气田采出水热泵组合除盐装置及除盐方法
【专利摘要】本发明为一种气田采出水热泵组合除盐装置及除盐方法，包括热泵组合强制循环蒸发装置与结晶装置，热泵组合强制循环蒸发装置通过母液管与结晶装置连接，热泵组合强制循环蒸发装置与结晶装置之间设置有母液循环管，热泵组合强制循环蒸发装置由热泵及强制循环蒸发系统通过母液管连接，本发明的除盐的方法其步骤为：1、将固物含量约3％-8％，温度20～35℃的原液进入到热泵，经热泵蒸发浓缩，使其盐浓度为20％，然后送至强制循环蒸发系统；2、强制循环蒸发系统将原液含浓缩至含盐55％时，原液便从强制循环蒸发系统出来进入离心机；3、离心机脱水，得到固体结晶盐。本发明节能效果好，采用外加热强制循环蒸发进行防结垢，并且后端的强制循环蒸发装置系统可小型化很多，便于运输和安装，整个系统就占地面积小。
【专利说明】气田采出水热泵组合除盐装置及除盐方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气田采出水热泵组合除盐装置，属于工业污水处理领域。
【背景技术】
[0002]气田在天然气开采生产过程中，产生了大量的高盐含油污水，废水里面含有大量的Na、K、CL、Ca、Mg等离子，总盐分含量约为18000-90000mg/l，组分复杂，且含有高粘性的有机物，处理难度较大。目前，气田污水主要通过两级沉降、两级过滤处理后回注，由于气井分散，集中处理投资高、难度大、运行成本高，气田污水不能完全用于回注处理，导致未经处理直接外排，污染了环境，另外，随着气田开发时间的延长，气田产水量呈逐年上升趋势。
[0003]现有处理技术主要为热法蒸馏和膜法。热法蒸馏主要以低温多效(LT-MED)和热泵(MVR)为代表，膜法主要有反渗透技术(RO)。
[0004]I)、膜浓缩
[0005]膜过滤是一种与膜孔径大小相关的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的分离和浓缩的目的。在膜过滤的处理工艺中有一个不可避免的问题就是浓缩液的处置问题。本项目废水中的钙、钡离子含量极高，并含有部分高分子聚合物及石油类，试验证明RO膜过滤在该类废水的浓缩处理过程中无工程实用性。
[0006]2)、蒸发
[0007]蒸发工艺目前应用较为成熟的主要有多效蒸发及MVR蒸发器(热泵)。
[0008]多效蒸发器:
[0009]多效蒸发器是将一个蒸发器蒸发出来的蒸汽引入下一蒸发器，利用其凝结放出的热加热蒸发器中的水，两个或多于两个串联以充分利用热能的蒸发系统，与传统的单效蒸发具有能耗低、操作简单等特点。
[0010]多效降膜蒸发是将料液自降膜蒸发器加热室上管箱加入，经液体分布及成膜装置，均匀分配到各换热管内，并沿换热管内壁呈均匀膜状流下。在流下过程中，被壳程加热介质加热汽化，产生的蒸汽与液相共同进入蒸发器的分离室，汽液经充分分离，蒸汽进入冷凝器冷凝进入下一效蒸发器作为加热介质，从而实现多效操作，液相则由分离室排出。
[0011]多效降膜蒸发器由各效加热蒸发器、各效分离器、冷凝器、热压泵、杀菌器、保温管、真空系统、各效料液输送泵、冷凝排水泵、操作平台、电器仪表控制柜及阀门、管路等系统组成。设备整个加热系统由于蒸汽加热均匀、料液为液膜式流动蒸发，具有传热效率高加热时间短等主要特点，同时各效真空度、蒸汽温度、和物料液位可调节，能耗低，操作方便，维修量少，占地面积小等优点。
[0012]MVR 蒸发器:
[0013]MVR蒸发器其工作过程是低温位的蒸汽经压缩机压缩，温度、压力提高，热焓增加，然后进入换热器冷凝，以充分利用蒸汽的潜热。除开车启动外，整个蒸发过程中无需生蒸汽。
