专利名称：一种含盐含油废水热脱盐防垢和提高回收水质的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于废水资源化处理领域。具体地，本发明涉及一种含盐含油废水热脱盐防垢和提高回收水质的方法及系统。
背景技术：
目前我国大部分油田都已进入石油开采的中期和后期，采出原油的含水率已达到70-80%，有些油田甚至高达90%，随着采出液的含水率不断上升，导致需要处理的采出液废水量快速増加。特别是稠油废水一重质浙青质原油(稠油)的采出液经过多步处理后与油分离排出的废水，水温高、含油量大、含有硫化物、挥发酚、氯化物、氟化物、氨氮、腐生菌和硫酸盐等，并具有一定的硬度和矿化度。油田产生大量的含盐含油废水无法直接排放到环境中，同时油田开采又需要大量高品质的水源供给锅炉给水，这些油田废水由于量大且含 有一定的余热，适合回收为锅炉给水；但是因为含盐、含油，用膜处理法回收不合适；而采用蒸发设备进行热脱盐回收则既可利用余热，也可以适应水质的瞬间变化。但是由于稠油废水中硅、钙含量高，即使经过除硅エ艺仍有残余，如果在蒸发过程中形成硅垢和硅钙复合垢将非常难以处理，严重影响蒸发效率和蒸发设备的正常使用。除油田废水外，也有其它化エ厂、炼厂的废水同时含盐、含油，也适合热回收也同样也遇到防垢的问题。因此开发废水蒸发前预处理以防垢的技术是油田废水热回收的关键。此外在含盐含油废水蒸发过程中还会出现大量泡沫；泡沫携带进入蒸汽，会使回收的蒸馏水被泡沫污染、品质降低，油含量增加等，不能满足某种利用要求，需要额外的处理步骤，使系统复杂程度和处理费用提高。所以含盐含油废水回收的另一重要问题是保证回收水的水质。现有防垢技术有化学方法和物理方法。化学方法主要是加阻垢剂，以有机高分子螯合物为主要成份，与料液中的成垢离子发生螯合反应，形成稳定的可溶性螯合物，可有效地阻止物料液在蒸发浓缩中析出水垢。阻垢剂有许多专利技木，如表面蒸发空冷专用缓蚀阻垢剂(02117840. 2)，一种水处理缓蚀阻垢剂及其制备方法(02112951. 7);锅炉用纳米改性高岭土类阻垢剂及制备方法(200310107032. 3)，等。然而现有的阻垢剂既对钙垢有效、又对硅垢有效的很少；并且使用阻垢剂不能提高回收水的水质。物理方法，如电子物理技术如高梯度电场离子棒水处理器(02113951. 2)，晶种注入技术，如盐水用蒸发器表面防垢方法(201010599271. 5)等，这些技术均不能满足同时阻垢又能去油的要求。迫切需要开发适合大量含盐含油废水热回收防垢、防止油份大量进入回收水中的预处理技术、以实现经济、节能、高效含盐含油废水回收。鉴于现有的阻垢技术不能满足大規模的含盐含油废水高效的、保证水质的热回收处理要求，为了更经济、安全、高效地实现含盐含油废水热脱盐回收并提高回收水的品质；本发明提出一种高效、经济、可稳定运行、不增加含盐量和可溶物含量的废水处理技术，以防止热回收过程中的结垢，井能同时提高回收水的品质。
发明内容
本发明的ー个目的是提供一种含盐含油废水热脱盐防垢和提高回收水质的方法，该方法在防垢的同时还可以提高所回收蒸馏水的水质。所述方法包括废水在自身余热或者被预热后利用雾化器将水流雾化，让高度雾化的水通过低温等离子体(Non-thermalplasma,缩写为NTP)反应区，在NTP处理装置的出口再设置气体分离器，除气后的废水进入蒸发器进行蒸发回收蒸馏水。本发明的另ー个目的是提供一种含盐含油废水热脱盐防垢和提高回收水质的方法所使用的系统。本发明提出的含盐含油废水热脱盐防垢和提高回收水质的方法，具体步骤如下 废水I进入预热器2，预热器2利用热源3将含盐含油废水加热到8(T102°C，然后将预
