本申請(qǐng)要求在2014年7月22日提交的美國(guó)申請(qǐng)?zhí)?2/027,484的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)申請(qǐng)的內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合在此用于全部目的。

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于將工藝液體回收的方法，特別是從含有工藝液體、水和堿土金屬陽(yáng)離子的進(jìn)料流中回收的方法。

發(fā)明背景

在從油井和氣井開采天然氣的過(guò)程中，使用工藝液體，比如醇和二醇。因此，典型的工藝液體包括醇和二醇，如單-、二-或三-甘醇(分別是MEG、DEG和TEG)。當(dāng)在開采天然氣的過(guò)程中被使用時(shí)，工藝液體迅速變得被水(例如，從來(lái)自地層的產(chǎn)出水)以及堿金屬陽(yáng)離子(如鎂、鈣等)和其他污染物(主要是溶解的鹽，如氯化鈉)所污染。堿土金屬陽(yáng)離子的非水溶性鹽是在為了再利用而回收工藝液體的系統(tǒng)中所使用的熱交換器、再沸器、輸送管線、泵、閥等中的污垢的常見原因。

美國(guó)專利號(hào)5,152,887；5,158,649；5,389,208；5,441,605；5,993,608；和6508916(它們?nèi)客ㄟ^(guò)引用結(jié)合在此用于所有目的)涉及在氣體加工(包括從油井和/或氣井開采天然氣)中所用的工藝流體的回收(recovery)或收(reclamation)。

如上文提到的，在天然氣開采中所用的工藝液體如MEG變得被堿土金屬陽(yáng)離子(主要是鈣和鎂)所污染。目前，為了處理伴有上述相關(guān)問題的可以形成基本上非水溶性的鹽的這些陽(yáng)離子，通常試圖在任何再生和/或收回之前，通過(guò)使用沉淀劑如碳酸鹽、碳酸氫鹽、氫氧化物等進(jìn)行陽(yáng)離子的沉淀來(lái)移除這些陽(yáng)離子。在將工藝液體回收之前的這種“先期的”用于移除堿性金屬陽(yáng)離子的預(yù)處理總是涉及設(shè)備，比如停留槽、閥、泵、管、過(guò)濾器、壓濾機(jī)和其他常用于在將工藝液體再生和/或收回之前將沉淀的固體從工藝液體中分離的設(shè)備。簡(jiǎn)而言之，用于移除堿土金屬陽(yáng)離子的預(yù)處理是昂貴的，并且可能涉及使用寶貴的空間，例如，如果系統(tǒng)是在海上平臺(tái)上的話。

發(fā)明概述

一方面，本發(fā)明提供用于將工藝液體從含有所述工藝液體和堿土金屬陽(yáng)離子的進(jìn)料流中回收的方法。

在另一方面，本發(fā)明提供一種用于將工藝液體從含有所述工藝液體、水和至少一種堿土金屬陽(yáng)離子的物流中回收的方法。

在還另一方面，本發(fā)明提供用于將工藝液體從含有所述工藝液體、水、溶解的鹽和至少一種堿土金屬陽(yáng)離子的進(jìn)料流中回收的方法。

本發(fā)明的這些和其他特征和優(yōu)點(diǎn)將由以下詳述變得明顯，其中參考了附圖中的圖。

附圖簡(jiǎn)述

圖1是本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)施方案的示意性流程圖。

圖2是本發(fā)明的方法的另一個(gè)實(shí)施方案的示意性流程圖。

圖3是本發(fā)明的方法的還另一個(gè)實(shí)施方案的示意性流程圖。

優(yōu)選實(shí)施方案詳述

盡管將特別參照在油氣開采中使用的進(jìn)料流來(lái)描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此?；旧?，本發(fā)明的方法可以在其中存在工藝物流或液體(不過(guò)是用過(guò)的)的任何方法中使用，所述這些工藝物流或液體已經(jīng)被形成基本上非水溶性鹽的堿土金屬陽(yáng)離子(AMC)所污染。如本文所使用的術(shù)語(yǔ)“基本上非水溶性鹽”指的是鹽或其混合物，其中在0℃，一種或多種所述鹽在水中的溶解度小于約0.5重量％。

基本上，本發(fā)明的方法可以包括單獨(dú)的或與再生階段組合的收回階段。關(guān)于再生階段，在油氣生產(chǎn)中，常見的是在開采期間向井中注入工藝液體(例如，醇和二醇)以緩解氣體水合物或籠形包合物的形成。因?yàn)檫@些工藝液體不可能被容易處置并且也由于它們是昂貴的，所以必須使用在上述專利中描述的方法將它們回收，用于再利用。來(lái)自井的進(jìn)料流，例如，含有用過(guò)的工藝液體的物流，總是含有來(lái)自地層的水、冷凝的水、變化量的鹽(例如，氯化鈉)、和其他污染物(例如，AMC)。通常，如果鹽含量低，例如小于進(jìn)料流的約3重量％，則再生(基本上是分餾)有時(shí)將足以回收工藝液體。在再生中，在分餾塔中將水從工藝液體分離，水成為塔頂物流，工藝液體作為塔底物流被回收。然而，在從井返回的進(jìn)料流除了工藝液體和水之外還含有大量溶解的或懸浮的鹽的情況下，則必須使用收回步驟或再生和收回的組合。

接著參照?qǐng)D1，顯示了對(duì)于具有含有高鹽含量(例如大于約3.0重量％)的進(jìn)料流源的收回工藝的工藝流程示意圖。將來(lái)自源10的包含例如工藝液體、水、溶解和懸浮的鹽和至少一種AMC的進(jìn)料流經(jīng)由管線11引入閃蒸器12中，從其制備塔頂蒸氣流14和塔底殘余物流16。塔頂流14包含水、工藝液體、和任何其他揮發(fā)性物質(zhì)，并且被引入產(chǎn)物處理段18中。產(chǎn)物處理段18可以包含分餾塔和各種其他用于固-液、液-液和氣-液分離技術(shù)的設(shè)備。將純化的工藝液體從產(chǎn)物處理段18經(jīng)由物流20移除，用于再利用。產(chǎn)物處理段18的部分以及閃蒸器12經(jīng)由管線22和真空系統(tǒng)24而處于減壓下。

16表示的從閃蒸器12移除的殘余物流經(jīng)由泵26、管線28、熱交換器30和在線混合器32作為再循環(huán)流經(jīng)由管線34通到閃蒸器12。顯然的是，再循環(huán)流可以在被引入閃蒸器12中之前與來(lái)自進(jìn)料源10的進(jìn)料流11混合。有效地，由物流12、16、26、28、30、32和34等形成的回路R₁是強(qiáng)制再沸器再循環(huán)回路。

存在沉淀劑源36，從中，一種或多種沉淀劑可以經(jīng)由管線38和11被引入閃蒸器12中，以實(shí)現(xiàn)AMC沉淀物的形成。

將包含溶解的液體(包括少量工藝液體)、溶解的鹽、以及固體(包括AMC的沉淀物)的管線16中的殘余物流的一部分經(jīng)由管線40移除，并引入殘留物處理區(qū)42中。在殘留物處理區(qū)42中，可以將殘余物分離成固體和液體廢棄流，所述固體包括任何原始存在于來(lái)自源10的進(jìn)料流中的固體和任何在閃蒸器12中形成的固體。如果需要，可以通過(guò)任何固-液方法或本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其他分離技術(shù)將固體從液體中分離，并且可以以一個(gè)或多個(gè)物流，例如，物流44，排出到合適的廢物排出接收器46。

來(lái)自進(jìn)料源10的進(jìn)料流的組成可以寬泛地變化，特別是在用于從井中開采油和/或氣的過(guò)程中使用的工藝液體的情況下。然而，正如提到的，它總是將含有工藝液體、水、溶解的鹽、和至少一種AMC。

正如提到的，閃蒸器12處于減壓下，并且通常在約0.03至約0.99巴的壓力下和約40至約165℃的溫度下操作，這取決于進(jìn)料流的組成。無(wú)論是直接再循環(huán)到閃蒸器12還是在管線11中與進(jìn)料流混合，殘余物經(jīng)過(guò)再循環(huán)回路R₁的循環(huán)通常都以約10ft/s以上、優(yōu)選約10至約20ft/s的流量進(jìn)行。

來(lái)自產(chǎn)物處理段18的固體、水和其他任何廢物可以經(jīng)由管線43移除并引入殘留物處理區(qū)42中并為了處置進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼?/p>

正如上文提到的，本發(fā)明的主要目的之一是移除AMC，且更具體地，是從進(jìn)料流移除AMC的鹽。為此，并且正如上文討論的，將一種或多種合適的沉淀劑從沉淀劑源36經(jīng)由管線38引入，經(jīng)由管線11到閃蒸器12中。但是應(yīng)理解，如果需要，可以將一種或多種沉淀劑引入殘余物再循環(huán)回路R₁中或直接引入容器12中。沉淀劑的引入允許在此收回階段期間移除AMC沉淀物，這與需要在將進(jìn)料流引入收回階段中之前對(duì)進(jìn)料流進(jìn)行任何預(yù)處理相反。

沉淀劑可以是眾多陰離子中的任何一種，所述陰離子將與在來(lái)自進(jìn)料源10的進(jìn)料流中存在的一種或多種AMC反應(yīng)形成基本上非水溶性的鹽。AMC可以是任何一種堿土金屬陽(yáng)離子，但通常將是鋇、鈣、鎂或鍶中的一種，并且尤其是鈣和/或鎂。合適的沉淀劑優(yōu)選包括水溶性的鹽，如水溶性的碳酸鹽、碳酸氫鹽、氫氧化物、硫酸鹽、某些二價(jià)羧酸鹽比如草酸鹽等。加入的一種或多種沉淀劑的選擇和用量將取決于哪些具體的AMC存在和存在多少。這可以容易地通過(guò)對(duì)來(lái)自進(jìn)料源10的進(jìn)料流的公知的分析確定，但這是進(jìn)料流的函數(shù)。

現(xiàn)在參照?qǐng)D2，顯示了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的示意性流程圖，其中存在如通過(guò)虛線框A示出的再生器段和如通過(guò)虛線框B示出的收回器段。接著參照?qǐng)D2，將來(lái)自進(jìn)料源52的進(jìn)料流50引入到基本上是分餾塔的再生器塔54中。將塔頂流經(jīng)由管線56從塔54移除，同時(shí)將殘余物/塔底流經(jīng)由管線58從塔54移除。將殘余物流分成兩部分，第一部分通過(guò)包含管線60、泵62、管線64、熱交換器68和在線混合器70的R₂的強(qiáng)制再循環(huán)回路R₂，以被重新引入塔54中。這部分殘余物流可以備選地在管線50中與進(jìn)料混合，以被引入塔54中。

塔頂流經(jīng)由管線56通過(guò)包含冷凝器72和管線74的回流回路，回到塔54中。將塔頂流的餾分經(jīng)由管線75送到殘留物處理段76，殘留物處理段76執(zhí)行與關(guān)于圖1的實(shí)施方案的產(chǎn)物處理段18所描述的功能基本上相同的上述功能。在這點(diǎn)上，應(yīng)注意，來(lái)自進(jìn)料源52的進(jìn)料包含工藝液體、水、任何溶解的鹽、和至少一種AMC。因此，來(lái)自塔54的在管線56中的塔頂蒸氣主要包含水，因?yàn)樵诒景l(fā)明的所有實(shí)施方案中，工藝液體都包含比水更高沸點(diǎn)的材料。

