产出水处理和自热处理泄料的固体析出的制作方法

文档序号:8303173阅读:540来源:国知局
产出水处理和自热处理泄料的固体析出的制作方法
【技术领域】
[0001]本说明书涉及一种处理产出水的方法和设备以及一种通过基于热或蒸馏的方法处理水的方法和设备。
【背景技术】
[0002]Heins的名称为“用于重油生产的使用硫酸钙晶种浆料蒸发的水处理方法”(WaterTreatment Method for Heavy Oil Product1n Using Calcium Sulfate Seed SlurryEvaporat1n)的加拿大专利2 509 309描述一种处理来自重油生产的产出水的基于蒸发器的方法。首先将产出水在脱油步骤中处理以使油和油脂减少至约百万分之20或更少。将脱油水引入到蒸发器中以产生馏出物和含有浓缩残余固体的蒸发器泄料。任选地在进一步精处理(polishing)之后将馏出物用于在直流蒸汽发生器或其他锅炉中产生蒸汽。可将蒸发器泄料在结晶器中进一步处理。

【发明内容】

[0003]以下概述旨在向读者介绍以下详细描述并且不限制或限定所主张的发明。
[0004]结晶器一般旨在产生干燥或易于干燥的晶体,所述晶体由从进料到结晶器的水析出的固体构成。但是,当结晶器用于处理产出水,尤其是处理来自重油生产的产出水时,结晶器可替代地产生浆料。浆料含有盐,例如二氧化硅盐,所述盐可以是在高于盐在水中一般溶解度极限的浓度,然而固体并未结晶并且不能容易地从浆料中分离。不旨在受理论的限制,本发明人相信,保留在浆料中的来自产出水的浓缩有机化合物会干扰晶体生长和析出,即使对于浆料中的过饱和盐或分散盐来说也是如此。在本说明书中所述的方法和设备中,有机化合物的额外的溶剂与浆料混合。这使得或允许浆料中的固体形成可从浆料中分离的沉淀或晶体。
[0005]在本说明书中所述的处理水(例如来自重油提取的产出水)的方法中,将蒸气从水中移除以产生浓缩物。浓缩物可以是例如来自一个或多个热处理装置,如蒸发器或结晶器或这两者的泄料。浓缩物含有一种或多种盐(例如二氧化硅盐)和一种或多种有机化合物。浓缩物与用于一种或多种有机化合物的溶剂(例如甲醇或乙醇)混合。从浓缩物和溶剂的混合物中移除包括一种或多种盐的沉淀的固体。可从浓缩物和溶剂的混合物中回收至少一些溶剂。
[0006]本说明书中所述的用于处理产出水的设备包括一个或多个热处理装置、溶剂混合容器、溶剂进料系统和固液分离装置。一个或多个热处理装置的泄料管线与溶剂混合容器连接。溶剂混合容器还与溶剂进料系统连通。固液分离装置与溶剂混合容器结合或在溶剂混合容器的下游。
[0007]该方法和设备适用于例如提供处理产出水或含有溶解的盐和有机化合物的其他水的替代手段。该方法和设备可并入到用于提取重油的方法和设备中。
【附图说明】
[0008]图1是与重油提取系统组合的产出水处理系统的示意性工艺流程图。
【具体实施方式】
[0009]图1示出与重油(例如沥青)回收系统12组合的水处理系统10。重油回收系统12具有锅炉14、注入井16、生产井18和油-水分离器20。锅炉14可以是例如直流蒸汽发生器(OTSG)或快装锅炉(packaged boiler) ο锅炉14产生蒸汽22,蒸汽22流动到注入井16。注入井16将蒸汽22运送到地质地层24中,地质地层24含有重油,例如加拿大亚伯达省(Alberta,Canada)的油砂区中的沥青。蒸汽22使地层24中的沥青流体化并随后冷凝。油水混合物26产生并且从生产井18中抽出。将油和水混合物26送到油-水分离器20。将产品油28从油-水分离器20中移除用于进一步精炼。在将产品油28从油和水混合物26中移除之后剩余的产出水30流动到水处理系统10用于进一步处理。重油回收系统12可以是例如蒸汽辅助重力泄油(SAGD)或循环蒸汽吞吐(CSS)系统。
