施过程中，如何保持注入溶液有足够粘度是贯穿这项技术始终的核心问题，也是聚合物驱技术研究的重要内容之一。为了保持聚合物注入液的粘度，我国大部分油田现行做法是采用超高分子量聚合物，并且同时采用清水配注工艺。由于清水中对聚合物敏感的二价离子含量低，并且，不含其它有害成份等，因此，可以使聚合物溶液保持较高的溶液粘度，保证了聚合物驱技术的实施效果。然而，我国油田普遍清水水源不足。另一方面，大部分油田又都处于高含水期，大量的采出污水由于环保问题无法排放。油田外排污水是非常可观的利用的资源，为了利用污水资源，多数油田也建立了污水处理站，但处理方式仍为简单的杀菌、多极过滤等措施。经这种污水处理站处理过的污水在一定程度上能够用于污水回注，但仍不能满足配制聚合物溶液的基本要求。采出污水中铁、硫等还原态离子及细菌等严重影响聚合物溶液的粘度，而油田现行的一些污水处理方法不能从根本上解决污水配制聚合物问题(丁延国等，《污水射流曝气工艺技术在聚驱中的应用》，《大庆石油地质与开发》，2003，22(1):5051。王宝江等，《清水配制污水稀释聚合物溶液试验研究》，《大庆石油地质与开发》，2001，20(2):8688)。因此，当前污水降粘问题已经严重地影响并限制了聚合物驱技术的推广应用和进一步的发展。解决油田污水配制聚合物问题是聚合物驱技术发展的需要，是聚合物驱技术深化研究的内容之一。解决污水配制聚合物的问题，不仅能大幅度地降低聚合物驱的成本，拓宽聚合物驱的应用领域，同时还可以避免污水排放，消除环境污染，促进水资源的良性循环。
发明内容本发明的目的是提供一种油田采出污水催化去活制备用于配制聚合物溶液的水源(在本文中可简称为配聚水源)的配套设备及工艺。本方案的设备是由一台内装有鹅卵石和核桃壳填料的核桃壳过滤器，一台内装有纤维束的TCLW过滤器，一台内装有锰砂和石英砂填料的除铁罐，一台结构为迷宫体，内装有Mn02-ZnO_Ce02/Al203催化剂的催化反应罐，它们之间的连接管线和阀门组成，核桃壳过滤器的下部出口通过管线与TCLW过滤器的入口连接，TCLW过滤器的上部出口通过管线与除铁罐的顶部入口连接，底部出口与催化反应罐顶部入口连接。本发明的油田污水催化去活制备配聚水源的工艺，其包括如下步骤然后顺序通过除铁罐23以及催化罐24进行氧化去活。处理后污水可直接配制聚合物溶液。1.将经过初步除油处理的油田污水经核桃壳过滤器和/或TCLW过滤器进行二级深度过滤；2.或/和将步骤一的滤后水通过除铁罐，污水中Fe2+在锰砂催化作用下，与空气中氧发生氧化还原反应生成Fe3、3.将通过除铁罐的水经催化反应罐，以Mn02-ZnO-Ce02/八1203为催化剂进行催化氧化去活。上述催化氧化去活步骤的催化剂中Mn02、ZnO和Ce02的摩尔配比为Mn02:ZnO:Ce02=(L24.0):(0.3~3.6):1。上述催化剂中Al203的直径约为1.64.0mm,比表面积约为100200m7g，比重约为0.60.8g/cm3，强度大于50N/cm2。优选的，上述催化剂中Al203的直径约为1.6mm，比表面积约为150m7g，比重约为O.78g/cm3，强度大于60N/cm2。本发明还包括在催化剂活性组分损失较严重时，采用高温培烧除积炭-补充活性组分-高温培烧负载活性组分方法对失活催化剂进行处理。本发明还包括上述步骤二所使用的催化氧化设备，其包括罐体53、填料54、迷宫体52、进出口管，其中进水口51位于罐体顶部，出水口57位于罐壁上部，进料口56位于罐壁上部，出料口58位于罐体底部，上述迷宫体52为上缘连接于罐体53顶部的圆筒，该迷宫体下缘自由开口于罐内，罐内装有填料54，填料的高度没过迷宫体下缘。