热后的废水用泵送至NTP处理装置中的雾化器7，将其雾化后送入等NTP反应区9进行处理，随后将处理后的废水用泵6送入气体分离器15，分离气体和可挥发的油，再送入蒸发器 17进行热脱盐回收；其中NTP反应区9由高压电极10和低压电极11间内的空间构成；高压电极和低压电极对选自线ー筒电极和线一板电极；优选为线一筒电极；电源的脉冲放电频率为300pps lOOOpps ;优选为500pps 900pps, pps是姆秒放电次数；所述含盐含油废水I由雾化器7雾化后流经反应区9的时间为1(T40 rV(J/pulse)L* (pps/1000);优选为15 29 rV(J/pulse)L*(pps/1000),其物理含义是针对每焦耳的单次脉冲放电量，以液体计量时流过反应区的空塔速度；例如，单次脉冲放电能量为2 J/pulse、工作脉冲频率为lOOOpps ；NTP反应区9的结构使得废水流通过NTP反应区的空塔速度为20h_V(J/pulSe)L* (pps/1000)吋，则通过每m3NTP反应区9的水流量为40m3/h/m3 ;如果工作脉冲频率为500pps,则通过姆m3反应区的水流量下降为20m3/h/m3。如脉冲放电能量为4 J/pulse、工作脉冲频率为lOOOpps ;空塔速度仍取20h_V(J/pulse)d(pps/1000)吋，则通过每m3反应区的水流量为80m3/h/m3。由于废水流过反应器时实际为雾化态，雾化气流的空塔速度在10000 h_7(J/pulSeh以上。经过NTP处理后的含盐含油废水所含的盐份发生变化、不易结垢，且所含的油份分成分子量更大、不易蒸发，和分子量更小、更易于挥发的两部分，再送入气体分离器15分离所溶解的气体和易挥发性的油；气体分离器15优选为旋膜式和可以补充热源的形式；更优地，将分离的气体混合物16引出处理后排空。经过NTP处理和气体分离器分离可溶气体和挥发性的油以后的含盐含油废水再进入蒸发器17进行热脱盐回收，蒸发器选自竖管降膜蒸发器、横管卧式蒸发器、板式蒸发器等，优选带有除沫器的竖管降膜蒸发器。本发明所提供的方法包括将废水雾化后送入NTP反应区，然后汇集在下部的储水箱，便于用泵送至下一环节。雾化器的主要作用是让废水呈雾状与NTP反应区产生的自由基充分接触并且可以自雾化的废水中产生自由基，提供足够的反应机会，以及避免液态的废水对脉冲放电产生的干扰；而前ー步的预热可以使雾化效果更好、处理效果更好。本发明中，所述的高压直流高频脉冲电源优选为直流高压高频窄脉冲式；优选高、低压电极对为线一筒式电极；电源和电极结合放电能量优选为大于lj/pulse (脉冲)。本发明提出的含盐含油废水热脱盐防垢和提高回收水质的方法所使用的系统，包括预热器2、NTP处理装置、气体分离器15和蒸发器17，NTP处理装置包括雾化器7、高压直流脉冲电源8、NTP反应区9、储水箱12 ;其中NTP反应区9由高压电极10和低压电极11之间的空间组成，高压直流脉冲电源8分别连接高压电极10和低压电极11，雾化器7位于NTP反应区9上部，NTP反应区9下部是储水箱12，所述预热器2的出水ロ与雾化器7通过管道5和水泵6相连，储水箱12底部ー侧通过水泵6和管道连接气体分离器15，储水箱12底部一侧通过循环阀13和循环管道14与雾化器7相连；形成循环回路；所述的气体分离器15将废水中的溶解气体和可挥发的油份分离；气体分离器15通过管道连接蒸发器17，所述蒸发器17产生的蒸汽或者蒸汽冷凝获得的蒸馏水通过管道连接预热器2，将热源3通入预热器2内。本发明中，所述预热器2预热所要预处理的油田废水；包括用于废水流通的管道元件以及用于预热所述废水的热源3。