分离混合物的方法和分离包含水、油和气的混合物的装置的制作方法

专利名称：分离混合物的方法和分离包含水、油和气的混合物的装置的制作方法
分离混合物的方法和分离包含水、 油和气的混合物的装置
本发明涉及一种分离混合物的方法，本方法包括如下步骤将流 体混入所述混合物，将包含流体的混合物借助进口管导入分离器，使
包含所述流体的混合物在所述分离器中分离成水相和油/流体相，借助 水出口将所述水相从所述分离器移出和借助至少一个油/流体相出口
移出油/流体相，和将所述油/流体相进行分离步骤处理，使所述油/ 流体相分离成油相和气相，通过冷凝步骤从所述气相中回收流体并将 其循环用于注入所述混合物。
这类方法公开于GB 1364942，旨在使用轻质经来将炼厂淤渣脱油 和脱水。这些淤渣产生于炼油厂且包含数年生成的罐底沉积物、废化 学品、乳状液、催化剂锈蚀物以及水和油。将炼厂淤渣与轻质烃接触 而获得与固相或水-固相分离的油相，分离器作用于固相或液相，加入 所述混合物中的流体维持液态直到分离步骤结束，其中所述流体被加 热到135-199。C并在分馏塔内使其与油分离。此方法需要可观量的能 量且不适用于高含水量的混合物。
EP0963228 Bl公开了从水中萃取出分散和溶解的烃污染物的方 法。在水进入旋液分离器进行处理之前将流体注入被烃污染的水中。 流体是来源于天然气的冷凝物且在这个过程中维持液态，.以使烃和流 体形成单一液相。因此，所述方法必须在至少30bar或更高的高压下 操作。较上述方法，EPQ963228 Bl所公开的方法能够处理大量的被污 染水且能够使放出的水净化到杂质含量不超过"ppm。 W098/37941描 述了一种从水中萃取出分散和溶解的烃污染物的类似方法。
本发明的目标是提供一种在净化过程中不费太多能量就能减少向 环境排油的方法和装置。
就此而言，按本发明方法的特征在于混合物已从油井料流中分离出来且包含水、油和气，亦即装置分离器是液-液/气分离器，其中的
压力在0. 5-25bar范围，而包含所述流体的混合物被分离成所述的水 相和油/气相。
油和气生产过程中，来自油井的料流包含水、油和气，且来自油 井的料流一般要经初步分离过程处理，将其分离成油/气相和包含水、 油及气的混合物。后一混合物具有高的含水量且可包含高达如 1500ppm的油，在未经进一步分离或净化之前是不能排放到环境中的。 将冷凝流体注入混合物以便能通过油与流体的液-液共混来捕获油的 方法已证实能很好地适用于高含水量的混合物。并且在净化水返回到 水池或海里之前将流体回收用于再循环的做法对净化环境是有利的， 因为这样就不会有大量流体排放到环境中同时也不用耗费资源加入新 鲜流体。本发明能使油和气生产过程中产出的水净化到油类杂质接近 零或者至少低于10或5ppm的水平。
通过采用压力在0. 5-25bar范围的液-液/气分离器可获得若干好
分离器中的所i液相释放出l。所述;-液;气分S器中以气体方式释
放的流体部分无须加热来使其与油分离开来，这样与先有工艺所公开 的方法现比，就节省了液-液/气分离步骤的能量。0.5-25bar范围的 压力能使天然气从混合物中释放出来，并且当加入混合物的流体优选 自与油亲和的d-C8烃且当液-液/气分离器中的压力低于25bar时所述 流体可从所述混合物沸腾出来，还要更为有利。自液-液/气分离器的 水出口取出的水中所含杂质很容易低于10ppm或5ppm，并且可以达到 水中油的高限低于lppm的水平，按本发明的方法甚至能使水中油的高 限低至0. Olppm。此外，按本发明的方法是一个也可处理大量水(混 合物)的非常经济的工艺方法。
液-液/气分离器可以是常规的重力分离器、旋风分离器或紧密型 气浮单元。当用于按本发明的方法时，这些分离器的效率大大提高。 优选用于本发明的液-液/气分离器时EP1335784 Bl所公开的组合式脱 气和气浮罐。优选的流体是d-Cs烃，即d、 C2、 C3、 C4、 C5、 C6、 C 或C8烃。将
