产出水处理以去除有机化合物的制作方法
【专利说明】产出水处理以去除有机化合物
[0001] 领域 本说明书涉及用于处理水的系统和方法，例如，用于从产出水（produced water)去除 有机化合物。
[0002] 背景 美国专利4, 839, 054描述一种从产出水去除水溶性有机物的方法。该方法包括，使产 出水酸化；使经酸化水与游离油接触，以形成混合物；搅拌混合物，以产生完全混合相；并 分离经混合相，以产生游离油相和净水相。在一个实例中，向酸罐加入阳离子聚合物，在用 两种另外的聚合物调节水后通过诱导气浮（IGF)进行分离，并将水从IGF单元送过砂滤器 和炭床。
[0003] 发明概述 本说明书描述用于从水去除有机污染物的系统和方法。没有限制，在工业上可用所述 系统和方法处理来自蒸汽辅助重油回收操作的产出水。经处理产出水可再用于产生蒸汽。 或者，产出水可以为泄料流，并且经处理，以有利于在热结晶器中进一步处理。
[0004] 发明详述描述数个单独处理。出于组织目的，将处理分成阶段1和阶段2处理。阶 段1处理包括pH调节和分离减溶有机物。阶段2处理包括氧化、吸附和生物处理。这些处 理可单独或以详述中所述的多种组合使用。不必同时使用阶段1处理和阶段2处理二者， 但如果使用二者，则优选在阶段2处理之间进行阶段1处理。一个组合的实例包括降低产 出水的pH，从产出水分离减溶的有机物，并使产出水氧化或使产出水与活性炭接触。
[0005] 附图简述 图1为显示在降低pH和过滤后产出水样品的总有机碳（T0C)的曲线图。
[0006] 图2为显示通过各种市售可得类型活性炭在两个pH值从产出水样品吸收T0C的 曲线图。
[0007] 图3为显示通过活性炭处理随后臭氧处理从产出水样品去除T0C的曲线图。
[0008] 图4为比较图3中通过处理去除T0C-C0D的曲线图。
[0009] 图5为显示通过活性炭处理随后臭氧处理利用和不利用过氧化氢从产出水样品 去除T0C的曲线图。
[0010] 图6为显示从通过pH降低、活性炭和芬顿氧化处理的产出水样品去除T0C的结果 的曲线图。
[0011] 详述 一些油回收操作用蒸汽辅助油带到地表。例如，在加拿大艾伯塔（Alberta, Canada) 用蒸汽辅助重力泄油（SAGD)或蒸汽吞吐（CSS)方法从石油砂提取重油或沥青。产生冷凝 蒸汽和重油的混合物。在分离油后，在再用作锅炉给水（BFW)产生更多蒸汽之前，使产出水 去油，然后处理。锅炉通常为一次通过蒸汽发生器（0TSG)，但也可任选为汽包锅炉。
[0012] 从上述产出水回收的锅炉给水经常但不排他性地包含约200至1，000mg/L浓度的 溶解有机物。0STG -般在约80%蒸汽品质操作，并产生包含约20%初始BFW体积的泄料流。 快装锅炉具有较高蒸汽品质，并产生较少泄料流，但需要较高品质给水。BFW中的溶解有机 物终止于以下三个终点之一 ：（1)它们可挥发，并随蒸汽排出；（2)它们可聚集在锅炉壁上； 或者（3)它们可作为泄料的一部分离开锅炉。特定有机化合物的终点受其一些特征影响， 包括挥发性、溶解性、与溶液中其它（溶解或悬浮的）化合物的潜在反应或复合、吸附到锅 炉壁或锅炉壁上污垢层的倾向以及在移动通过蒸汽发生器时对锅炉壁的接近度。
[0013] 聚集在锅炉壁上的有机物形成污垢层。对于外部加热锅炉，该层作为绝缘层阻止 热量从燃烧器转移通过锅炉壁并达到水。由于污垢层积累在锅炉壁上，因此，需要更多能量 保持恒定蒸汽生产。增加的加热可产生更多污垢，还进一步增加加热。随着此循环继续，有 锅炉管爆裂增加的风险，操作者必须定期关闭要"清管器清理（pigged) "的OSTG，以去除污 垢。
