一种稠油废水预处理及蒸发脱盐系统的制作方法
【专利摘要】一种稠油废水预处理及蒸发脱盐系统，在蒸发器前设置两级化学反应澄清预处理系统，有效去除稠油废水中的二氧化硅及硬度，配合高温阻垢剂，避免蒸发器换热面结垢，使蒸发器能够长期稳定运行；蒸发器排放的浓水经蒸发塘自然蒸发处置后，可实现工艺系统的废水零排放。本实用新型采用蒸发工艺充分利用高温稠油废水中的热能，降膜蒸发器产生的冷凝水中含盐量及有机物显著降低，经后续除有机物及深度除盐处理后，可用于电站锅炉补给水。另外，本实用新型采用二级化学反应去除稠油废水中的二氧化硅及硬度，结合投加阻垢剂以避免蒸发器换热面结垢，蒸发器冷凝水含盐量低，达到稠油废水预脱盐目标。
【专利说明】一种稠油废水预处理及蒸发脱盐系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于工业废水处理与资源循环利用【技术领域】，具体涉及一种稠油废水 预处理及蒸发脱盐系统。
【背景技术】
[0002] 我国有丰富的稠油资源，重点分布在胜利、辽河、河南、新疆等油田。由于稠油粘度 高，流动性差，在稠油开采过程中需使用大量高压、高干度蒸汽加热油层，改善其流动性使 其易于开采。使用蒸汽进行稠油热采的过程中伴生大量高温、高盐、高硅、高有机物的稠油 废水需要处置。目前，常规技术是将稠油废水进行除油、软化后，达到《稠油油田采出水用于 蒸汽发生器给水处理设计规范》(SY/T0097-2000)中"注汽锅炉给水水质指标"，回用于分散 式的天然气小锅炉。由于回用水质较低，锅炉排污率高，能量损耗很大，蒸汽千度较低，不能 满足稠油热采技术的发展需求。
[0003] 采用高参数电站燃煤锅炉替代天然气小锅炉，以热电联产方式生产过热蒸汽供油 田注井，同时发电，具有很好的经济效益。但电站锅炉对补给水水质要求很高，锅炉补水需 达到《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》（GB/T12145-2008)的要求。由于稠油废水 水质非常复杂，温度、有机物、含盐量等较高，结垢倾向强，对其进行全除盐处理的难度高， 尚未见成功的工程案例报道。 实用新型内容
[0004] 本实用新型的目的在于提供一种稠油废水预处理及蒸发脱盐系统，经过该系统处 理的稠油废水能够实现稠油废水的预脱盐，同时降低稠油废水中的有机物含量；而且经过 后续除有机物及深度除盐处理即可用于电站锅炉补给水。
[0005] 为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：包括稠油废水池以及与稠油 废水池依次连通的一级反应器和一级澄清器，且一级反应器上设有用于投加除硅化学药剂 的第一投药口；所述的一级澄清器的液体出口依次与二级反应器和二级澄清器相连，且二 级反应器上设有用于投加除钙化学药剂的第二投药口； 一、二级澄清器的固体出口分为两 路，一路与压滤机相连后返回一级反应器的入口，另一路与对应的一、二级反应器的入口相 连；二级澄清器的液体出口与降膜蒸发器相连，降膜蒸发器与用于为降膜蒸发器的第一效 蒸发器提供热源的热源装置相连，降膜蒸发器的末效浓水出口与蒸发塘相连，降膜蒸发器 的各效蒸发器的冷凝水出口与冷凝水箱相连,末效蒸汽出口经凝汽器与冷凝水箱相连。
[0006] 所述的稠油废水池与一级反应器之间设有闪蒸器。
[0007] 所述的闪蒸器的蒸汽出口与降膜蒸发器的第一效蒸发器相连，液体出口与一级反 应器相连。
[0008] 所述的压滤机采用板框式压滤机或离心式脱水机。
[0009] 所述的二级澄清器的液体出口与降膜蒸发器之间设有过滤池。
[0010] 所述的过滤池采用多介质过滤池、砂滤池、变孔隙过滤池或纤维过滤池。