流体混入或注入包含水、油和气的所述混合物中，在液-液/气分离器 进口管道的上游且优选进口管道内混入或注入。选自与油和气亲和的
CrCs气的流体被注入和/或混入包含水、油和气的混合物中并从水相
吸收烃。在液-液/气分离器中流体以气体形式释放，主要是微小气泡 的形式，因其与油和气的亲和作用，则通过气浮而促使和加强油/气与 水的分离，极少部分的流体以液体形式留在油/汽相中。
尽管流体可以是d-Cs任一，即曱烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、
己烷、庚烷和辛烷，包括异丁烷和异戊烷等，或它们的混合物，但优
选流体是Cs气体即戊烷或异戊烷或者己烷。后面的这些优选流体可使
用海水作为冷却剂来冷凝。当水净化过程是在可随意获得海水的地区 操作时，在节省能源方面这是一个独特的优点。
为促使和加强水相与油/气相的分离，流体的加入量为0.02-1.8 St.m3气相/m3混合物，且更优选为0. 05-1.4St.m3气相/m3混合物。混 和之前将气相冷凝、冷却和/或压缩成液态。以液体计，优选流体的加 入量为液态混合物的0.5-2wt%。就本发明而言，采用量纲St.n^作为 相对于混合物体积的气态介质的体积单位，St. m3是气态介质的标准立 方米数。St.m3是在滨外区域内标准化的(15. 6'C和101. 325 kpa下干 燥气体的体积)。液-液/气分离器中的压力是在0.5-25bar范围且优 选在1. 0-15bar。
将所述流体回收或再循环。可通过将油/气相蒸馏的方法来达到回 收所述流体的目的， 一般将会使得液相包含较重烃(约C6或更重)， 而气相包含较轻烃(Cs或更轻)。随后将气相经冷凝过程处理以使C5 成分冷凝下来。当本方法在海上或近海海岸应用时，适合用戊烷作为 流体，因为可使用海水作为冷凝过程的冷却剂。海水的温度一般例如 约为2-18。C,更确切说是5-15°C，这相应于戊烷在低于15bar、更优 选低于10bar的低压下的冷凝温度。因此，可以通过对应于用作冷却 剂的海水温度来调节压力而控制冷凝容器中Cs的冷凝过程。由此可建 立一个省钱有效的流体冷凝过程且C5流体的纯度可达到高于99 % 。技术人员很容易认识到C广。和C6-C8用作流体时也可这样对应于温度来
调节压力。但总能耗至少将会略高于c5。
按照本发明，可以建立一个非常有效的流体环路，其中流体4皮注 入包含水、油和气的混合物中来促使水相与油/气相分离开来，随后将 流体从油/气相中回收并再循环。
按照本发明方法的实施例，混合物中所含气体是天然气。天然气 是油井中的常规成分。
在按本发明方法的一个更为优选的实施方案中，最好是将外加气 体在进口管内混入或注入包含水、油和气的混合物中来获得更好的分 离效果，优选外加气体是天然气或氮气。外加气体至少部分可以是从
包含水、油和气的混合物中回收的并再循环用于注入混合物。
另一方面，本发明涉及将包含水、油和气的混合物分离的装置， 所述装置包括至少一个配有包含水、油和气混合物的进口管、水出口 和油/气出口的液-液/气分离器，所述进口管包括将流体注入和/或混
入包含水、油和气混合物的设备；油/气分离器，接收来自所述油/气 出口的油/气组馏分；用来回收流体的冷凝容器，该冷凝容器接收来自 油/气分离器的气态馏分且提供海水作为冷却剂；以及用于将冷凝流体 再循环到液-液/气分离器进口管的泵。
本装置提供上文述及按本发明方法时所提到的好处，并且有很高 的分离效率，即装置中所纯化的水离开液-液/气分离器时，即使有油 杂质，含量也是很低的。进口管中的液态形式的流体将吸收水中的油， 并且分离器中的气态流体微泡将加强油和气与水的分离，由此得到纯 度很高的水。并且回收流体的做法为装置提供了省钱有效的操作方式。 本装置优选放在海上或近海，并且冷凝容器适合用海水作为冷却剂。 按此方式，可获得非常省钱有效的冷凝。使冷凝流体返回并注入到要 在装置内进行分离的混合物中。因此，按本发明的方法包括用于流体 再循环的设备。