[0014] 随泄料离开锅炉的有机物也可造成问题。关于泄料的处理选项包括以下：深井注 入、处理进入尾矿池、粘固和热蒸发及结晶。在这些方法中，在尾矿池中处理受许可需求限 制，并且已限制使用。深井注入带来类似挑战。一个例外是，在加拿大北部，注入已证明经 济操作的盐洞或深注井处理矿，但输送成本使这成为昂贵的选择。粘固有浸出粘固材料相 关的问题，并有潜在高处理成本。最后选项热蒸发和热结晶是可行选项。然而，泄料的高有 机物含量可能干扰结晶过程。例如，有机物可使结晶器单元不能产生干物质。也可用蒸发 器处理产出水，以产生BFW。在此情况下，蒸发器泄料也包含可能干扰结晶的有机污染物。
[0015] 通过在锅炉前去除溶解的有机物，可提高蒸汽品质，减少锅炉能耗，或者减少清管 器清理频率。去除锅炉或蒸发器泄料中的有机物可使结晶器产生实质更干燥的固体用于处 理。
[0016] SA⑶产出水中的大部分溶解有机物通过常规生物处理可在最低程度上生物降解 或基本不可生物降解。例如，常规处理产生锅炉给水的产出水可具有0. 3以下的BOD5/COD 比，表明小于30%有机物可通过常规方法生物降解。存在有机酸和具有双键和芳环的化合 物。SAGD产出水中存在的很多有机物具有（多）芳族和环烷族（环烷）结构。具有芳族部 分或者富含双键的有机物对于微生物难以降解。
[0017] 产出水中的大部分有机化合物似乎具有小于500的分子量（MW)。低分子量表明常 规凝聚和絮凝不去除显著TOC。这已通过我们的实验室试验证明。
[0018] 以下关于从产出水去除有机物描述各种系统和方法。例如，可用这些系统和方法 处理来自蒸汽辅助重油回收操作的产出水，用于在相同油回收操作中再用作锅炉给水。对 于其它实例，可用这些系统和方法处理重油回收操作中的锅炉或蒸发器泄料。
[0019] 在以下描述中，将过程步骤分成阶段1和阶段2处理。完整的过程可具有一个或 多个阶段1处理、一个或多个阶段2处理或阶段1和阶段2处理的组合。在具有阶段1和 阶段2处理的过程中，一个或多个阶段1处理优选在一个或多个阶段2处理之前。在某些 情况下，选择阶段1处理，以提供具有适于增强阶段2处理的特征的产出水。
[0020] 在以下描述中，对产出水的引用包括从较大产出水流得到的水，例如锅炉和蒸发 器泄料流。特别在其中过程步骤应用于锅炉上游的情况下，产出水也可以为从一个或多个 预处理步骤产生的流出物，例如去油和温石灰软化。过程步骤也可置于一组其它产出水处 理步骤末尾或之中。一个优选位置可以在温或热石灰软化之后但在用阳离子交换树脂处理 之前。在此位置，可减少有机污染物污染离子交换树脂。或者，另一个有利位置可以在石灰 软化之前，在此，pH更接近中性（通常7-8)，并且需要较少酸降低pH，例如至约4 (随后使 其回到其开始时的pH 7-8)。以下所述组合中的过程步骤不一定相互直接紧随，而是可在其 间具有其它过程步骤。
[0021] 在以下描述中，在试验中使用的产出水样品从在加拿大艾伯塔的SAGD重油提取 操作得到。这些样品以前已经历重力分离操作、核桃壳过滤、石灰软化和弱酸阳离子交换。 产出水旨在再用作锅炉给水。
[0022] 阶段1处理 在阶段1中降低产出水的pH。pH降低使至少一些有机化合物减溶，也可提供更适用于 阶段2过程的pH。为方便起见，减溶的有机化合物可被称为固体，但可存在微液滴和固体颗 粒。可任选从pH降低的产出水分离减溶的有机物。在某些情况下，阶段2过程也包括去除 有机固体的步骤，但也仍任选在阶段1从产出水分离固体。优选在产出水送到锅炉之前提 高pH。为了锅炉完整性，SAGD锅炉给水优选为相当碱性，具有pH>9,通常>10。
[0023] 不旨在受理论限制，在降低产出水的pH时，一部分溶解的有机物失去其溶解性， 并形成微滴或颗粒。其原因可以是很多有机物具有酸官能团。这些基团在典型产出水pH 值下去质子化。去质子化酸基团给予在水中的有机物溶解性。在pH降低时，这些基团变得 质子化，减小很多有机物的溶解性，并使它们从溶液析出。
[0024] 送到阶段1处理过程的产出水可具有9或更大的pH。p