从流体过滤污染物的方法、过滤装置和过滤模块制造方法及图纸

本发明专利技术涉及从流体过滤污染物的方法，从流体过滤污染物的过滤模块，以及包含至少一个这种过滤模块的过滤装置。在一个实施方案中，公开了从从流体过滤污染物的方法，所述方法包括以下步骤：(1)将含污染物的原料流体(feedstream fluid)导入含至少一个过滤元件(18a)的过滤室(14a)内；使导入所述过滤室内的至少一部分原料流体以以下方向的一种流动：A)顺向流动，其中所述流体以第一方向经过所述过滤元件的壁(22a)；以及B)逆向流动，其中所述流体以第二相反的方向经过所述过滤元件的壁。所述方法还包括：将滤液导出所述室并进入滤液流线(26a)用于收集；随后使导入所述过滤室内的所述原料流体以顺向流动和逆向流动中的另一种流经所述过滤元件，以从所述元件的壁表面除去污染物材料；在通过所述流体以顺向流动和方向流动中的另一种流动除去所述污染物材料后，继续引导使原料流体以所述另一种方向经过所述过滤元件的壁，从而在以所述另一种方向流动期间从所述流体过滤掉污染物；以及之后除去所述污染物材料，将以所述另一种流动方向流经所述过滤元件的壁所产生的滤液导出所述室并导入所述滤液流线用于收集。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】从流体过滤污染物的方法、过滤装置和过滤模块
本专利技术涉及从流体过滤污染物的方法。本专利技术还涉及从流体过滤污染物的过滤模块，以及包含至少一个这样的过滤模块的过滤装置。特别但不是唯一的是，本专利技术涉及从流体过滤污染物的方法，其中将含污染物的流体导入含有至少一个过滤元件的过滤室中；以及包含这样的过滤室的过滤模块；以及包含至少一个这样的过滤模块的过滤装置。
技术介绍
已开发了各种不同类型的过滤系统用于从流体过滤污染物。其中在常常需要清洁含烃类材料如油(oil)的大量水的油气开采和生产工业中对从水中过滤烃类材料的系统特别感兴趣。例如，含有油沉积物的地下岩层通常还包含与回收油一起采出的大量水。其必须与流体中回收至表层的油分离，且在油污染物排放至环境中前，必须从油污染物充分清除水。油通常以悬浮在水中的小液滴形式存在。固体如小砂粒通常也存在于采出的水中且必须通过过滤系统处理。近年来，对由石油开采采出的水的处理成为日益重要的问题，伴随此引入了新的规定和现有立法的实施。特别是，目前英国运营商预期将采出水中烃类材料的水平降低至30mg/l，以满足奥斯陆和巴黎公约对保护东北大西洋海洋环境(OsloandParisConventionsfortheprotectionofthemarineenvironmentoftheNorth-EastAtlantic(OSPAR))中规定的年总计卸油限制。如果总烃类浓度降低至10-15mg/l以下，则通常仅可达到年负载限度。在世界其他地方，10-15mg/l已是适当的。在加工石油之前，常常有必要从采出油过滤少量水。这可能是为了除去采出油中天然存在的任何悬浮水滴，和/或已进入钻井孔并与采出油一起回收的任何水。固体颗粒如砂粒通常也存在于采出油中且必须将其除去。已开发数种不同的方法和系统用于从采出水除去分散的油。这些包括水力旋流器、板分离器、气浮选技术、离心、固体吸附系统和终端过滤法。水力旋流器和离心系统比其他可用的系统在生产和操作方面更复杂且更昂贵。在水力旋流器中，采用旋风原理，通过该原理由通往涡流室的高流速喷嘴所产生的涡流来分离不同密度的组分。板分离器采用的是加速重力分离原理。在气体浮选中，通过利用经由水上升的气泡，从水中分离油；可以将气体加入或可以将气泡导入水中。在离心器中，通过机械旋转的容器产生的离心力分离不同密度的组分。固体吸附系统的一个例子是，使含有油液滴和粉末(小尺寸的固体颗粒)的供料水经过用吸附或物理保留该油/粉末的固体材料填充的容器。所述材料可以是粉末、颗粒(如为活性炭系统)或者其他材料如碎坚果壳。使滤液(处理的水)经过容器，被去除的油/粉末保留在固体床上。所述固定床常常设计为一次性的，但是在一些情况下其可以通过反向冲洗被再利用。终端过滤法的一个例子包括将被油污染的供料水导入过滤器。使滤液(处理的水)经过过滤器，且油液滴和粉末保留在过滤器中。使用其中孔径尺寸小于油液滴和粉末尺寸的排他原理或者通过使用污垢层来操作过滤器。数种材料可用于过滤器，包括无纺布、聚合物膜、金属网以及陶瓷膜。过滤器有时能通过用水或者清洗液反向冲洗被再利用，但是通常过滤器是一次性的，因此当过滤器变“满(full)”和流速下降时就会被丢弃。所有这些系统和方法的主要缺点是它们不能够实现或不能够以经济的成本或以环境可持续的方式实现所需要的低至10到15毫克/升的最终油水平，并且实际上，经常甚至不能实现低于20到30毫克/升的水平，尤其是当油液滴尺寸为微米或亚微米级时。用于这些情况而开发的另一系统是‘错流’微过滤法。