在一个按本发明装置的优选实施方案中，注入和/或混入设备是一 个环状或环形混和器，环的内表面一些有喷嘴口。这样混和器就能在进口管内使流体很好地混入混合物中。注射器或混和器在混和器内侧 上可包括一或多个喷嘴用于将流体注入混合物中。
为获得高效率，优选流体是d-Cs烃，优选是与混合物中的油馏分 有很好亲和性和混溶性的Cs烃。
优选装置包括一个附加分离器作为回收设备用于将分离器排出的 油/气相(任选包含微量水)分离成油相(任选包含微量水)和气相。 附加分离器优选是一个蒸馏设备，该蒸馏设备适合用于将混合物分离 成具有不同比重或分子量的多个馏分。轻馏分将以气态形式离开蒸馏 设备，而较重馏分则以液态形式离开蒸馏设备。这样，混合物中的流 体和气体以气态形式离开蒸馏设备，而油和任选残留水将以液态形式 离开蒸馏i殳备。
在一个优选实施方案中，装置进一步包括冷凝容器形式的流体回 收设备。因而，离开蒸馏设备的气体被送入冷凝容器，冷凝容器的温 度和压力条件是按流体冷凝下来和剩余的由混合物本身所提供的不同 气体作为气体离开冷凝器的方式设定的。在戊烷的情形下，从冷凝容
器中可以获得纯度高于99%的戊烷作为冷凝产物。为进一步加强在本 发明装置中的分离效果，优选进口管包括将外加气体注入包含水、油 和气的混合物的设备。这将加强液-液/气分离器的分离能力。外加气 体优选自天然气、氮气或二氧化碳。
本发明还涉及在产油装置中使用Cs烃来分离包含水、油和气的混 合物的方法。特别地，本发明涉及其中的Cs烃被回收和再循环到包含 水、油和气的混合物的应用方法。
现在将参照下列简单示意图来详细解释本发明的具体方案和实施
例


图1示出按本发明方法的原理图。
图2a和2b例示说明能适用于本发明的气体注入器的具体方案。 图3例示说明液-液/气分离器的具体方案。
在本发明上下文中，术语包含水、油和气的混合物通常是指来自 油井的液/气混合物， 一般是已在一或多个步骤中先实施了水分离过程，从这样的水分离过程出来的水馏分需要进一步净化或分离后才能 完全达到清洁而处置。混合物可以包含油、气、甚至砂土类的杂质。
液-液/气分离器3是一个能够分离两种基本不混溶且具有不同比 重液体(即重质液体是水且轻质液体是油)的分离器，其中气体以微 小气泡形式分散在液体中。气体主要是随轻质液体(油)离开分离器。 这种关以油/气相或油/流体相表达。
离开液-液/气分离器的水相可包含痕量油和气，就像离开液-液/ 气分离器的油/气相可包含水一样(正常条件下油/气相形式的排出物
可包含20-80w"/。的水)。油/气相形式的排出物一般占液-液/气分离
器3的进料口送入的混合物的0. l-5wt。/。、优选少于送入混合物的2wt%。 液-液/气分离器3可按W0 02/041965所公开的设计方案，因而将 其引入本发明作为参考，或者可按图3所例示的设计方案或可以是其 它适用的方案。
注入的流体优选是C「Cs烃或其混合物，最优选是Cs烃。根据温度 和压力，流体可以液态或气态形式存在和使用。显然用C广"烃作为分 离助剂是有利的，因为它们与油有很好的亲和性且很容易从液态变为 气态也容易从气态变成液态(在压力和温度变化较小的条件下，这样 能耗就较少)。
在图1中，示出了按本发明装置1的示意流程图，其中将包含水、 油和气的混合物形式的产物进料流借助管线2送入液-液/气分离器3。
在分离器3中，进料流被分离成水馏分和油/气馏分(任选包含微量 水)，从分离器3取出。水馏分从分离器3底部借助管线4自分离器 取出。