[0011] 所述的降膜蒸发器上设有用于投加阻垢剂的第三加药口，且降膜蒸发器采用2 效?4效板式降膜蒸发器或管式降膜蒸发器。
[0012] 所述的热源装置采用电站锅炉汽轮机，且电站锅炉汽轮机的低压缸乏汽出口与降 膜蒸发器的第一效蒸发器相连。
[0013] 所述的凝汽器采用循环水冷凝汽器、直流水冷凝汽器、直接空冷凝汽器或间接空 冷凝汽器。
[0014] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
[0015] 1、由于稠油废水具有高温、高盐、高硅、高有机物的特点，其水温在80-C或更高，若 采用生物处理-膜法除盐工艺处理稠油废水，必须首先进行降温，则稠油废水中的热能得 不到有效利用，而本实用新型采用降膜蒸发器处理稠油废水，有效利用了废水中的热能。
[0016] 2、由于稠油废水中二氧化硅浓度很高，可达250mg/L?300mg/L，直接蒸发处理， 废水浓缩至4倍左右即大量结垢，且所结硅酸盐类垢层难以清洗去除；本实用新型在降膜 蒸发器前设置了一级反应器、一级澄清器、二级反应器、二级澄清器（即两级反应澄清预处 理系统），一级反应器和一级澄清器用于去除稠油废水中的二氧化硅，二级反应澄清器用于 去除稠油废水中的Ca 2+，产水中二氧化硅浓度低于50mg/L，Ca2+浓度低于〇. lmraol/L，使稠 油废水蒸发浓缩至20倍?30倍；而且，一级澄清器和二级澄清器固液分离后的沉淀泥渣还 能循环使用。
[0017] 3、本实用新型经过降膜蒸发器处理后的稠油废水，其冷凝水含盐量低于50mg/L， COD低于10〇mg/L，送至冷凝水箱贮存，经后续除有机物及深度除盐处理后，可用于电站锅 炉补给水，而且降膜蒸发器排放的浓水经蒸发塘自然蒸发处置后，可实现工艺系统的废水 零排放。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本实用新型的结构示意图；
[0019] 其中，1-稠油废水池，2-闪蒸器，3- -级反应器，4- 一级澄清器，5-二级反应器， 6-二级澄清器，7-过滤池，8-降膜蒸发器，9-冷凝水箱，10-电站锅炉汽轮机，11-凝汽器， 12-蒸发塘，13-压滤机；a-除硅药剂，b-pH调整剂，c-凝聚剂，d-助凝剂， e-碳酸钠，f-阻 垢剂。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
[0021] 参见图1，本实用新型稠油废水预处理及蒸发脱盐系统包括稠油废水池1以及与 稠油废水池1相连通的闪蒸器2,闪蒸器2的蒸汽出口与降膜蒸发器8的第一效蒸发器相 连，液体出口与两级反应澄清系统相连，且两级反应澄清系统由一级反应器3、一级澄清器 4、二级反应器5和二级澄清器6组成，一级反应器3上设有用于投加除硅化学药剂的第一 投药口；二级反应器5上设有用于投加除钙化学药剂的第二投药口；一级反应器3与一级 澄清器4相连，一级澄清器4的液体出口依次与二级反应器5和二级澄清器6相连，且一、 二级澄清器4,6的固体出口分为两路,一路与压滤机13相连后返回一级反应器3的入口， 另一路与对应的一、二级反应器3, 5的入口相连；二级澄清器6的液体出口经过滤池7与降 膜蒸发器8相连，膜蒸发器8采用2效?4效的降膜蒸发器8,降膜蒸发器8上设有用于 投加阻垢剂的第三加药口，电站锅炉汽轮机10用于为降膜蒸发器8的第一效蒸发器提供热 源（即加热蒸汽），电站锅炉汽轮机10的低压缸乏汽出口与降膜蒸发器8的第一效蒸发器 相连；降膜蒸发器8的末效浓水出口与蒸发塘相连，降膜蒸发器 8的各效蒸发器的冷凝 水出口与冷凝水箱9相连，末效蒸汽出口经凝汽器η与冷凝水箱9相连。