这提供了改进的性能，但也有其固有的缺点。错流系统通常使用位于过滤室内被称为膜的聚合物或陶瓷过滤元件。错流以被称为‘浓缩液’流的连续流体流经过每个过滤膜，并且其用于除去通过过滤膜收集的油和粉末。错流的主要目的是阻止过滤膜表面上形成污染物的污垢层，否则会损坏膜的性能。因此，为了阻止污垢层的形成，错流微过滤系统中的错流流速一直保持相对较高。因此过滤仅通过尺寸排除法进行，通过过滤膜中通道的孔径确定可排除的污染物液滴/粉末的最小尺寸。因此仅收集到尺寸大于膜孔径的污染物。这种错流系统有很多缺点。首先，当液滴/颗粒存在时，需要相对小的孔径(通常0.2～4微米，取决于所需的最终油水平)。这导致经过过滤膜的“流量”(单位时间流经过滤膜单位面积的流体体积)显著减少，随着泵压力的增加，系统部件的功率和磨损也增加，所有这些对成本都有影响。事实上，虽然错流微过滤系统可以实现所需的浓度水平，但是对于高吞吐量应用例如油田采出水处理而言，其并不是很有吸引力的选择。这是因为资本和运行成本非常高，且甚至远远高于水力旋流器和离心机的成本。错流微过滤装置的封装也相对较大，并且在近海环境中并不可行，例如空间奇缺的钻探设备上。另外发现，尽管在错流微滤系统中的错流流速较高的，但也会形成污垢层，这是不希望发生的并且会快速损害性能。当检测到污染层已经形成(通过减少流量和/或增加背压)时，已知应停止过滤过程并且尝试通过引导“反脉冲”流体以相反方向经过过滤膜以去除污垢层。这包括间歇地向后泵运滤液或空气使其经过膜较短时间，通常为约1-5秒。一旦判断污垢层已被除去，即以顺流方向恢复过滤。然而，通常，这种错流系统中所需的小孔径会使得过滤膜的孔永久地且不可恢复地堵塞，尤其是通过沉积的粉末。这需要将含膜的模块取出不用且替换膜，降低了该方法的效率并增加了成本。应理解，上述系统和方法可以应用于其他工业，且事实上用于从不同种类的流体过滤其他种类的污染物材料。实际上，污染物可以是广范围的不同物质的任何一种。同样，从其过滤污染物的流体也可以是广范围的不同流体的一种，且通常可以是含水溶液/混合物、水、烃类材料如油或一些其他溶剂。然而，在每种情况下，可能遇到上述类似的缺点或问题。
技术实现思路
本专利技术的至少一个实施方案的目的是消除或减轻至少一个上述缺点。根据本专利技术的第一方面，提供了一种从流体过滤污染物的方法，所述方法包括以下步骤：(1)将含污染物的原料流体(feedstreamfluid)导入含至少一个过滤元件的过滤室内；(2)使导入所述过滤室内的至少一部分原料流体以以下方向的一种流动：A.顺流方向，其中所述流体以第一方向经过所述过滤元件的壁；以及B.逆流方向，其中所述流体以第二相反的方向经过所述过滤元件的壁；(3)将滤液导出所述室并进入滤液流线用于收集；(4)随后使导入所述过滤室内的所述原料流体以顺流方向和逆流方向中的另一种方向流经所述过滤元件，以从所述过滤元件的壁表面除去污染物材料；(5)在通过所述流体以顺流方向和逆流方向中的另一种方向除去所述污染物材料后，继续引导使原料流体以另一种方向经过所述过滤元件的壁，从而在以所述另一种方向流动期间从所述流体过滤掉污染物；以及(6)之后除去所述污染物材料，将以所述另一种流动方向流经所述过滤元件的壁所产生的滤液导出所述过滤室并导入所述滤液流线用于收集。顺向和逆向流动可以持续相同的时间或不同的时间。顺向和逆向的流速可以相同或不同。与现有的错流方法和系统相反，本专利技术的第一方面的方法包括以所述另一种流动方向从所述原料流体主动过滤污染物。因此，例如在最初以顺流方向过滤的情况下，改变为逆流方向流动，并且保持逆流方向流动，在这样的逆流期间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从流体过滤污染物的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：将含污染物的原料流体导入含至少一个过滤元件的过滤室内；使导入所述过滤室内的至少一部分原料流体以以下方向的一种流动：A.顺流方向，其中所述流体以第一方向经过所述过滤元件的壁；以及B.逆流方向，其中所述流体以第二相反的方向经过所述过滤元件的壁；将滤液导出所述过滤室并进入滤液流线用于收集；随后使导入所述过滤室内的所述原料流体以顺流方向和逆流方向中的另一种方向流经所述过滤元件，以从所述过滤元件的壁表面除去污染物材料；在通过所述流体以顺流方向和逆流方向中的另一种方向除去所述污染物材料后，继续引导使原料流体以另一种方向经过所述过滤元件的壁，从而在以另一种方向流动期间从所述流体过滤掉污染物；以及之后除去所述污染物材料，将以另一种方向流经所述过滤元件的壁所产生的滤液导出所述过滤室并导入所述滤液流线用于收集。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.05.15 GB 1208527.01.