油/气馏分在分离器3的顶部处借助管线5取出。管线5中的油/ 气馏分在流经第一热交换器6的过程中被冷却，然后进入蒸馏设备7。 在蒸馏设备7中，油/气馏分被分离成轻馏分和重馏分。重馏分(包括 油和任选水)借助管线8离开蒸馏设备7,轻馏分(包括C5)借助管 线9离开蒸馏设备。轻馏分基本为气态，通过第二热交换器IO进行冷 却，然后进入冷凝容器ll。在冷凝容器11中，馏分的较重部分冷凝成液体，而较轻馏分仍为
气态并借助管线12离开冷凝器11。冷凝的部分在冷凝器11的底部处 借助管线13取出。
冷凝液体在泵14中加压并借助管线15返回，用来以基本为液体 的流体形式注入进料流2。当混合物进入分离器3时，由于压力释放 流体基本变为气态(分离器3中的压力和温度调节为能确保达到此目 的)。管线15中的冷凝流体部分借助管线16再循环回蒸馏设备。从 冷凝器11出来的产物或流体通过注入器17注入到进料流中。
更多外加气体如天然气或氮气可通过管线19送入，借助注入器 18注入到进料流中。
为简洁明了，对技术人员来说显而易见存在的阀、压力传感器和 其它设备未包括在内。
图2a和2b示出了适用于本发明的喷嘴设备20。喷嘴设备20基 本是由环状法兰21构成。法兰21的内圏表面22配有若干孔洞23(在 本实施方案中有6个孔23)。孔23与法兰21内的通道24相联(在 图2b中通道24以虚线示出)。通道24还与气体介质供料管线25相 联，管线25固定到法兰21的外圈表面26。喷嘴设备20能够使混合 物与气体介质在进口管2 (图1)中很好地混和。
图3例示说明按本发明装置和方法中液-液/气分离器3的另一实 施方案。基本为筒型的罐有一个切向布置的用于送入包含水、油和气 的混合物的进料口 82。进料口 82延伸到罐壁的进口。分离器3进一 步包括位于罐顶处并与管线5相联的油/气馏分出口 84和位于罐底处 的水出口 83。出口 84—般是用于具有低于经出口 83取出的流体密度 的流体。
就在进料口 82水平面的下方连有一个上伸的截头圆锥形壁8、 将罐分成上部86和下部87。上伸的截头圆锥形壁85在上端有一个第 一开口 88，使分离器3的上部86与下部87之间联通。夹在罐的垂直 壁与截头圆锥形壁85上侧间的弯箭头89所表示的角度在15-70°范 围、优选在20-50。之间。这代表了截头圆锥形壁85的倾斜度。除笫一开口 88夕卜，截头圆锥形壁85在进料口 82的水平面位置还 配有第二开口 90。如图所示，第二开口 90在截头圆锥形壁85的位置 应在能使自进料口 82进入分离器灌的液体在罐上部86中环绕截头圆 锥形壁85的上部旋转300° ，然后再穿过开口 90进入罐下部87。
结合到罐筒壁的切向进料口 82使罐上部形成了漩涡流和罐下部 形成旋涡流。但是，旋涡流会在罐中心形成涡眼，而涡眼没有液体混 合物。涡眼的形成是不希望的，因为会减少处理能力。显然可以通过 放置一个细长元件来避免涡眼的形成，例如在罐中心放置一个竖直长 棒91。棒91在罐中从罐底部区域上伸至大约罐高的2/3处，其中棒 被连接到一个锥形元件92上，从上面看锥形元件92罩住了第二出口 83,这是一个使第二出口周围的料流平稳的设备。锥形元件92例如可 以通过用两或多个扁钢片连接罐壁。另外，棒91可通过若千扁钢片或 其它支承或支撑元件如环状金属连接到罐壁或者连接截头圆锥形壁 85。第二出口 83可配有阀93。通过调节此阀93，可以对因罐中混合 物释放出的气体而升高的压力进行调节。从混合物释放出的气体收集 到罐上部86中。当所收集的气体已将液体混合物移置到低于出口 84 的开口 94的平面时，因气压缘故气和油就借助出口 84排出罐。
按本发明的装置和方法可在所附权利要求的范围内进行改动。各 种实施方案的细节可在本发明权利要求范围内与新实施方案组合。例 如可提供一个带有两或多个水出口和/或两或多个油/气出口和/或两 或多个混合物或者若有混合物进行再循环时的再循环混合物的进料口 的独立罐。各个出口都可装配有阀。
实施例1