[0014]MVR蒸发器处理的溶液在一个降膜蒸发器里，通过物料循环泵在加热管内循环。初始蒸汽用新鲜蒸汽在管外供热，将溶液加热沸腾产生二次汽，产生的二次汽由涡轮增压风机吸入，经增压后，二次汽温度提高，作为加热热源进入加热室循环蒸发。正常启动后，涡轮压缩机将二次蒸汽吸入，经增压后变为加热蒸汽，就这样源源不断进行循环蒸发。蒸发出的水分最终变成冷凝水排出，从蒸发器出来的二次蒸汽，经压缩机压缩，压力、温度升高，热焓增加，然后送到蒸发器的加热室当作加热蒸汽使用，使料液维持沸腾状态，而加热蒸汽本身则冷凝成水。这样，原来要废弃的蒸汽就得到了充分的利用，回收了潜热，又提高了热效率，生蒸汽的经济性相当于多效蒸发的30效。为使蒸发装置的制造尽可能简单和操作方便，经常使用单效离心再压缩器，也可以是高压风机或透平压缩器。这些机器在1: 1.2到1: 2压缩比范围内其体积流量较高。对于低的蒸发速率，也可用活塞式压缩机、滑片压缩机或是螺杆压缩机。蒸发设备紧凑，占地面积小、所需空间也小。又可省去冷却系统。
[0015]热法蒸馏(四效蒸发)处理工艺简述:
[0016]四效蒸发器采用真空蒸发结晶分离工艺，将废水中盐和水分离开来。
[0017]蒸发结晶系统由四效蒸发构成。废水由泵输送至混料池(离心母液、地面冲洗水也汇集到此)，混合料液用混料泵泵出来一部分直接进入IV蒸发罐，另一部分经混合冷凝水预热器预热后一部分直接 进入I1、III效蒸发罐，另一部分通过I效冷凝水预热器预热后进入I效蒸发罐。即整个进料系统采用平流进料方式，确保运行平稳可靠，同时采用分级预热，提高进罐料液温度，减少升温热，提高蒸发经济，节能降耗。
[0018]结晶盐浆由I效蒸发罐转排到II效蒸发罐，II效蒸发罐盐浆转排到III效蒸发罐，III效蒸发罐盐浆转排到末效蒸发罐集中排出系统，目的为降低排出系统的热量；盐浆经离心脱水后暂储于湿盐储斗待销。
[0019]母液排放:由I效蒸发罐转排到II效蒸发罐，II效蒸发罐转排到III效蒸发罐，III效蒸发罐转排到末效蒸发罐集中排出系统到母液储桶，澄清后打到井区注井，较少粉盐溶化后回蒸发系统，少量石膏固体集中晾干后送饲料、水泥厂出售。
[0020]锅炉来蒸汽进入I效加热室加热，I效蒸发罐产生的二次蒸汽再到II效加热室加热，依次传递，末效二次蒸汽被循环水冷凝后由真空泵将不凝气带出系统。
[0021]以上技术为较成熟技术，但都存在有如下几个方面的不足:
[0022]I)容易结垢，系统运行不平稳
[0023]2)能耗闻，运打费用较闻。
[0024]3)占地面积大，受场地条件限制多，需要较为宽敞的安装与调试占地面积，需要有较大的设备运行场地。
【发明内容】
[0025]本发明的一种气田采出水热泵组合除盐装置，包括热泵组合强制循环蒸发装置与结晶装置，热泵组合强制循环蒸发装置通过母液管与结晶装置连接，由热泵组合强制循环蒸发装置将蒸发后的母液输入结晶装置。
[0026]热泵组合强制循环蒸发装置与结晶装置之间还设置有母液循环管，将离心机分离出的母液返回热泵组合强制循环蒸发装置继续处理。[0027]热泵组合强制循环蒸发装置由热泵、强制循环蒸发系统组成，热泵、强制循环蒸发系统通过母液管连接，热泵将原液经过蒸发浓缩后输入强制循环蒸发系统继续蒸发。
[0028]如上所述的一种气田采出水热泵组合除盐装置，进一步说明为:热泵由原液池、预热器、加热器、闪蒸室、压缩机经管道依次串接组成，闪蒸室有两条母液管输出管，其中一条母液输出管与预热器的母液管道合并后，经过输送泵连接加热器，另一条母液输出管连接强制循环蒸发系统。
[0029]新蒸气发生装置通过蒸气管与加热器内的加热管束连接，为加热器供热；闪蒸室、压缩机、加热器内的加热管束、冷凝罐通过蒸气管串接。冷凝罐、预热器的加热管束、冷凝水槽通过水管连接。
[0030]气田采出水热泵组合除盐的方法，其步骤为:
[0031 ] (I)、将固物含量约3 % -8 %，温度20~35°C的原液进入到热泵，经热泵蒸发浓缩，使其盐浓度为20%，然后送至强制循环蒸发系统；
[0032](2)、强制循环蒸发系统将原液含浓缩至含盐55%时，原液便从强制循环蒸发系统出来进入离心机；
[0033](3)、离心机脱水，得到固体结晶盐；
[0034](4)、上述步骤I热泵处理步骤进一步包括:
[0035]将固物含量约3% _8%，温度20~35°C的原液进入预热器，被冷凝罐出来的107 °C的冷凝水加热升温；
