專利名稱：一種高鹽油田污水處理和稠油開采相結(jié)合的裝置及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高鹽油田污水處理和稠油開采相結(jié)合的裝置及工藝，屬于節(jié)能減排、有益于環(huán)保的污水處理技術(shù)領(lǐng)域。該處理系統(tǒng)將油田污水處理與稠油開采高效的結(jié)合起來，從而實(shí)現(xiàn)油田采出水的深度處理和資源再利用。
背景技術(shù)：
油田污水是伴隨石油開采過程中主要的副產(chǎn)物，隨著我國石油開采進(jìn)入中后期， 為滿足地層開采壓力注入的水和蒸汽量都在增加，伴生的油田污水也越來越多，處理壓力很大。另外，油田污水成分還很復(fù)雜，含有大量的固體溶解物、懸浮物、膠體、泥沙、微生物、 氣體、大分子有機(jī)物以及原油等，給油田污水的處理帶來了很大難題?，F(xiàn)有的處理方法包括凈化和淡化兩部分，其中凈化方法有重力分離法、氣浮法、粗?；?、超濾法、曝氣法、臭氧法、生物處理方法等，淡化方法有離子交換軟化法、石灰石軟化法、反滲透、以及蒸餾法等， 現(xiàn)有油田污水的處理方法是根據(jù)水質(zhì)特點(diǎn)使用以上不同方法的組合工藝。這些工藝在處理高有機(jī)物以及高鹽污水時(shí)，存在溶解物處理不徹底、膜污染嚴(yán)重、設(shè)備腐蝕快等一系列問題，使得處理工藝受水質(zhì)限制很大，因此探究新的高效處理高鹽油田污水的技術(shù)顯得很有必要，也很迫切。另外，隨著常規(guī)石油資源過度開采和消耗，我國開始大力開采稠油資源，針對(duì)稠油高黏度問題，目前我國主要是采用注蒸汽開采，蒸汽消耗量之大也給油田開采帶來了難題。 近年來對(duì)于注蒸汽和N2, CO2、空氣等混合氣開采稠油取得了很大的成效，根據(jù)稠油資源情況，針對(duì)不同油田資源特點(diǎn)，蒸汽與氣體都有一個(gè)最佳匹配比例，進(jìn)行稠油開采，實(shí)現(xiàn)能源的有效利用。鑒于高鹽油田污水處理難題和稠油開采情況，本發(fā)明提供了一種高鹽油田污水處理和稠油開采相結(jié)合的裝置及工藝，實(shí)現(xiàn)了高鹽油田污水深度處理和能源的高效利用。本發(fā)明的核心裝置一高壓水中焚燒蒸發(fā)器是把燃料與空氣燃燒產(chǎn)生的高溫火焰通過燃燒噴嘴直接噴射到污水中，進(jìn)行快速的換熱蒸發(fā)，產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽以及高溫濃縮液的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種高鹽油田污水處理和稠油開采相結(jié)合的裝置及工藝，裝置包括高壓水中焚燒蒸發(fā)器、多級(jí)閃蒸裝置、噴霧蒸發(fā)器、注汽鍋爐、不同規(guī)格泵等，通過產(chǎn)生的高溫高壓二次蒸汽和氣體、與注汽鍋爐結(jié)合起來，以一定比例開采稠油，實(shí)現(xiàn)能源的充分利用實(shí)現(xiàn)了高鹽油田污水的深度處理，兼獲淡水和鹽漿，實(shí)現(xiàn)真正意義上的零排放。該處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、高效、經(jīng)濟(jì)，是一種穩(wěn)定可靠的油田污水處理新技術(shù)。本發(fā)明的技術(shù)方案為本發(fā)明的裝置包括一個(gè)高壓水中焚燒蒸發(fā)器，高壓水中焚燒蒸發(fā)器是以燃料為能源，把燃燒產(chǎn)物以及火焰直接噴射到污水中，使污水中的有機(jī)物迅速氧化，污水快速換熱蒸發(fā)，最終得到高溫高壓蒸汽-氣體混合物的設(shè)備。