在一个对应于图1所绘装置的装置中进行本发明的测试。 受污染的水的进料流(图1中的2)总计达10m7h，油浓度为30ppm。 在导入液-液/气分离器(图1中的3,相应于EP 1335784 Bl中所公 开的组合式脱气和气浮罐)的进口管中，进料流被注入300kg/h的流 体如戊烷。
在液-液/气分离器中，进料流被分离成基本纯净的水流(水中油少于lppm),将其从分离器底部取出。从分离器顶部取出的料流包含 油和主要为气体的流体以及一些水(油/气约320kg/h，水约195kg/h)。
将后一料流冷却并送至蒸馏设备(汽提塔，图1中的7)。包含 水及微量气和油的液体馏分从蒸馏设备的底部取出。包含流体如戊烷 和微量水及较重质烃的气态料流从蒸馏设备的顶部取出。
将气态料流进一步冷却并送入冷凝容器(图1中的11)中，其中 的流体如戊烷冷凝下来并取出用于再循环。
从表1可以看出，可达到高效水的净化与流体如戊烷近乎完全循 环(损失少于0. 5%/h)相结合的效果。
表l 按本发明净化的水
损失戊烷1. 3kg/h
产出水10. 0mVh
提取流体300. 0kg/h
气浮气体3. 0Sm3/h
进水中的油30. 0ppm
出水中的油少于1. 0ppra
实施例2
在按图l所示的装置中，已从油井料流中分离出混有油和气的水 料流，将富水混合物以200 m7h的流量且在约65。C的温度及约2. 5bar 的压力下送入管线2。从混合物取样并定时检测油含量，油含量约 25ppm。
借助管线15向装在管线2上的注入器l7提供流量为3000kg/h 且温度约75。C和压力约5bar的戊烷，戊烷被注入而与混合物进行混 合。
混合物连续流经管线2并通过进口管进入液-液/气分离器3中， 其中压力略下降到2.0bar，使戊烷以气态从混合物中释放出来。液-
液/气分离器将混合物分离成净化水料流，经分离器3底部的管线4 以194 m7h的流量取出。定时从净化水取样，测得平均油含量少于 0. 03ppm。
12排出料流以9000 kg/h的流量和约2bar的压力通过分离器3顶部 的出口流经管线5。此料流的组成是3000kg/h主要为气态条件的戊 烷和约5kg/h的油、来自提供给管线2的混合物的约1400kg/h的天然 气、其余为水。管线5的料流流经热交换器6,被温度约14。C的海水 冷却。该料流被冷却且戊烷在热交换器中冷凝下来，在热交换器下游 侧，料流继续以约0. 5bar的压力和约20-25°C的温度通过管线5。
管线5将料流送至蒸馏设备7的进料口，其中戊烷和轻于戊烷的 烃通过蒸发作用从液体中汽提出来并以气态料流的形式通过出口离开 设备7进入管线9。包含水和油以及可能的重于戊烷的烃的液体馏分 以约4600kg/h的流量从蒸馏设备底部取出。
气态料流以约5900kg/h的流量流经管线9进入第二热交换器10， 被温度约14。C的海水冷却。气态料流被冷却到恰好低于戊烷的冷凝温 度，将得到的液/气料流提供给容器11。在容器11中，轻于戊烷的烃 通过出口离开容器进入管线12,液体戊烷经管线13从容器11的底部 以约4500 kg/h的流量取出。
管线13将戊烷料流送至泵l4，泵14以约5bar的压力输送料流。 借助管线15所述泵将料流以约3000 kg/h的流量提供给注入器17， 管线16提供约1500 kg/h流量的戊烷回流到蒸馏设备7。管线16带 有减压和流量控制设备。
显然，上述实施例是非限定性的，流量、压力和温度根据实际条 件现场适当改动。送至管线2的混合物组成、温度和压力将随时间和 不同应用场合而变动。对于给定的井头和给定的工艺设备装置来说， 工艺条件将随从储层取出的井头料流的不同而变动，另外料流和冷却 介质如海水的温度和压力也将随季节而变动。并且，不同的生产设施 也会使如输送到管线2的混合物组成、量和温度有所变动。在本发明 上述描述的基础上选择相应于实际应用的工艺参数属于普通技术人员 的技能范围。举个例子，若供给管线2的混合物中温度大大低于实施 例2且压力略高的情况下，那么选择例如丁烷作为注入混合物的流体 就比较适当，若温度较高，则例如可选择戊烷或己烷。所用压力可根据相关温度而改动，以使离开分离器3的流体主要为气态，例如蒸储