一种从流体过滤污染物的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：将含污染物的原料流体导入含至少一个过滤元件的过滤室内；使导入所述过滤室内的至少一部分原料流体以以下方向的一种流动：A.顺流方向，其中所述流体以第一方向经过所述过滤元件的壁；以及B.逆流方向，其中所述流体以第二相反的方向经过所述过滤元件的壁；将滤液导出所述过滤室并进入滤液流线用于收集；随后使导入所述过滤室内的所述原料流体以顺流方向和逆流方向中的另一种方向流经所述过滤元件，以从所述过滤元件的壁表面除去污染物材料；在通过所述流体以顺流方向和逆流方向中的另一种方向除去所述污染物材料后，继续引导使原料流体以另一种方向经过所述过滤元件的壁，从而在以另一种方向流动期间从所述流体过滤掉污染物；以及之后除去所述污染物材料，将以另一种方向流经所述过滤元件的壁所产生的滤液导出所述过滤室并导入所述滤液流线用于收集。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：包括监控至少一个参数的另一步骤，以及可选地在监测到所述至少一个参数的预定变化时，采取以下步骤：使所述原料流体以顺流方向和逆流方向的另一种流经所述过滤元件的壁。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：包括可在预定时间后进行布置使所述原料流体以顺流方向和逆流方向的另一种流经所述过滤元件的壁的步骤。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：包括使所述原料流体以顺流方向和逆流方向的另一种流经所述过滤元件的壁的步骤在以下情形时首先进行：监测到所述至少一个参数的预定变化时；和预定时间期满时。5.如权利要求2或4所述的方法，其特征在于：所述参数是经过所述过滤元件的流量，在监测到流量达到预定临界水平时，使原料流体以另一方向流动。6.如权利要求2或4所述的方法，其特征在于：所述参数是滤液中污染物的浓度，污染物浓度的增加表明性能退化，这需要改变流动的方向以清洁所述过滤元件的壁表面。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：包括使导入所述过滤室的至少一部分原料流体以顺流方向和逆流方向的一种流经所述过滤元件的壁，以及使导入所述室的所述原料流体的剩余物以错流渗出流经过所述过滤元件并进入渗出流线。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：其中所述流体以错流渗出流流经所述过滤元件的速度不大于4m/s，这有利于在所述过滤元件的表面上形成污染物材料的污垢层，从而借助于所述过滤元件和所述污垢层组合实现了其它污染物材料的过滤。9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于：使以错流渗出流流经所述过滤元件的原料流体的体积为所述原料流体总体积的至少5％。10.如权利要求7所述的方法，其特征在于：使以错流渗出流的所述流体以层流剖面流动，以促进污染物材料的污垢层形成在所述过滤元件的表面上，从而借助于所述过滤元件和所述污垢层的组合实现其他污染物材料的过滤。11.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述原料流体是含水的，并且将所述流体布置为以错流渗出流流动，使雷诺数不大于2500，以促进污染物材料的污垢层形成在所述过滤元件的表面上，从而借助于所述过滤元件和所述污垢层的组合实现其他污染物材料的过滤。12.如权利要求7所述的方法，其特征在于：将含有污染物的原料流体导至过滤室内的步骤包括：将所述原料流体导至含有至少一个过滤元件的过滤室内，所述过滤元件具有用于从所述原料流体过滤污染物的多个孔，所述孔的孔径不小于4微米；控制所述错流渗出流的一个或多个参数以促进污垢层形成在所述过滤元件的表面上，从而通过所述过滤元件和所述污垢层的组合实现污染物材料的过滤。13.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述至少一个过滤元件是中空的，并且其中所述方法包括使导入所述过滤室的至少一部分原料流体以以下方向的一种流动：A.顺流方向，其中所述流体以第一方向从所述元件的内部经过所述过滤元件的壁到所述过滤元件的外部；以及B.逆流方向，其中所述流体以第二相反的方向从所述元件的外部进过所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯威尼·克里斯多夫·威廉，
申请(专利权)人：水动力处理科技有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB