由生产水制备高纯度馏出物用于生成高压蒸汽的方法技术

本文所示的实施方案提供了用于由重油生产工业中生产的水生成高达100％质量高压蒸汽的基于蒸发的零液体排放方法。将去油的水在蒸发系统中处理，制得馏出物，这使得能够用在较高压力下工作的鼓式锅炉或者在较高气化速率下工作的一次通过蒸汽发生器(OTSG)产生蒸汽。将蒸发器排污在强制循环蒸发器中处理，提供可以使>98％的去油水再循环用于工业应用的零液体排放系统。本发明专利技术的例举的实施方案提供了至少一个“直集水槽”蒸发器和至少一个混合外部除雾器。通过在较高的焓下制得馏出物，这使高压锅炉预热要求最小化，本蒸发方法的实施方案在比现有技术的那些高的总效率下工作。

【技术实现步骤摘要】
由生产水制备高纯度馏出物用于生成高压蒸汽的方法本申请是申请日为2010年8月5日、申请号为201080001372.6、专利技术名称为“由生产水制备高纯度馏出物用于生成高压蒸汽的方法”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求了于2009年8月7日提交并且在此引入作为参考的美国临时专利申请号61/232,067的优先权。
本专利技术的实施方案涉及用于由重油生产工业中生产的水生成高质量高压蒸汽的方法和设备。
技术介绍
重油采收工艺采用“蒸汽驱油”技术，其中将蒸汽注入带有油的地层以改进重油的采收。一般而言，对于采收每个单位的油需要几个单位的蒸汽。重油是粘稠液体，来自蒸汽的热使油的粘度降低，使其流入生产井。在加热油的过程中，蒸汽冷凝。该冷凝的蒸汽被称为生产水。油和生产水的混合物通过生产井泵送到地面。油和生产水的混合物在油采收工作中典型的常规去油过程中分离成单独的馏分。由于重油采收通常需要的大量蒸汽，因此希望使生产水再循环用于重新使用。这需要处理生产水以使得其适合作为蒸汽发生器或锅炉的进料水。一般而言，使用单个蒸发器和机械蒸气压缩机处理生产水，用于生产馏出物作为锅炉进料水。不幸的是，生产水纯化和馏出物生产的现有方法具有缺陷和缺点，阻碍了以成本有效的方式实现所希望的馏出物纯度。通过在重油设备中注入深井地层处置废水的现有实践也不是非常环境节俭的方法。因此，需要更成本有效的用于处理生产水的系统，该系统可以生产用于蒸汽发生系统的相对纯的进料水流并且可以提供在重油设备中废物处置的环境友好的方法。蒸发技术已用于重油砂处理以生成适用于蒸汽生成的馏出物。例如，通过蒸汽注射工艺使蒸汽用于增强的油采收装置，该工艺使重油液化并且将重油输送到地面，在那里其可与水分离并且进一步精炼。从油中分离的生产水通过蒸发器加工。这将水加工成适用于蒸汽生成的馏出物。蒸汽发生器可以是一次通过蒸汽发生器(OTSG)或高压鼓式锅炉。传统机械蒸气压缩(MVC)蒸发技术使用垂直降膜蒸发器使生产水气化。夹带在该水蒸气中的液滴将保持夹带并且与冷凝的蒸气混合，污染馏出物质量。一般而言，这些液滴用位于蒸发器集水槽的环形区域中的除雾器除去。该内部除雾器仅提供了一个液滴消除阶段；因此，该工艺在可能实现的馏出物纯度方面有限。该不良方面限制了该馏出物的使用。由于该缺陷，必须设计鼓式锅炉并且在较低压力下工作。OTSG还在它们可以实现的气化速率方面受限。由于蒸发器集水槽中的静态体积，因此另外的问题随着传统纯化技术发生。传统蒸发器具有显著大于热交换器管束的直径。因此当降膜落入集水槽中，其主要直接向下移动，伴随着圆柱形集水槽的环形体积相对极少的搅动。该区域中缺少混合使得一些组分例如油和油脂积聚在该静态体积中。该设计中有几个固有的缺陷，包括：a)在正常工作期间油和油脂积聚在蒸发器系统中，b)需要致力于宽集水槽蒸发器中积聚的油的额外油除去步骤，c)蒸发器中较高的油和油脂浓度造成纯化馏出物中较大的油和油脂浓度，这污染主产物。传统处理方法的另一个显著缺陷是蒸发器系统在低于理想的热效率下工作。这要求从系统中除去过多的能量。传统方法通过从蒸发器系统中排出蒸汽实现能量平衡。由于该排出的蒸汽通常含有一定浓度的硫化氢和其它环境有害物质，因此排出的蒸汽是不适合于排入大气的废物流。相反，必须将其收集和处置在火炬、催化氧化器或其它处置系统中。该限制表现出显著的缺陷，因为其增加了资金成本和处置系统的工作成本。
技术实现思路
本文提供的实施方案可以克服由传统MVC蒸发系统生产的馏出物中溶解的固体造成的限制。制得高纯度馏出物，其可以允许鼓式锅炉较高的工作压力或者OTSG较高的气化速率。还减少或消除了井下(downbore)处置废水的需要。该新蒸发方法还连续在大于可用传统技术实现的总效率下生产该馏出物。专利技术的方法的实施方案包括增加离开蒸发器系统进入锅炉系统的馏出物的焓的控制方法。该较高的焓降低了锅炉预热负荷，增加了锅炉效率，因为取决于锅炉的工作压力，将锅炉进料水带至沸腾温度所需的燃气量降低多达5－10％。这不需要将锅炉排污与蒸发器进料水混合(这将增加可用于转移至馏出物的能量)而实现。该较高的焓用自动的预热器旁通管实现，该旁通管同时增加馏出物焓并且降低排出蒸发器工艺的毒性排出蒸汽的流动速率。本专利技术的实施方案可以包括一些或全部这些设计特征：·在降膜蒸发容器外面进行的除雾；·用多级：两级或更多级进行的除雾；·使用凝聚技术进行除雾；·用清洗溶液洗涤水蒸气以除去不希望的挥发性化合物；·除雾器清洗以防止固体积聚；·直集水槽垂直降膜蒸发器；·蒸发器进料水与氢氧化钠反应，使蒸发容器的硬上游沉淀；·蒸发器在高pH下工作。一般而言在25℃下测量，pH为9.5－13.0，以减少腐蚀潜在可能性和允许使用较贫的冶金。·预热器部分旁通管，通过使到达锅炉系统的馏出物焓最大化增加总的设备效率；·预热器部分旁通管，减少生成通常含有硫化氢和其它环境有害化合物的毒性排出蒸汽；·双分布塔板以使盐水均匀分布在垂直管的管壁圆周的周围；和·使用强制循环蒸发、干燥技术、旋转分离和/或过滤实现的零液体排放。附图说明图1提供了表示生成高压蒸汽同时实现零液体排放的蒸发系统的流程图。图2是表示双分布塔板和粗滤器的蒸发器顶盖。图3是传统的宽集水槽蒸发器与本专利技术实施方案中发现的直集水槽蒸发器的比较。图4是直集水槽垂直管降膜蒸发器和外部除雾器。图5是具有内部除雾器的传统宽集水槽降膜蒸发器。图6是显示生产高纯度馏出物的高效率除雾和蒸气清洁系统的图。图7显示强制循环蒸发器系统。图8显示水平管降膜蒸发器。图9显示流过蒸发器宽集水槽的流体的计算流体动力学研究的结果：显示通过内核的高向下流速和外环中大的静态体积。具体实施方式生产水是从油井生产液中提取的水。在本专利技术的实施方案中，该流体以去油状态送入蒸发器系统，所述蒸发器系统通过生成适用于再循环作为锅炉进料水的高纯度馏出物来处理生产水。将生产水送入具有或不具有补充水(新鲜或微咸)、锅炉排污和其它废水流的蒸发器系统。方块流程图(图1)显示进入蒸发器系统并且通过垂直降膜蒸发器系统和/或强制循环蒸发器系统加工实现零液体排放(ZLD)的这些物流。