在油田应用中聚合物溶液粘度的下降受到许多因素的影响，涉及到化学作用、生物作用和机械作用。而在污水配制聚合物溶液的这一环节中，尽管影响因素很多也很杂，但作用机理只涉及化学降粘机理和生物降粘机理。聚合物降解是指聚合物大分子在一定条件下，由于分子量的降低和相对分子质量分布发生变化的现象。水溶性聚合物的降解必然导致溶液粘度的下降，但粘度下降并非都是因聚合物降解而引起，有些因素(如污水中高浓度钙镁)并非使聚合物降解(分子量并没有变化)，而是使聚合物线团收縮或沉淀导致聚合物粘度下降。根据油田污水存在的问题，解决污水配制聚合物溶液粘度下降主要从除活性物(即除铁、硫、细菌以及少量外加化学药剂的影响)和除盐(即除钙、镁)两个方面出发。本发明催化氧化去活技术的基本原理是采用特殊的催化剂，使空气中的氧作为氧化剂氧化污水中的溶解态或悬浮态的有机物或还原态的无机物及厌氧细菌等，达到去活目的。本发明的工艺方法重点在于解决污水配聚粘度损失问题。处理后污水水质达到SY5329-94(《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》)标准，工艺运行平稳安全，操作简单，管理方便，投资合理、经济高效，符合环境保护要求，催化去活处理后污水配聚溶液粘度提高大于100%,污水配聚利用率达100%。图1为本发明方案一的工艺方案流程图。图2为本发明方案二的工艺方案流程图。图3为核桃壳过滤器结构原理示意图。图4为TCLW含油污水精细过滤器结构原理示意图。图5为本发明催化罐主视图。图6为本发明催化罐俯视图。图7为催化去活装置处理哈南油田新鲜流动污水配置聚合物溶液粘度效果图。图8为催化去活装置处理哈南油田新鲜流动污水提高溶液粘度效果图。图9为催化去活装置处理大庆四厂杏20联污水配置聚合物溶液粘度效果图。具体实施方式本发明使用的水源可以是油田采出污水，使用现有的污水处理技术进行简单的杀菌、多极过滤等措施初步除去油和杂质，达到表1中控制标准1。达到上述标准的水源首先经精细过滤装置进行过滤以除去大部分油和游离态硫。本发明使用的精细过滤装置可以是油田用于精细过滤的常用装置。在本发明的一个实施方案中使用TCLW过滤器，在本发明的另一个实施方案中使用核桃壳过滤器和TCLW过滤器进行二级深度过滤。方案一本方案的制备工艺如图1所示。将符合表1中控制标准1的来水首先经精细过滤器进行过滤，滤后水达到表1中控制标准2;然后经催化氧化去活装置处理，处理后污水达到表1中控制标准3，可直接用于配制聚合物溶液。表l生产工艺控制指标项目PHSS(mg/1)含油(mg/1)s2-(mg/1)(mg/1)配聚粘度提高控制标准1含油污水6.5~8.0《50<100控制标准2滤后水6.5~8.0《3《5控制标准3催化去活后水6.5~8.0《3《50.1<0.1》100%方案二本方案的流程如图2所示。在方案1的基础上增加了精细过滤步骤前经核桃壳过滤器的初步过滤步骤，以及催化氧化去活步骤前用填充有锰砂及石英砂的除铁过滤装置进行初步除铁步骤。阀门动作如表2所示，阀门l为排油阀，阀门2为进水口电动阀，阀门16为催化罐出水口电动阀。装置25为反洗泵a，装置26为反洗泵b。在催化流程中，阀门2、5、11、14和16位于开启状态，符合表1中控制标准1的来水顺序通过核桃壳过滤器21、TCLW过滤器22进行二级深度过滤，然后顺序通过除铁罐23以及催化罐24进行氧化去活。处理后污水可直接配制聚合物溶液。