[0010]水处理系统10具有脱油单元50、蒸发器52、结晶器54和泄料处理系统56。脱油单元50接收产出水30并且将额外的油例如乳化油从产出水30中移除以产生脱油水58。脱油单元50可以是例如溶解气体浮选单元、核桃壳过滤单元、脱油聚合物混合槽、膜单元、吸附剂单元或另一装置。合适的蒸发器52和结晶器54可购自GE 1nics公司。
[0011]任选地在中间处理步骤之后,将脱油水58在蒸发器52中进一步处理。蒸发器52可以是例如机械蒸气冉压缩(MVC或MVR)蒸发器。蒸发器52可加入晶种或不加入晶种,并且可使用降膜或其他内部布置。蒸发器52可具有用于例如改变脱油水的pH或将气体或碱度从脱油水58中移除的相关装备。蒸发器52将水蒸气从脱油水58中移除。移除的水蒸气当冷凝时形成馏出物60,任选地在进一步处理之后,馏出物60返回到锅炉14用于在重油回收系统12中重复使用。
[0012]蒸发器52还具有盐水再循环回路62,蒸发器泄料64从盐水再循环回路62中抽出。蒸发器泄料64具有存在于脱油水58中的高浓度的各种污染物。具体地说,蒸发器泄料64具有高浓度二氧化硅。在不存在优先析出晶体、调节pH、高温或在蒸发器52中保持的其他条件的情况下,蒸发器泄料64中的二氧化硅变得结垢。蒸发器泄料64因此不适合在许多位置上的排放。
[0013]在水处理系统10中,蒸发器泄料64在结晶器54中进一步处理。结晶器54将额外的水蒸气从蒸发器泄料64中移除,水蒸气当冷凝时形成第二馏出物66。任选地在进一步处理之后,第二馏出物66可返回到锅炉14用于在重油回收系统12中重复使用。
[0014]结晶器54还产生结晶器泄料68。结晶器泄料68具有相较于蒸发器泄料64甚至更高浓度的二氧化硅和其他溶解固体。在一些条件下,结晶器54产生易于干燥的析出固体。但是,在其他情况下,尤其当处理来自蒸汽驱或水驱辅助油回收操作的产出水30时,结晶器54替代地产生呈具有高固体浓度的浆料形式的结晶器泄料68。至少一种二氧化硅盐,或其他溶解固体,或这些中的两种或更多种可能在超饱和或分散条件下存在于浆料中,但不从浆料中析出和沉降。例如,结晶器泄料68可具有25重量%或更大、40重量%或更大,或50重量%或更大的总固体(TS)含量。蒸发器52和结晶器54是热处理装置类型,或者称为蒸馏装置。任选地,在一个或多个阶段中,替代的热处理装置,或其他浓缩装置可用于产生类似于结晶器泄料68的浆料。
[0015]将结晶器泄料68送到泄料处理系统56。所示的泄料处理系统56包括反应容器70、溶剂加料系统72和溶剂回收系统74。将结晶器泄料68和来自溶剂加料系统的溶剂添加到反应容器70中并且混合在一起。反应容器70可以是例如混合槽或具有管线内混合的管道。反应容器70优选地封闭或配备有蒸气回收装置以避免将溶剂蒸气排放到大气中。溶剂溶解结晶器泄料68中的一种或多种有机化合物。不旨在受理论的限制,溶剂的添加似乎防止有机化合物干扰盐结晶并且允许可能已经过饱和的无机固体快速析出。析出固体76形成、沉降并且从反应容器70的底部移除,反应容器70充当集成的固液分离单元。析出固体76包括无机盐和有机化合物。可选地,可由单独的固液分离单元,如离心机、过滤器、压滤机、水力旋流器或澄清器来移除析出固体76。在另一替代方案中,可在析出固体76移除之前或之后将溶剂从结晶器泄料68中回收。