[0022]其中，压滤机13采用板框式压滤机或离心式脱水机，凝汽器η采用循环水冷凝 汽器、直流水冷凝汽器、直接空冷凝汽器或间接空冷凝汽器；过滤池7采用多介质过滤池、 砂滤池、变孔隙过滤池或纤维过滤池；降膜蒸发器8采用2效?4效板式降膜蒸发器或管 式降膜蒸发器，其单效传热温差约2. 5°C?3. 5°C，前一效的二次蒸汽作为下一效的加热蒸 汽，充分利用热源一次蒸汽中的热能；进一步，本实用新型的二级澄清器出水的pH值控制 在10以上，降膜蒸发器 8的进水及循环料液pH控制在10以上，以降低二氧化硅结垢倾向； 此处的循环料液是指每一效蒸发器内部的循环料液，在换热面两侧分别是加热蒸汽和循环 料液，加热蒸汽冷凝成为二次冷凝水，循环料液部分蒸发生成二次蒸汽。
[0023]另外，本实用新型的一级反应器3和二级反应器5分为快速反应区和慢速反应区， 快速反应区可采用机械揽拌反应或微涡凝聚反应，快速反应区停留时间5min?lOmin ;慢 速反应区采用大流量慢速搅拌循环反应器，慢速反应区停留时间lOmin?15min ;澄清器底 部设泥渣循环管，通过泥渣循环栗将活性泥渣返回至反应器，以促进化学反应的进行； [0024]本实用新型提出了一种稠油废水预处理及蒸发脱盐系统及方法，通过蒸发工艺实 现稠油废水的预脱盐，同时降低稠油废水中的有机物含量；在蒸发器前设置两级化学反应 澄清预处理系统，有效去除稠油废水中的二氧化硅及硬度，配合高温阻垢剂，避免蒸发器换 热面结垢，使蒸发器能够长期稳定运行；蒸发器排放的浓水经蒸发塘自然蒸发处置后，可实 现工艺系统的废水零排放。而且本实用新型采用蒸发工艺充分利用高温稠油废水中的热 能，利用电站锅炉汽轮机做功之后的乏汽作为蒸发器热源，提高能量利用效率；使经过预处 理之后的稠油废水在蒸发过程中避免结垢，蒸发器冷凝水中含盐量及有机物显著降低，经 后续除有机物及深度除盐处理后，可用于电站锅炉补给水。另外，本实用新型采用闪蒸、多 效降膜蒸发、电站锅炉汽轮机低压缸乏汽利用等措施，有效利用稠油废水中的热能，降低蒸 发过程的能耗，使工艺具有较好的经济性。
[0025] 一种基于上述稠油废水预处理及蒸发脱盐系统的稠油废水预处理及蒸发脱盐方 法，将贮存在稠油废水池1中经过除油后的稠油废水送至闪蒸器2中进行闪蒸；闪蒸器2产 生的闪蒸蒸汽送至降膜蒸发器8作为第一效蒸发器的热源加以利用以回收其中的热能；闪 蒸器2排出的闪蒸降温后的稠油废水送至一级反应器3,同时从第一投药口向一级反应器3 中投加除硅药剂a、pH调整剂b、凝聚剂c以及助凝剂d，闪蒸降温后的稠油废水在一级反应 器3中反应后进入一级澄清器4进行固液分离并控制得到的一级澄清器出水中二氧化硅浓 度低于50mg/L，得到的一级澄清器沉淀泥渣一部分返回一级反应器3中作为晶种参与化学 反应，另一部分送入压滤机13中进行压滤处理，压滤处理后产生的滤液返回一级反应器 3 继续处理，一级澄清器出水送入二级反应器5中，同时从第二投药口中向二级反应器5中投 加碳酸钠 e、凝聚剂c以及助凝剂山一级澄清器出水在二级反应器5中反应后进入二级澄 清器5进行固液分离，且控制得到的一级澄清器出水中Ca 2+浓度低于〇. lmmol/L，得到的二 级澄清器沉淀泥渣一部分返回二级反应器5中作为晶种参与化学反应，另一部分送入压滤 机13中进行压滤处理，压滤处理后产生的滤液返回一级反应器3继续处理,压滤机13处理 一、二级澄清器沉淀泥渣后产生的固体污泥外运处置；二级澄清器出水经过过滤池7过滤 后控制pH值大于等于1〇,并送入降膜蒸发器8中进行处理，同时从第三加药口中投加高效 阻垢剂f以控制结垢，以便降低降膜蒸发器的换热面结垢速率；由于降膜蒸发器8采用2? 