表2阀门动作表阀门12345678910111213141516催化流程0+——+—————+—一++—核桃壳过滤器反洗一+++精细过滤器反洗()+_—+++除铁罐反洗0+——+—_—++—+————催化罐反洗0+—+——+——一+—_设备检修一—+————————一——注+为开，一为关，O为定时开。核桃壳过滤装置本发明的核桃壳过滤器为轻质滤料过滤器，是一种深床过滤器。如图3所示，主要由过滤器罐31、罐体30等组成。鹅卵石32和核桃壳33分别填充在罐体30内，并用筛板40隔离。过滤时，污水低进高出(进水口34，出水口35)，含油污水中的悬浮物和油吸附在鹅卵石32和核桃壳33上。反洗时，清洁水高进低出(反洗进水口36，反洗排污口37)，启动搅拌器38，由于滤料较轻，核桃壳在搅拌器搅动的水流作用下，滤层成为沸腾床，吸附的悬浮物得以脱附，污水从排污口37流出，油从排油口39流出。核桃壳过滤器反洗再生能力较强，过滤性能稳定，过滤效果较好。本发明选用的核桃壳过滤器主要参数如下(以50m7h为例)处理量工作压力:水质指标:进口:出口:含油量悬浮物含:含油量悬浮物含量粒径设计流速反洗强度_反洗时间旋转电机(防爆)功率:反洗泵(防爆)功率进、出口管径外形尺寸(腿)..50m3/h0.6MPaS200mg/1SlOOmg/lS5mg/1，mg/130迈/h11L/s』215分7.5Kw11KwDN1002100X3000X40005500Kg设备运行重量73(X)0KgTCLW型污水精细过滤器本发明的TCLW型污水精细过滤器是一种塔式纤维束过滤器，主要由上筒体41、下筒体42、旋转机构43、升降机构44四部分组成(如图4所示)，耐油合成纤维束45悬挂在旋转机构43的上托盘46上。过滤时，升降机构推动下托盘47上升，将滤料均匀压实，污水低进高出，油和机杂被吸附和拦截在滤床的下部；反洗时，升降机构带动下托盘下降，滤料放松，旋转机构带动滤料正反交替旋转，同时反洗水高进低出，将滤料上的污物清洗干净，过滤器反洗再生后重新投入过滤工作状态。本发明选用的TCLW50/0.6Z精细过滤器主要参数如下(以50m7h为例)处理量50m7h工作压力0.6MPa水质指标进口含油量S50mg/1悬浮物含量S50mg/1出口含油量S5mg/1悬浮物含量《3mg/1粒径设计流速40m/h反洗强度11L/s.m2反洗时间15分旋转电机(防爆)功率7.5Kw升降电机(防爆)功率2.2Kw反洗泵(防爆)功率11Kw进、出口管径DN100外形尺寸(mm):1250X1250X4025设备重量4500Kg设备运行重量6350Kg除铁i本发明可采用MS50/0.6型除铁罐进行初步除铁，该除铁罐为一种椭圆式封头填料罐，主要由罐体、填料、筛管、进出口管汇组成。其流程为高进低出。填料为锰砂和石英砂。污水中Fe"在锰砂催化作用下，与空气中氧发生氧化还原反应生成Fe3+，进而形成絮状氢氧化铁沉淀，通过锰砂及石英砂充填的混合填料所形成的滤床，将絮状氢氧化铁沉淀除去，从而达到除铁的功能。其主要技术参数为(以50m7h为例)处理量工作压力设计流速除铁率进、出口管径外形尺寸(mm):设备运行重:50m3/h0.6MPa30m/h》95%<t>1500mmD脂O1500X1500X32503250Kg4250Kg催化罐本发明的催化罐采用迷宫式设计(如图5和图6所示)，主要由罐体53、填料54、迷宫体52和进出口管组成。其中进水口51位于罐体顶部，出水口57位于罐壁上部，进料口56位于罐壁上部，出料口58位于罐体底部，上述迷宫体52为上缘连接于罐体53顶部的圆筒，该迷宫体下缘自由开口于罐内，罐内装有填料54，填料的高度没过迷宫体下缘，迷宫体为不锈钢材质。