[0016]结晶器泄料68可具有高于溶剂沸点的温度。但是,结晶器泄料68是有粘性的并且是粘稠的,并且难以穿过如热交换器的任何快速冷却装置。热交换器88替代地提供在溶剂加料系统72与混合槽70之间以冷却溶剂至足以保持反应容器70中的温度至少低于溶剂沸点的程度。热交换器88中所获得的余热可用于例如溶剂回收系统74中。
[0017]溶剂应能够溶解结品器泄料68中存在的一种或多种水溶性有机化合物。有机化合物通常包括难以充分分析的宽范围的长链烃类或油性物质。但是,对于溶剂来说可足以溶解组成总有机化合物的显著部分的有机化合物中的一种或多种。溶剂还应能够在一些条件下与水形成溶液或其他混合物,但是能够在其他条件下从水中回收。溶剂可以以溶剂与结晶器泄料68按质量计约1:1或更大,或2: I或更大,或3: I或更大的比率使用。
[0018]将剩余的泄料-溶剂混合物78送到溶剂回收系统74。在图1的实例中,溶剂回收系统74是具有加热容器84和冷凝容器86的热蒸馏单元。溶剂回收系统74将泄料-溶剂混合物78分离成回收溶剂80和废弃盐水82。例如,溶剂可通过在加热容器84中加热泄料-溶剂混合物78至高于溶剂沸腾温度并且低于水沸腾温度的温度得以回收。任选地,溶剂可通过将真空施加到泄料-溶剂混合物78得以回收,或通过热和真空的组合得以回收。就甲醇而言,泄料-溶剂混合物78可在环境压力下加热至约64.7摄氏度或更高,或较低温度(若施加真空)。就乙醇而言,泄料-溶剂混合物78可在环境压力下加热至约78.2摄氏度或更高温度,或较低温度(若施加真空)。将溶剂蒸气在冷凝容器86中收集并冷却以产生液体回收溶剂80。将回收溶剂80送到溶剂加料系统72用于在泄料处理系统56中重复使用。
[0019]甲醇是优选的溶剂,因为即使当与所产生的结晶器泄料68—起使用同时处理SAGD产出水时甲醇也是有效的。甲醇还具有接近于结晶器泄料68的温度的沸腾温度(约64.7摄氏度),并且不与水形成共沸物。甲醇还可容易地以工业量获得。甲醇在水中完全混溶,并且因此需要能量将甲醇从水中分离。但是,因为甲醇可用于处理极浓缩的泄料,例如具有40重量%或更大的TS,或以5重量%或更大或15重量%或更大的水溶性有机物,或这两者的泄料,所以必须回收的溶剂的量相对于必须与更稀的泄料一起使用的溶剂减少。
[0020]乙醇是另一优选的溶剂。乙醇也可用于处理极浓缩的泄料,尤其是当在较高温度下使用时,例如40摄氏度或更高或60摄氏度或更高。乙醇的沸点(约78.4摄氏度)接近于结晶器泄料68的温度,但是乙醇与水在78.2摄氏度下形成正(最低沸腾)共沸物。共沸物是约95.6%乙醇和约4.4%水。因为结晶器泄料68是至少高度饱和的,其中固体移除主要受有机污染物存在的抑制,所以将共沸物,或共沸物附近的冷凝物再循环到溶剂加料系统72中是可接受的。例如,在90%乙醇或更多的情况下的单级或多级蒸馏之后产生的冷凝物可返回到溶剂加料系统72。无论如何,可任选地使用分离共沸成分的技术,如变压蒸馏、共沸蒸馏、化学作用分离、盐效应蒸馏,全蒸发或蒸气渗透。
[0021]任选地,蒸发器泄料64可在泄料处理系统56中处理而不穿过结晶器54。但是,相对于蒸发器泄料64首先进一步浓缩的过程,这将可能增大所需溶剂的量,和任选地回收溶剂所消耗的能量。因此,就能够处理极高固体浓缩物的甲醇和乙醇而言,处理结晶器泄料68是优选的。
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