其上安裝有進(jìn)口燃料、空氣以及進(jìn)口油田污水管路，內(nèi)部有核心設(shè)備噴射燃燒單元以及蒸發(fā)單元，污水管路上安裝有高壓油泵。具體結(jié)構(gòu)如下包括供燃料和助燃空氣在其內(nèi)燃燒的噴射燃燒單元和處理污水的蒸發(fā)單元，燃燒結(jié)構(gòu)與蒸發(fā)室結(jié)為一體。噴射燃燒單元主要由燃料進(jìn)口管、燃料空氣混合室、混合氣加速管以及燃燒室組成，燃燒設(shè)備內(nèi)部襯有耐火材料；燃燒室主體的下部引出燃燒噴管，燃燒噴管上設(shè)置有多個(gè)燃燒噴嘴，燃燒噴管的內(nèi)徑要小于燃燒室的內(nèi)徑，以便使得燃燒產(chǎn)物以及火焰獲得較高的流速，一般為燃燒室速度的5-10倍，使得火焰能夠有足夠動(dòng)力經(jīng)噴嘴噴出， 同時(shí)高速可避免物料堵塞噴頭通道。燃燒噴管完全浸沒于液體中；燃料進(jìn)口管設(shè)有燃料調(diào)節(jié)裝置；燃燒設(shè)備的燃料進(jìn)口管附近設(shè)有調(diào)節(jié)空氣注入量的空氣調(diào)節(jié)裝置；蒸發(fā)室上側(cè)有高溫高壓蒸汽及廢氣排出的排氣筒，排氣筒上 安裝有壓力調(diào)節(jié)閥；蒸發(fā)室中部有污水進(jìn)液管，設(shè)置有進(jìn)料調(diào)節(jié)閥；蒸發(fā)室下部設(shè)置有濃縮液排出控制閥。高壓水中焚燒蒸發(fā)器其產(chǎn)生的蒸汽壓力與溫度是有排氣管道上的壓力調(diào)節(jié)閥來控制的，一般稠油蒸汽開采的溫度在250-300°C，該裝置可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)溫度，甚至更高，壓力就是蒸汽溫度下對(duì)應(yīng)的混合氣_汽壓力。噴射燃燒單元的燃燒室接有燃燒噴管，可直接把燃燒的火焰噴射到污水中，快速換熱蒸發(fā)產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，其蒸汽溫度以及壓力是由排氣筒管路上的壓力調(diào)節(jié)閥來控制的。為了滿足生產(chǎn)工藝需要，高壓水中焚燒蒸發(fā)器內(nèi)的燃燒噴管可以使用直管或U型管。高壓水中焚燒蒸發(fā)器安裝有排氣筒，蒸發(fā)器下部通過濃縮液排出管道與多級(jí)閃蒸裝置連接；多級(jí)閃蒸罐一側(cè)連接有冷卻水進(jìn)口管路、淡水輸出泵、濃縮液輸出泵，另一側(cè)接有鍋爐給水泵。噴霧蒸發(fā)器左側(cè)分別與廢氣輸入管路和鹽水泵相接，內(nèi)部安裝有噴嘴，以便快速噴霧蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)零排放；注汽鍋爐的蒸汽輸出管道與高壓水中焚燒蒸發(fā)器的氣-汽輸出管道相連，使蒸汽-氣體以一定的比例開采稠油。高壓水中焚燒蒸發(fā)器內(nèi)部要保持高壓環(huán)境，進(jìn)口燃料以及助燃劑空氣均要具備一定的高壓，而且蒸發(fā)器要具備安全措施。高壓油泵、濃縮液輸送泵、淡水輸出泵和鍋爐給水泵均要使用高壓輸液泵，以滿足
工藝需要ο本發(fā)明的工藝步驟如下(1)除有機(jī)物，升溫蒸發(fā)獲得高溫高壓蒸汽工序經(jīng)過沉降除污泥、懸浮物以后的油田污水，通入到高壓水中焚燒蒸發(fā)器內(nèi)，與高溫燃燒產(chǎn)物迅速換熱蒸發(fā)，同時(shí)除去有機(jī)物；兼獲得的高溫高壓蒸汽與氣體，其溫度一般250-400°C之間，甚至可以更高，壓力為其溫度對(duì)應(yīng)的混合氣_汽壓力。(2)高鹽污水閃蒸工序，它包括經(jīng)高壓水中焚燒蒸發(fā)工序后的污水進(jìn)入多級(jí)閃蒸罐，閃蒸獲得蒸汽；(3)實(shí)現(xiàn)零排放工序，它包括閃蒸后的高鹽高黏污水進(jìn)入噴霧蒸發(fā)室，進(jìn)一步濃縮，鹽漿回收，實(shí)現(xiàn)零排放；(4)回收淡水工序，它包括冷卻水進(jìn)入多級(jí)閃蒸罐冷卻閃蒸蒸汽，獲得淡水；
(5)稠油開采工序，它包括經(jīng)過鍋爐產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽與高壓水中焚燒蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽-氣體以一定的比例混合，進(jìn)行稠油開采。本發(fā)明的有益效果是

(1)本發(fā)明的高鹽油田污水處理和稠油開采相結(jié)合的裝置及工藝，實(shí)現(xiàn)了高鹽油田污水的有效處理和稠油開采的有機(jī)結(jié)合。(2)該高鹽油田污水處理和稠油開采相結(jié)合的裝置及工藝，對(duì)油田污水的預(yù)處理要求低，只需要進(jìn)行污泥和懸浮物處理即可，避免了膜法對(duì)污水預(yù)處理要求高的問題，使得工序更簡單，易行。(3)該高鹽油田污水處理和稠油開采相結(jié)合的裝置及工藝，實(shí)現(xiàn)了原油以及大分子有機(jī)物的高效處理，甚至原油可作為燃料能源被再利用。(4)該高鹽油田污水處理和稠油開采相結(jié)合的裝置及工藝，可有效的避免高鹽結(jié)垢腐蝕設(shè)備問題，設(shè)備投資少；高壓水中焚燒換熱蒸發(fā)，可有效解決高黏油田污水傳熱效率低問題，實(shí)現(xiàn)高效換熱升溫、蒸發(fā)。(5)該高鹽油田污水處理和稠油開采相結(jié)合的裝置及工藝，高壓水中焚燒蒸發(fā)可以產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽-氣體混合物，與鍋爐產(chǎn)生的蒸汽一起以一定的比例匹配開采稠油。(6)該高鹽油田污水處理和稠油開采相結(jié)合的裝置及工藝，多級(jí)閃蒸鹽水最高溫度可到達(dá)250°C，甚至更高，實(shí)現(xiàn)非常規(guī)閃蒸，可獲得高品質(zhì)淡水資源，同時(shí)蒸汽冷凝熱可給鍋爐給水進(jìn)行預(yù)熱，實(shí)現(xiàn)了能源的高效利用。(7)該高鹽油田污水處理和稠油開采相結(jié)合的裝置及工藝，噴霧蒸發(fā)器可實(shí)現(xiàn)高鹽水的進(jìn)一步濃縮，實(shí)現(xiàn)真正的零排放，產(chǎn)生的二次蒸汽與廢氣熱量再利用，也可直接外排，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。


圖1本發(fā)明的工藝流程圖。圖2本發(fā)明的高壓水中焚燒蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中1高壓油泵；2燃燒管；3高壓水中焚燒蒸發(fā)器；4注汽鍋爐；5噴霧蒸發(fā)器； 6濃縮液輸送泵；7淡水輸出泵；8多級(jí)閃蒸裝置；9鍋爐給水泵。圖2中21進(jìn)料控制閥，10空氣調(diào)節(jié)裝置，11燃料調(diào)節(jié)裝置，12燃料進(jìn)口管，13燃料空氣混合室，14混合氣加速管，15 二次空氣管，16燃燒室，2燃燒噴管，17燃燒噴嘴，18濃縮液控制閥，3蒸發(fā)室，19排氣筒，20壓力調(diào)節(jié)閥。