更多解释了。如上所述，为加强分离器中分离过程的效率，可在分离 器3混合物上游加入外加试剂。
权利要求
1.分离混合物的方法，所述方法包括如下步骤将流体混入所述混合物，使包括所述流体的所述混合物借助进口管导入分离器；使包含所述流体的所述混合物在所述分离器中分离成水相和油/流体相，借助水出口将所述水相从所述分离器移出和借助至少一个油/流体相出口移出所述油/流体相；和将所述油/流体相进行分离步骤处理，使所述油/流体相分离成油相和气相，通过冷凝步骤从所述气相中回收所述流体并将其循环用于注入到所述混合物，其中所述混合物已从油井料流中分离出来且包含水、油和气，所述分离器是液-液/气分离器，其中的压力在0.5-25bar范围，而包含所述流体的所述所述混合物被分离成所述的水相和油/气相。
2. 按权利要求l的方法，其中所述分离步骤是蒸馏。
3. 按权利要求1或2的方法，其中所述流体选自C广"烃类。
4. 按权利要求1-3的任一项方法，其中所述流体是Cs烃。
5. 按权利要求1-4的任一项方法，其中所述流体在所述液-液/气 分离器的所述进口管中被混入包含水、油和气的所述混合物中。
6. 按权利要求1-5的任一项方法，其中所述流体的加入量为 0. 02—1. 8 St.m3 /瓜3混合物。
7. 按权利要求1-5的任一项方法，其中第二气体的加入量为 0. 05-1. 4 St.m3 /1113混合物。
8. 按权利要求1-5的任一项方法，其中所述流体的加入量为混合 物(进料流)的0. 5-2wt%。
9. 按权利要求1-8的任一项方法，其中所述所述液-液/气分离器 中的压力是在1. 0-25bar范围。
10. 按权利要求l-9的任一项方法，其中包含在所述混合物中的 所述气体为天然气。
11. 按权利要求1-10的任一项方法，其中外加气体在所述进口管内混入包含水、油和气的所述混合物中。
12. 按权利要求ll的方法，其中所述外加气体是天然气或氮气。
13. 按权利要求11或12的方法，其中所述外加气体至少部分是 从包含水、油和气的所述混合物中回收的气体。
14. 分离包含水、油和气的混合物的装置，所述装置包括 至少一个配有包含水、油和气的所述混合物进口管、水出口和油/气出口的液-液/气分离器，所述进口管包括将流体注入和/或混入包含水、油和气的所述混合物的设备；油/气分离器，接收来自所述油/气出口的油/气馏分； 用来回收所述流体的冷凝容器，该冷凝容器接收来自所述油/气分离器的气态馏分且使用海水作为冷却剂；和用于将冷凝流体再循环到所述液-液/气分离器的所述进口管的泵。
15. 按权利要求14的装置，其中所述注入和/或混入设备是环形 混合器。
16. 按权利要求14或15的装置，其中所述油/气分离器是一个蒸 馏设备。
17. 按权利要求14-16的任一项装置，其中所述进口管包括将外 加气体注入包含水、油和气的所述混合物的设备。
全文摘要
将流体混入已从油井料流中分离出来且包含水、油和气的混合物，将包含所述流体的所述混合物导入分离器(3)，使其分离成水相和油/流体相。借助水出口将所述净化的水相从所述分离器(3)移出。所述油/流体相进行分离步骤处理将所述油/流体相分离成油相和气相，通过冷凝步骤从所述气相中回收流体并将其循环用于注入所述混合物。分离器是其中压力在0.5-25bar范围的液-液/气分离器(3)，而包含所述流体的所述混合物被分离成所述的水相和油/气相。
文档编号B01D11/04GK101309867SQ200680042506
公开日2008年11月19日 申请日期2006年11月3日 优先权日2005年11月3日
发明者J·福克万戈 申请人:M-I爱普康股份公司