將來(lái)自管線58的殘余物流的第二部分經(jīng)由管線78、泵80和管線82送到形成收回器段B的一部分的整體顯示為84的收回器中。為了全部意圖和目的，收回器84在與圖1中所示的收回實(shí)施方案的情況中基本上相同的溫度、壓力、再循環(huán)流量等條件下被操作。從收回器84移除的塔頂流86非常類似于在圖1中所示的實(shí)施方案中從閃蒸器12移除的塔頂流14。以相似的形式，將管線86中的塔頂餾分引入產(chǎn)物處理段88中。正如在圖1中所示的實(shí)施方案中的情況，在收回器段B中的收回器84經(jīng)由真空源90和管線92處于減壓下。正如在圖1中所示的實(shí)施方案中的情況，經(jīng)由本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的和上文關(guān)于圖1的實(shí)施方案討論的合適的分離技術(shù)，將純化的工藝液體經(jīng)由管線94移除并送到產(chǎn)物回收段96，用于再利用。

正如在圖1中所示的實(shí)施方案中的情況，將來(lái)自收回器84的底部或殘留物餾分經(jīng)由管線85移除并送到殘留物處理段76。

經(jīng)由沉淀劑源100和管線102，將一種或多種沉淀劑的第一部分經(jīng)由管線104和管線50引入塔54中。將來(lái)自沉淀劑源100的一種或多種沉淀劑的第二部分經(jīng)由管線104、閥106和管線108引入如在上文關(guān)于圖1的實(shí)施方案討論的收回器84中。正如提到的，在管線108中的沉淀劑與來(lái)自塔54的殘余物流混合，并與該殘余物流一起被引入收回器84中。因此，將一種或多種沉淀劑引入再生器段A和收回器段B兩者中。

還存在從產(chǎn)物處理段88經(jīng)由管線110移除的殘留物餾分，其被送到殘留物處理段76，如上文關(guān)于圖1的實(shí)施方案所述，殘留物處理段76起到影響固-液分離的作用，用于通過(guò)一條或多條排放管線112排出到廢物接收器114中。

形成收回器84的一部分的閃蒸器的條件基本上與上文關(guān)于圖1的實(shí)施方案所述的那些相同。

關(guān)于塔54，塔54基本是一個(gè)分餾器，其中將較輕的水餾分經(jīng)由管線56從塔頂取走而將工藝液體、鹽(包括AMC的鹽)和其他較重物質(zhì)的經(jīng)由管線58移除。強(qiáng)制再循環(huán)回路R₂在與上文關(guān)于圖1的實(shí)施方案所述的強(qiáng)制再循環(huán)回路R₁基本上相同的條件下被操作。通常，塔54將在0.9至2巴的壓力和在95至135℃的溫度運(yùn)行。

要理解的是，通常將在來(lái)自源52的進(jìn)料流具有大于約3重量％的比較高的溶解的鹽含量時(shí)，使用圖2的實(shí)施方案。在這些條件下，在再循環(huán)回路R₂中的循環(huán)著的鹽可以隨著在再循環(huán)回路R₂中減少的水含量變得高度濃縮。因此，在圖2所示的實(shí)施方案中，當(dāng)在再循環(huán)回路R₂中的水達(dá)到相對(duì)于鹽含量的預(yù)定水平時(shí)，正如所示，會(huì)將殘余物的一部分引入收回段B中。如果需要，可以使用控制閥79完成這種將殘余物流從管線58的分開。

一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)在再循環(huán)回路R₂中的水含量降到低于再循環(huán)流的約80重量％時(shí)，會(huì)使用圖2的實(shí)施方案，其中將殘余物流的至少一部分送到收回段B。要理解的是，因?yàn)檫M(jìn)料源52的不同的性質(zhì)，鹽的組成、水和其他成分可以大范圍變化，所以在再循環(huán)回路R₂中的水含量通過(guò)經(jīng)過(guò)管線75排出到殘留物處理段76來(lái)控制。這樣，相對(duì)于經(jīng)由管線82被送到收回器段B的管線58中的殘余物的量調(diào)節(jié)/控制通過(guò)再循環(huán)回路R₂循環(huán)的殘余物58的量，屬于本領(lǐng)域技術(shù)。