本发明中，所述储水箱12储存所述预热后的废水。本发明中，所述雾化器7将预热后的废水雾化，以便于在NTP反应区9进行反应。雾化器选自压力式雾化器和介质式雾化器，优选压力式雾化器。 本发明中，所述气体分离器15分离除去处理后废水中的废气和可挥发性的油。本发明中，所述蒸发器17将废水热脱盐回收蒸汽，蒸汽利用现有方式冷凝成蒸馏水。本发明中，所述预热器采用现有的任何能实现废水预热的加热器；如板式加热器、列管式加热器、盘管式加热器、蛇形管加热器、套管式加热器或螺旋板加热器，并通过选自油田的高温采出液余热、蒸馏水的余热、蒸汽、烟气废热为热源进行加热。一种优化的热源方案是使用蒸发器17产生的蒸汽，此时优选盘管式预热器；或者蒸馏水的余热为热源，此时优选板式加热器。另ー种优化的热源方案是使用油田的高温采出液来加热，此时优选螺旋板换热器。本发明中，所述气体分离器15进ロ与NTP装置相连；出ロ将与后续的蒸发器17连通。所述的气体分离器优化采用带上排气收集和处理的气体分离器，以避免自废水中分离并排出的废气和挥发性油造成污染。更为优选地，气体分离器15采用旋流膜式除氧器，所述除氧器的排气ロ将废气接至控制区。本发明中，所述的蒸发器17可以是现有的竖管式降膜蒸发器，横管式蒸发器、板式蒸发器。优选地，所述蒸发器为带有高效除沫装置的竖管式降膜蒸发器，以将蒸汽中携帯的泡沫去掉。更为优选地，蒸发器与节能装置相连，将蒸汽冷凝成凝结水并回收蒸汽携帯的余热。系统优选将蒸发器产生的部分蒸汽通过管道元件与前面所述预热器的热源进ロ连接，将蒸汽作为预热器的热源3 ;其余蒸汽与节能装置连接，使蒸汽携带的热量能够回收利用。采用本发明所提供的含盐含油废水热脱盐防垢及提高回收水质的方法和系统可以使废水处理后在后续的加热蒸发浓缩过程中，不需要再加入阻垢剂或者大幅度減少阻垢剂的用量，或者同时加入阻垢剂后可以大幅延长设备除垢维护的周期，这就減少了药剂的费用，提高了蒸发器使用的可靠性，降低了废水热脱盐回收的成本。采用本发明所提供的含盐含油废水热脱盐防垢及提高回收水质的方法和系统的另ー个好处是可以使回收的蒸馏水水质提高；使蒸发浓缩产生的蒸馏水能够直接进行锅炉回用或者減少后续的水处理工序，进ー步降低废水回收成本。这里所说的含盐含油废水可以是稠油废水，或者吞吐采油废水，或者任何其它来源的含盐含油废水。采用本发明所提供的含盐含油废水热脱盐防垢及提高回收水质的方法和系统所带来的好处是依据下述原理实现的废水流经所述的NTP处理装置以后，水中的离子经过NTP的作用，有促进结晶的倾向，在蒸发浓缩过程中直接在液相中形成大量晶体而不在受热面上结垢；图2证实经使用本发明以后，蒸发器壁面与沸腾水之间的温差变化明显减少，而温差是上升是由结垢层增厚而引起的。表I的数据显示所处理的两个油田的废水情况。
表I稠油废水的水质
权利要求
1.一种含盐含油废水热脱盐防垢和提高回收水质的方法，其特征在于具体步骤如下 废水(I)进入预热器(2)，预热器(2)利用热源(3)将含盐含油废水加热到8(T102°C，然后将预热后的废水用泵送至低温等离子体处理装置中的雾化器(7)，将其雾化后送入NTP反应区(9)进行处理，随后将处理后的废水用泵(6)送入气体分离器(15)，分离气体和可挥发的油，再送入蒸发器(1)7进行热脱盐回收；其中NTP反应区(9)由高压电极(10)和低压电极(11)间的空间构成；高压电极和低压电极对选自线一筒电极和线一板电极；电极对与高压直流脉冲电源连接、电源的脉冲放电频率为300pps lOOOpps ；pps是每秒放电次数；所述含盐含油废水(I)由雾化器(7)雾化后流经NTP反应区(9)的时间为1(T40 hy(J/pulseK^Kpps/lOOO),其物理含义是针对每焦耳的单次脉冲放电量，以液体计量时流过反应区的空塔速度。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述的高压直流脉冲电源为直流高压高频窄脉冲式；高、低压电极对为线筒式电极；电源和电极结合放电能量大于lj/pulse。
3.—种如权利要求I所述的含盐含油废水热脱盐防垢和提高回收水质的方法所使用的系统，其特征在于包括预热器(2)、NTP处理装置、气体分离器(15)和蒸发器(I (7))，NTP处理装置包括雾化器(7)、高压直流脉冲电源(8)、NTP反应区(9)和储水箱(12);其中NTP反应区(9)由高压电极(10)和低压电极(11)之间的空间组成，高压直流脉冲电源⑶分别连接高压电极(10)和低压电极(11)，雾化器(7)位于NTP反应区(9)上部，NTP反应区(9)下部是储水箱(12)，所述预热器⑵的出水口与雾化器(7)通过管道(5)和水泵(6)相连，储水箱(12)底部一侧通过水泵(6)和管道连接气体分离器(15)，储水箱(12)底部一侧通过循环阀(13)和循环管道(14)与雾化器(7)相连；形成循环回路；所述的气体分离器(15)将废水中的溶解气体和可挥发的油份分离；气体分离器(15)通过管道连接蒸发器(17)，所述蒸发器(17)产生的蒸汽或者蒸汽冷凝获得的蒸馏水通过管道连接预热器(2)，将热源(3)通入预热器(2)内。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于所述预热器(2)预热所要处理的油田废水；包括用于废水流通的管道元件以及用于预热所述废水的热源(3)。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于所述雾化器(7)选自压力式雾化器或介质式雾化器。
6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于所述预热器采用板式加热器、列管式加热器、盘管式加热器、蛇形管加热器、套管式加热器或螺旋板加热器中任一种。
7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于所述气体分离器(15)进口与低温等离子体处理装置相连；出口将与后续的蒸发器连通；所述的气体分离器采用带上排气收集和处理的气体分离器，以将废水中的废气分离并排出；或者气体分离器(15)采用旋流膜式除氧器，所述除氧器的排气口将废气接至控制区。
8.根据权利要求3所述的系统，其特征在于所述的蒸发器采用竖管式降膜蒸发器、横管式蒸发器或板式蒸发器中任一种。
全文摘要
本发明涉及一种含盐含油废水热脱盐防垢和提高回收水质的方法及系统，具体是预热含盐含油废水到80~102℃，然后将废水用泵送至低温等离子体处理装置中的雾化器雾化后送入低温等离子体反应区处理，随后将处理后的废水用泵送入气体分离器分离气体和可挥发的油，再送入蒸发器蒸发。所述系统包括预热器、低温等离子体处理装置、气体分离器和蒸发器，低温等离子体处理装置包含雾化器、高压直流脉冲电源、高压电极和低压电极组成的等离子体反应区和储水箱；预热器与上述储水箱分别与雾化器、气体分离器相连，后者形成循环回路。气体分离器与蒸发器相连。本发明能够减少或者避免含盐含油废水热脱盐过程中因防垢的药剂消耗，并提高蒸发回收的蒸馏水的水质。
文档编号C02F9/12GK102951762SQ20121046034
公开日2013年3月6日 申请日期2012年11月16日 优先权日2012年11月16日
发明者陈德珍, 张亚雷, 张依 申请人:同济大学