[0036]经过加热后的原液与闪蒸室出来的母液混合；并送至加热器加热升温后送进入闪
蒸室闪蒸；
[0037]闪蒸室底部90%的母液送至加热器继续加热升温；闪蒸室底部10%的浓盐水被送至强制循环蒸发系统；
[0038](5)、上述热泵处理步骤中的蒸汽流程为:
[0039]机器启动时，158°C的新蒸汽进入加热器加热母液，闪蒸室产生的95°C二次蒸汽经蒸汽压缩机加压升温至110°C以上，进入加热器加热升温母液；
[0040]蒸汽与母液换热后成为107°C冷凝水，进入冷凝罐；
[0041]冷凝水从冷凝罐出来进入预热器加热升温原液。
[0042]有益效果
[0043]一、为节能采用热泵预浓缩技术。
[0044]二、为防结垢采用外加热强制循环蒸发进行后段继续浓缩蒸发。
[0045]三、由于采用可撬装式安装的热泵预浓缩后，原液体积减小了 2-4倍，后端的强制循环蒸发装置系统可小型化很多，便于运输和安装，整个系统就占地面积小，易于偏僻地点模块化设备式就地快速组装。
[0046]四、料液盐浓度约为3-8%，原液经热泵初步浓缩，浓缩达到20%后才进入多效蒸发器，目的是利用液体浓度较低时不容易结垢，粘性不是很高的情况下，液体表面张力不强时利用热泵技术节约能源并达到蒸发浓缩的目标。
【专利附图】
【附图说明】[0047]图1是热泵组合强制循环蒸发装置结构图。
[0048]图2是除盐工艺流程图。
【具体实施方式】
[0049]如图1，在循环蒸发装置中，原液经过如下方式进行处理:
[0050](I)原液(固含量约3% _8%，温度20~35°C )进入预热器，被冷凝罐出来的冷凝水(107°C )加热升温；
[0051](2)经过加热后的原液与闪蒸室出来的母液混合；
[0052](3)混合后的液体被循环泵送至加热器加热升温；
[0053](4)升温后的母液由上循环管输送进入闪蒸室闪蒸；
[0054](5)大部分母液从闪蒸室底部沿下循环管被循环泵送至加热器继续加热升温；
[0055](6)当母液的盐含量浓度达到设定值(含盐20% )时，蒸发系统进入稳定工作状态，此时，闪蒸室底部占总量10%的浓盐水被送至强制循环蒸发系统。
[0056]蒸汽流程:
[0057]原液经热泵初步浓缩后才进入强制循环蒸发系统，料液盐浓度约为3-8 %，浓缩达到20%后才进入多效蒸发器，目`的是利用液体浓度较低时不容易结垢，粘性不是很高的情况下，液体表面张力不强时利用热泵技术节约能源并达到蒸发浓缩的目标。
[0058]A.机器启动时，新蒸汽(158°C )进入加热器作为加热介质使母液升温(新蒸汽仅机器启动时使用，之后加热器的热源为闪蒸室产生的二次蒸汽)；
[0059]B.闪蒸室产生的二次蒸汽(95°C )经蒸汽压缩机加压升温(大于110°C )后进入加热器加热升温母液；
[0060]C.蒸汽与母液换热后成为冷凝水(107°C )进入冷凝罐；
[0061]D.冷凝水(107°C )从冷凝罐出来进入预热器加热升温原液(固含量约3%，温度20 ~35? )；
[0062]E.与原液换热后的冷凝水进入冷凝水槽。
[0063]在图2中，母液流经循环结晶装置，其处理工艺流程如下:
[0064]母液流程:
[0065](I)从MVR蒸发系统闪蒸室出来的含盐20%的母液与I效闪蒸室出来的母液混
八
口 ο
[0066](2)混合后的母液被循环泵送至I效加热器加热升温。
[0067](3)加热升温后的母液由上循环管输送进入I效蒸发罐进行闪蒸。
[0068](4)大部分未被蒸发的母液从I效蒸发罐底部沿下循环管被循环泵送至I效加热器继续加热升温。
[0069](5)当母液浓度达到一定值时，母液便从I效蒸发罐出来与II效蒸发罐出来的母液混合。
[0070](6)混合后的母液被循环泵送至II效加热器加热升温。
[0071](7)加热升温后的母液由上循环管输送进入II效蒸发罐进行闪蒸。
[0072](8)大部分未被蒸发的母液从II效蒸发罐底部沿下循环管被循环泵送至II效加热器继续加热升温。[0073](9)当母液浓度达到一定值时，母液便从II效蒸发罐出来与III效蒸发罐出来的母液混合。