具體實(shí)施例方式如圖2所示，高壓水中焚燒蒸發(fā)器具體實(shí)施步驟如下首先燃料和空氣分別由燃料調(diào)節(jié)裝置(11)、空氣調(diào)節(jié)裝置(10)來完成量的匹配，在燃料空氣混合室(13)內(nèi)充分混合，混合氣加速管(14)內(nèi)加速，然后混合氣從底部孔道噴射出去，在燃燒室(16)內(nèi)形成混合對(duì)射氣流燃燒，根據(jù)需要可從二次空氣管(15)補(bǔ)充二次空氣，形成交叉對(duì)射混合氣流， 使燃燒更充分。燃燒延續(xù)到燃燒噴管(2)，經(jīng)過加速升壓后，火焰通過燃燒噴嘴直接噴射到污水中，在蒸發(fā)室(3)內(nèi)快速換熱、蒸發(fā)，二次(18)控制排出，二次蒸汽的壓力、溫度由壓力調(diào)節(jié)閥(20)來控制。最終可以得到高溫高壓的氣-汽混合物，以及濃縮液。
對(duì)于整個(gè)工藝流程，如圖1所示，包括高壓水中焚燒蒸發(fā)器、多級(jí)閃蒸罐、噴霧蒸發(fā)器、注汽鍋爐、不同規(guī)格泵等。工藝流程為經(jīng)過除泥沙、懸浮物后的高鹽油田污水通過高壓油泵(1)輸送到高壓水中焚燒蒸發(fā)器(3)內(nèi)，燃燒的火焰直接噴射到高鹽油田污水中，迅速換熱蒸發(fā)，在工藝控制下產(chǎn)生高溫高壓水蒸氣與氣體混合物，濃縮液從高壓水中焚燒蒸發(fā)器(3)底部通過管道輸送到多級(jí)閃蒸裝置(8)內(nèi)，進(jìn)行高溫閃蒸蒸發(fā)，水蒸氣由冷卻水冷凝，得到淡水，同時(shí)預(yù)熱后的冷卻水同過鍋爐給水泵(9)輸送到注汽鍋爐(4)，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，然后與高壓水中焚燒蒸發(fā)產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽、氣體混合物匹配，輸送開采稠油。 閃蒸后的濃縮液由高壓泵輸送 到噴霧蒸發(fā)器(5)內(nèi)，與注汽鍋爐(4)排出的一部分高溫廢氣迅速換熱，蒸發(fā)，進(jìn)一步濃縮高鹽污水，回收鹽漿，同時(shí)產(chǎn)生的二次蒸汽與廢氣可再次回收利用熱量，也可直接外排，也不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。鍋爐產(chǎn)生的高溫廢氣除部分作為噴霧蒸發(fā)的熱源外，大部分針對(duì)油田生產(chǎn)需要做二次利用。
權(quán)利要求
1.一種高鹽油田污水處理和稠油開采相結(jié)合的裝置，其特征在于a)該裝置包括一個(gè)高壓水中焚燒蒸發(fā)器(3)，高壓水中焚燒蒸發(fā)器(3)上安裝有進(jìn)口燃料、空氣以及進(jìn)口油田污水管路，內(nèi)部有核心設(shè)備燃燒噴管(2)，污水管路上安裝有高壓油泵(1)；b)高壓水中焚燒蒸發(fā)器(3)右側(cè)安裝有排氣筒通道，下部通過濃縮液排出管道與多級(jí)閃蒸裝置(8)連接；c)多級(jí)閃蒸裝置(8)右側(cè)連接有冷卻水進(jìn)口管路，左側(cè)接有鍋爐給水泵(9)；d)多級(jí)閃蒸裝置(8)右側(cè)連接有淡水輸出泵(7)，以及濃縮液輸送泵(6)；e)噴霧蒸發(fā)器左側(cè)分別與廢氣輸入管路和濃縮液輸送泵(6)相接，內(nèi)部安裝有噴嘴；f)注汽鍋爐(4)的蒸汽輸出管道與高壓水中焚燒蒸發(fā)器(3)的氣-汽輸出管道相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鹽油田污水處理和稠油開采相結(jié)合的裝置，其特征在于高壓水中焚燒蒸發(fā)器(3)包括噴射燃燒單元及蒸發(fā)單元。