現(xiàn)在參照?qǐng)D3，示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案。圖3中所示的實(shí)施方案非常類似于圖2中所示的實(shí)施方案，不同之處在于在圖3中所示的實(shí)施方案中，從進(jìn)料源52A發(fā)出的進(jìn)料流具有的鹽含量(主要是被溶解了的鹽)也是3重量％。為了在工藝液體的再利用中更嚴(yán)格地控制返回到井下的溶解的鹽的濃度，將來(lái)自塔54的再循環(huán)流管線82A的一部分引入到澄清/分離系統(tǒng)200中，從該分離系統(tǒng)中移除事實(shí)上無(wú)固體的餾分，該餾分包含工藝液體、必不可少的濃度的水和殘余的溶解的鹽，該餾分經(jīng)由管線202被轉(zhuǎn)移到產(chǎn)物處理段88。將來(lái)自段200的第二餾分，其包含固體、溶解的鹽、水和任何其他殘留物類型材料，經(jīng)由管線204移除并引入收回器84中。在收回器84中，事實(shí)上將全部溶解的鹽和固體移除并經(jīng)由管線55引入到殘留物處理區(qū)76，以最終經(jīng)由管線112移除到殘留物排出位置114。將高純的工藝液體和水引導(dǎo)到產(chǎn)物處理區(qū)88，用于最終與管線202的內(nèi)容物重新組合，隨后經(jīng)由管線94遞送到產(chǎn)物回收段96，用于再利用。在再生器區(qū)A中的再生器塔54中的條件通常正如上文關(guān)于在圖2的實(shí)施方案中所示的再生器54所述的那些。同樣，在圖3中所示的實(shí)施方案的收回器84中的條件類似于上文關(guān)于在圖2的實(shí)施方案中所示的收回器84所述的那些。

經(jīng)由沉淀劑源100，將一種或多種沉淀劑的第一部分經(jīng)由管線102和管線50引入塔54中。將來(lái)自沉淀劑源100的一種或多種沉淀劑的第二部分經(jīng)由管線104、閥106和管線108引入如在上文關(guān)于圖1的實(shí)施方案討論的收回器84中。正如提到的，在管線108中的沉淀劑與經(jīng)由管線204來(lái)自澄清段200的第二流混合，并與該殘余物流一起被引入收回器84中。因此，將一種或多種沉淀劑引入再生器段A和收回器段B兩者中。

正如可以從上文看到的，本發(fā)明的方法提供了簡(jiǎn)單、高效的方式，將堿土金屬陽(yáng)離子的通常非水溶性的鹽/沉淀劑從工藝流體(如在油氣開采中使用的那些)分離。尤其是，利用在許多在先專利中公開和要求保護(hù)的以及如本文關(guān)于圖1、2和3的實(shí)施方案所述的強(qiáng)制再循環(huán)再沸器回路，消除了對(duì)用過(guò)的工藝液體為了在將它們?cè)偕?或收回之前移除AMC鹽所進(jìn)行預(yù)處理的需要。要理解的是，如果需要，可以將再生器段安裝在收回器段的下游，特別是，例如，在圖1所示的實(shí)施方案中或與其整合的實(shí)施方案中。

關(guān)于對(duì)含有AMC鹽或其他的固體的物流的處理，可以使用傳統(tǒng)的固-液分離過(guò)程，因此可以使用沉積槽、離心分離機(jī)、壓濾機(jī)等。此外，在一些其中進(jìn)料流的溶解的鹽的含量高的情況下，可以適宜的是在殘留物處理段經(jīng)由本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方法選擇性地將這些可溶性鹽從通常非水溶性鹽移除。在再其他的情況下，可以將溶解的鹽和沉淀的固體一起移除和處置。

盡管本文已相當(dāng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方案，但這僅僅是為了解釋本發(fā)明的各種方面的目的這樣做，并且不意在限制如后附權(quán)利要求中所限定的本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，所示的和所述的實(shí)施方案是示例性的，并且可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，在本發(fā)明的實(shí)踐中，作出各種其他替代、變更或改變，包括但不限于本文具體討論的那些設(shè)計(jì)備選。