[0074](10)混合后的母液被循环泵送至III效加热器加热升温。
[0075](11)加热升温后的母液由上循环管输送进入III效蒸发罐进行闪蒸。
[0076](12)大部分未被蒸发的母液从III效蒸发罐底部沿下循环管被循环泵送至III效加热器继续加热升温。
[0077](13)当母液浓度达到一定值(含盐55%以上)时，母液便从III效蒸发罐出来进入离心机。
[0078](14)离心机甩出的母液进入母液槽。
[0079](15)母液槽中的母液经母液泵输送到强制循环分离室循环系统进一步排盐。
[0080](16)离心机排除固体结晶盐。
[0081]蒸汽流程:
[0082]a.外部提供的158°C饱和蒸汽进入到强制循环结晶蒸发器组的I效加热器为其内部管束加热母液。
[0083]b.蒸汽与 母液在I效加热器里换热后成为冷凝水进入冷凝水槽。
[0084]c.1效蒸发罐里的少量母液被蒸发形成的二次蒸汽进入II效加热器为其内部管束加热母液。
[0085]d.蒸汽与母液在II效加热器里换热后成为冷凝水进入冷凝水槽。
[0086]e.1I效蒸发罐里的少量母液被蒸发形成的二次蒸汽进入III效加热器为其内部管束加热母液。
[0087]f.蒸汽与母液在III效加热器里换热后成为冷凝水进入冷凝水槽。
[0088]g.1II效蒸发罐里的少量母液被蒸发形成的二次蒸汽进入冷凝器冷凝。
[0089]h.冷凝后的冷凝水进入冷凝水槽。
【权利要求】
1.气田采出水热泵组合除盐装置，包括热泵组合强制循环蒸发装置与结晶装置，热泵组合强制循环蒸发装置通过母液管与结晶装置连接，由热泵组合强制循环蒸发装置将蒸发后的母液输入结晶装置； 热泵组合强制循环蒸发装置与结晶装置之间还设置有母液循环管，将离心机分离出的母液返回热泵组合强制循环蒸发装置继续处理； 热泵组合强制循环蒸发装置由热泵、强制循环蒸发系统组成，通过母液管将热泵和强制循环蒸发系统连接，热泵将原液经过蒸发浓缩后输入强制循环蒸发系统继续蒸发。
2.如权利要求1所述的气田采出水热泵组合除盐装置，其特征在于，所述的热泵由原液池、预热器、加热器、闪蒸室、压缩机经管道依次串接组成，闪蒸室有两条母液管输出管，其中一条母液输出管与预热器的母液管道合并后，经过输送泵连接加热器，另一条母液输出管连接强制循环蒸发系统； 新蒸气发生装置通过蒸气管与加热器内的加热管束连接，为加热器供热；闪蒸室、压缩机、加热器内的加热管束、冷凝罐通过蒸气管串接；冷凝罐、预热器的加热管束、冷凝水槽通过水管连接。
3.气田采出水热泵组合除盐的方法，其步骤为: (1)、将固物含量约3%-8%，温度20~35°C的原液进入到热泵，经热泵蒸发浓缩，使其盐浓度为20%，然后送至强制循环蒸发系统； (2)、强制循环蒸发系统将原 液含浓缩至含盐55%时，原液便从强制循环蒸发系统出来进入离心机； (3)、离心机脱水，得到固体结晶盐； (4)、上述步骤I热泵处理步骤进一步包括: 将固物含量约3% -8%，温度20~35°C的原液进入预热器，被冷凝罐出来的107°C的冷凝水加热升温； 经过加热后的原液与闪蒸室出来的母液混合；并送至加热器加热升温后送进入闪蒸室闪蒸； 闪蒸室底部90%的母液送至加热器继续加热升温；闪蒸室底部10%的浓盐水被送至强制循环蒸发系统； (5)、上述热泵处理步骤中的蒸汽流程为: 机器启动时，158°C的新蒸汽进入加热器加热母液，闪蒸室产生的95°C二次蒸汽经蒸汽压缩机加压升温至110°C以上，进入加热器加热升温母液； 蒸汽与母液换热后成为107°C冷凝水，进入冷凝罐； 冷凝水从冷凝罐出来进入预热器加热升温原液。
【文档编号】C02F1/04GK103693702SQ201310755452
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月26日 优先权日:2013年9月21日
【发明者】万代聪, 陈晖 , 卿尚伟, 邓衷友, 付烈, 许春山, 周辉, 廖智英俊 申请人:四川运辉环保工程有限公司