噴射燃燒單元中的燃燒室內(nèi)部襯有耐火材料，噴射燃燒單元包括空氣調(diào)節(jié)裝置(10)、燃料調(diào)節(jié)裝置(11)、燃料進(jìn)口管 (12)、燃料空氣混合室(13)、混合氣加速管(14)以及燃燒室(16)、二次空氣管(15)，燃燒室(16)接有燃燒噴管(2)，燃燒噴管上有燃燒噴嘴(17)，燃燒噴管的內(nèi)徑要小于燃燒室的內(nèi)徑，使得燃燒產(chǎn)物以及火焰流速為燃燒室速度的5-10倍；燃燒噴管完全浸沒于蒸發(fā)室的液體中；蒸發(fā)室下部有濃縮液排出管路，管路上安裝有濃縮液控制閥(18)，中部有污水進(jìn)液管，進(jìn)液管安裝上污水進(jìn)料控制閥(21)，側(cè)有高溫高壓蒸汽及廢氣排氣筒(19)，排氣筒管路上接有壓力調(diào)節(jié)閥(20)。
3.利用權(quán)利要求1所述裝置的工藝，其特征在于包括以下工序(1)除有機(jī)物，升溫蒸發(fā)獲得高溫高壓蒸汽工序經(jīng)過沉降除污泥、懸浮物以后的油田污水，通入到高壓水中焚燒蒸發(fā)器內(nèi)，與高溫燃燒產(chǎn)物迅速換熱蒸發(fā)，同時(shí)除去有機(jī)物；兼獲得的高溫高壓蒸汽與氣體，其溫度為250-400°C，壓力為其溫度對(duì)應(yīng)的混合氣_汽壓力。(2)高鹽污水閃蒸工序經(jīng)高壓水中焚燒蒸發(fā)工序后的污水進(jìn)入多級(jí)閃蒸裝置，閃蒸獲得蒸汽；(3)實(shí)現(xiàn)零排放工序閃蒸后的高鹽高黏污水進(jìn)入噴霧蒸發(fā)室，濃縮，鹽漿回收；(4)回收淡水工序冷卻水進(jìn)入多級(jí)閃蒸罐冷卻閃蒸蒸汽，獲得淡水；(5)稠油開采工序經(jīng)過鍋爐產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽與高壓水中焚燒蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽-氣體混合，進(jìn)行稠油開采。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高鹽油田污水處理和稠油開采相結(jié)合的裝置及工藝，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域?？捎糜谑烷_采、煉油工業(yè)以及化工生產(chǎn)過程中的污水處理，尤其可實(shí)現(xiàn)對(duì)高鹽油田污水的高效處理，同時(shí)可與稠油開采有效的結(jié)合起來。其特征為主要由高壓水中焚燒蒸發(fā)器、多級(jí)閃蒸罐、噴霧蒸發(fā)器、注汽鍋爐組成，該處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高鹽油田污水的深度處理，兼獲淡水和鹽漿，實(shí)現(xiàn)真正意義上的零排放，做到根除廢水。與此同時(shí)，產(chǎn)生的高溫高壓二次蒸汽和氣體與鍋爐蒸汽結(jié)合起來，以最佳比例開采稠油，實(shí)現(xiàn)能源的充分利用。該處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、高效、經(jīng)濟(jì)，是一種穩(wěn)定可靠的油田污水處理新技術(shù)。
文檔編號(hào)E21B43/24GK102351361SQ201110190328
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者孫洪玉, 張春麗 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)