消泡剂、防垢剂、分散剂和强碱可以加入系统。系统使大于98％的进料水作为高纯度馏出物再循环。通过环境保护协会(EPA)油漆过滤器测试(“评价固体废物的测试方法，物理/化学方法”：美国政府公开SW846：方法9095B)的干燥固体与排出的蒸汽一起从系统排出。进料流在反应釜中合并，在那里加入氢氧化钠(强碱)与进料水中的硬度反应以使进料水软化。在25℃下，反应室pH保持接近10.5。增加的进料水的高pH软化的优点在于盐水在蒸发器系统中在升高的pH(通常高于10.5的pH)下浓缩。在材料科学团体中公认的是在高pH下存在的脱气的高氯化物环境消除了腐蚀潜在可能性并且允许使用较贫的冶金用于构造蒸发器系统。这些较贫的冶金将通常包括等级316LSS、2304Duplex和2205Duplex。(316SS是一种常用的工业奥氏体不锈钢等级。Duplex不锈钢是用奥氏体和铁素体相的组合制成的钢。该组合相造成Duplex钢与简单的奥氏体等级相比具有优良的强度和耐腐蚀性。)这排除了使用高级冶金的需要，减少了系统的资金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产水的方法，包括：(a)提供水流；(b)进行以下步骤中的至少一者：通过使钙和镁从水流中沉淀提高所述水流的pH以提供在高pH下的水流的步骤，和通过将酸加入补充水降低所述补充水的pH由此制得从所述补充水中除去的游离二氧化碳的步骤；(c)在热交换器中将所述水流预热；(d)将所述水流脱气；(e)在包括蒸发器的第一蒸发阶段中通过生成水蒸气流使所述水流预浓缩；和(f)在浓缩前在蒸发容器外面的除雾器中将所述水蒸气流除雾以减小固体含量，由此产生高纯度馏出物流，其中除雾步骤包括这些阶段：在至少一个粗除去百叶板中处理所述水蒸气流，用至少一个筛网凝聚垫处理所述水蒸气流，和在至少一个抛光百叶板中处理所述水蒸气流。

【技术特征摘要】
2009.08.07 US 61/232,0671.一种用于纯化工业过程中产生的水的方法，包括：(a)提供水流；(b)通过使钙和镁从所述水流中沉淀提高所述水流的pH以提供在高pH下的水流的步骤；(c)在热交换器中将所述水流预热；(d)将所述水流脱气；(e)在包括蒸发器的第一蒸发阶段中通过生成水蒸气流使所述水流预浓缩；和(f)在浓缩前在所述蒸发器外面的除雾器中将所述水蒸气流除雾以减小固体含量，由此产生高纯度馏出物流，其中除雾步骤包括这些阶段：在至少一个粗除去百叶板中处理所述水蒸气流，用至少一个筛网凝聚垫处理所述水蒸气流，和在至少一个抛光百叶板中处理所述水蒸气流。2.权利要求1的方法，其中所述第一蒸发阶段是垂直降膜蒸发器。3.权利要求2的方法，其中所述垂直降膜蒸发器是直集水槽垂直降膜蒸发器。4.权利要求2的方法，其中第一蒸发阶段中的水蒸气流再循环到蒸发器顶部，和在分布于上管板上之前级联通过多个水平分布塔板，并且随后均匀分布在蒸发器管中。5.权利要求1的方法，其中所述第一蒸发阶段中的蒸发器是水平喷膜蒸发器。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：D·P·比约克兰德，G·J·曼迪格，R·M·肖恩，J·M·马雷特，C·逖瓦利，
申请(专利权)人：水技术国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US