其流程为高进高出。污水通过上口进入催化装置中，延迷宫体向下，绕过迷宫体后再向上，与催化剂充分接触后从罐壁上部的口流出。迷宫体起到缓冲和延长反应时间的作用。其主要技术参数为(以50m7h为例)处理量工作压力:设计流速:50m3/h0.6MPa30m/h4>1500腿腿OO1500X1500X33503500Kg4250Kg本发明的催化剂填料采用浸渍法制备的MnO厂Zn0-Ce02/八1203催化剂，以Y41203为载体。载体性能技术指标如表3所示。优选的，上述载体A1203的直径约为1.6腿，比表面积约为150m7g，比重约为0.78g/cm3，强度大于60N/cm2。Al203载体在摩尔比为Mn(N03)2:Zn(N03)2:Ce(N03)3=(1.24.0):(0.3~3.6):l的溶液吸附约24小时，干燥并在50080(TC焙烧25小时。进、出口管径外形尺寸(mm):设备重量设备运行重量表3催化剂载体性能技术指标<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>催化剂的再生由于催化剂表面堵塞的沉积物主要来自于污水中的悬浮物、细菌等，这些物质一般都属于有机物，在高温下均可以碳化，最终转变为C02而挥发除去。因此，采用直接高温培烧除去积炭再生方法处理。在催化剂活性组分损失较严重时，还可以采用高温培烧除积炭-补充活性组分-高温培烧负载活性组分方法对失活催化剂进行处理。实施例1Mn02-ZnO-Ce02/Al2(U崔化剂的制备将直径为1.6mm，比表面积为150m7g的AlA载体在Mn(N03)2、Zn(N03)2和Ce(N03)3的混合溶液中浸渍24小时，溶液中三种硝酸盐的摩尔浓度如表4所示。于150。C干燥4小时后，于650。C焙烧3小时。即得到Mn02-ZnO_Ce02/A1A催化剂。表4硝酸盐溶液摩尔浓度<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>实施例2催化去活装置处理哈南油田新鲜流动污水将哈南油田新鲜流动污水经初步除油处理达到上述表1中控制标准1的要求。采用本发明方案一的工艺和设备进行处理。其中催化罐中填料采用上述实施例1制备的催化剂1。分别向处理前及处理后的水中加入聚合物HP認(分子量2500万)，配制成浓度为lg/L的聚合物溶液。试验结果见图7和图8，显然，催化去活技术处理哈南油田新鲜流动污水与未处理污水相比配制聚合物溶液粘度提高300%左右。实施例3催化去活装置处理大庆四厂杏20联污水将大庆四场杏20联污水经初步除油处理达到上述表1中控制标准1的要求，采用本发明方案二的工艺和设备进行处理。其中催化罐中填料采用上述实施例1制备的催化剂2。催化后污水的主要离子含量见表5。配制聚合物溶液的方法与实施例2相同。试验结果见图9。结果表明，催化去活技术处理大庆四厂杏20联污水与未处理污水相比，钙含量下降50%，镁含量下降40%，配制聚合物溶液粘度提高400%左右。表5大庆四厂杏20联污水催化前后离子成分变化表<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>实施例4催化去活装置处理大港油田港西西二联污水将大港油田港西西二联污水经初步除油处理达到上述表1中控制标准1的要求，采用本发明方案二的工艺和设备进行处理。其中催化罐中填料分别采用上述实施例1制备的催化剂3和催化剂4。分别向处理前及处理后的水中加入聚合物，所用聚合物为大庆炼化中分抗盐聚合物(分子量2500万)，聚合物使用浓度为lg/L。试验结果见表6和表7，结果表明，采用本发明的催化技术及配套流程对大港油田港西西二联合站污水进行了现场污水催化处理后，铁含量下降23个数量级，硫去除率为100%、硫酸盐还原菌细菌(SRB)下降23个数量级、腐生菌(TGB)下降2个数量级以上、铁细菌(FeB)细菌下降1个数量级以上，催化技术处理后污水提高聚合物溶液粘度达到200300表6大港油田港西西二联污水处理前后活性物的变化<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>SRB为硫酸盐还原菌细菌；TGB为腐生菌；FeB为铁细菌。表7大港油田港西西二联污水催化处理实验数据<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>权利要求1.一种油田污水催化去活制备配聚水源的设备，其特征在于它是由一台内装有鹅卵石和核桃壳填料的核桃壳过滤器，一台内装有纤维束的TCLW过滤器，一台内装有锰砂和石英砂填料的除铁罐，一台结构为迷宫体，内装有MnO2-ZnO-CeO2/Al2O3催化剂的催化反应罐，它们之间的连接管线和阀门组成，核桃壳过滤器的下部出口通过管线与TCLW过滤器的入口连接，TCLW过滤器的上部出口通过管线与除铁罐的顶部入口连接，底部出口与催化反应罐顶部入口连接。2、根据权利要求1所述的一种油田污水催化去活制备配聚水源的设备，其特征在于其催化反应罐包括罐体(53)、填料(54)、迷宫体(52)、进出口管，其中进水口(51)位于罐体顶部，出水口(57)位于罐壁上部，进料口(56)位于罐壁上部，出料口(58)位于罐体底部，所述迷宫体(52)为上缘连接于罐体(53)顶部的圆筒，该迷宫体(52)下缘自由开口于罐内，罐内装有填料(54)，填料的高度没过迷宫筒下缘。3、根据权利要求1所述的一种油田污水催化去活制备配聚水源的工艺，其特征在于(1)将经过初步除油处理的油田污水经核桃壳过滤器和/或TCLW过滤器进行二级深度过滤；(2)或/和将步骤一的滤后水通过除铁罐，污水中Fe"在锰砂催化作用下，与空气中氧发生氧化还原反应生成Fe3、(3)将通过除铁罐的水经催化反应罐，以Mn02-ZnO-Ce02/八1203为催化剂进行催化氧化去活。4、根据权利要求3所述的油田污水催化去活制备配聚水源的工艺，其特征在于其中所述的催化剂中Mn02、ZnO和Ce02的摩尔配比为Mn02:ZnO:Ce02=(1.24.0):(0.33.6):1。5.根据权利要求3所述的油田污水催化去活制备配聚水源的工艺，其特征在于其中所述的催化剂中A1A的直径为1.64.0mm,比表面积为100200m7g。全文摘要一种油田污水催化去活制备配聚水源的设备及工艺，它是由一台内装有鹅卵石和核桃壳填料的核桃壳过滤器，一台内装有纤维束的TCLW过滤器，一台内装有锰砂和石英砂填料的除铁罐，一台结构为迷宫体，内装有MnO₂-ZnO-CeO₂/Al₂O₃催化剂的催化反应罐，它们之间的连接管线和阀门组成，核桃壳过滤器的下部出口通过管线与TCLW过滤器的下部入口连接，TCLW过滤器的上部出口通过管线与除铁罐的顶部入口连接，底部出口与催化反应罐顶部入口连接；工艺运行平稳安全，操作简单，管理方便，投资合理、经济高效，符合环境保护要求，催化去活处理后污水配聚溶液粘度提高大于100％，污水配聚利用率达100％。文档编号C02F1/72GK101274797SQ200710064960公开日2008年10月1日申请日期2007年3月30日优先权日2007年3月30日发明者伍家忠,林庆霞,剑樊,罗文利,莉韦,冬韩申请人:中国石油天然气股份有限公司