4效的降膜蒸发器，因此，本实用新型的降膜蒸发器前一效的二次蒸汽作为下一效的加热蒸 汽，电站锅炉汽轮机1〇的低压缸乏汽排出的低压乏汽为进入降膜蒸发器8的二级澄清器出 水提供一次蒸汽（首次加热蒸汽），且相比使用汽轮机中压缸抽汽为热源的蒸发系统，其蒸 发能耗低；经过降膜蒸发器8处理后的末效浓水是将二级澄清器出水经降膜蒸发器10浓缩 20倍?30倍后得到的，将该末效浓水送至蒸发塘12以自然蒸发，末效蒸发器产生的二次 蒸汽送至凝汽器11冷凝后收集到冷凝水箱9中，降膜蒸发器8的各效蒸发器产生的二次冷 凝水回收到冷凝水箱9中，且控制送入到冷凝水箱9中的冷凝水的含盐量低于50mg/L，COD 低于100mg/L，冷凝水箱中的冷凝水含盐量及有机物浓度显著降低，达到稠油废水预脱盐目 标。最后将冷凝水箱9中收集的所有冷凝水进行有机物去除和深度除盐处理。
[0026] 其中，除硅药剂a为氯化镁、氧化镁或硫酸镁，pH调整剂b为氢氧化钠、氢氧化钙 或氧化钙，凝聚剂c为聚合氯化铝、聚合硫酸铁或三氯化铁；助凝剂d为聚丙烯酰胺。
[0027] 某油田稠油废水的蒸发脱盐处理系统，设计水质见表1。
[0028] 表1某油田稠油废水水质
[0029]
【权利要求】
1. 一种稠油废水预处理及蒸发脱盐系统，其特征在于：包括稠油废水池（1)以及与稠 油废水池（1)依次连通的一级反应器（3)和一级澄清器（4)，且一级反应器（3)上设有用 于投加除硅化学药剂的第一投药口；所述的一级澄清器（4)的液体出口依次与二级反应器 (5)和二级澄清器（6)相连，且二级反应器（5)上设有用于投加除钙化学药剂的第二投药 口；一、二级澄清器（4,6)的固体出口分为两路，一路与压滤机（13)相连后返回一级反应 器（3)的入口，另一路与对应的一、二级反应器（3,5)的入口相连；二级澄清器（6)的液体 出口与降膜蒸发器（8)相连，降膜蒸发器（8)与用于为降膜蒸发器（8)的第一效蒸发器提 供热源的热源装置相连，降膜蒸发器（8)的末效浓水出口与蒸发塘（12)相连，降膜蒸发器 (8)的各效蒸发器的冷凝水出口与冷凝水箱（9)相连，末效蒸汽出口经凝汽器（11)与冷凝 水箱（9)相连。
2. 根据权利要求1所述的稠油废水预处理及蒸发脱盐系统，其特征在于：所述的稠油 废水池（1)与一级反应器（3)之间设有闪蒸器（2)。
3. 根据权利要求2所述的稠油废水预处理及蒸发脱盐系统，其特征在于：所述的闪蒸 器（2)的蒸汽出口与降膜蒸发器（8)的第一效蒸发器相连，液体出口与一级反应器（3)相 连。
4. 根据权利要求1所述的稠油废水预处理及蒸发脱盐系统，其特征在于：所述的压滤 机（13)采用板框式压滤机或离心式脱水机。
5. 根据权利要求1所述的稠油废水预处理及蒸发脱盐系统，其特征在于：所述的二级 澄清器（6)的液体出口与降膜蒸发器（8)之间设有过滤池（7)。
6. 根据权利要求5所述的稠油废水预处理及蒸发脱盐系统，其特征在于：所述的过滤 池（7)采用多介质过滤池、砂滤池、变孔隙过滤池或纤维过滤池。
7. 根据权利要求1所述的稠油废水预处理及蒸发脱盐系统，其特征在于：所述的降膜 蒸发器（8)上设有用于投加阻垢剂的第三加药口，且降膜蒸发器（8)采用2效?4效板式 降膜蒸发器或管式降膜蒸发器。
8. 根据权利要求1所述的稠油废水预处理及蒸发脱盐系统，其特征在于：所述的热源 装置采用电站锅炉汽轮机（10)，且电站锅炉汽轮机（10)的低压缸乏汽出口与降膜蒸发器 (8)的第一效蒸发器相连。
9. 根据权利要求1所述的稠油废水预处理及蒸发脱盐系统，其特征在于：所述的凝汽 器（11)采用循环水冷凝汽器、直流水冷凝汽器、直接空冷凝汽器或间接空冷凝汽器。
【文档编号】C02F9/10GK204039202SQ201420481135
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】王璟, 蒲平, 毛进, 杨宝红, 郭维忠, 李亚娟, 王正江, 许臻, 王金磊, 刘亚鹏 申请人:西安热工研究院有限公司, 华能集团技术创新中心, 华能新疆能源开发有限公司