CN101774747A - 利用柴油机尾气减量化处理钻井污水的装置及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用柴油机尾气减量化处理钻井污水的装置及其处理方法，属石油钻井污水的处理装置及方法，包括换热消声器(3)与换热消声器(3)，机组及方法是通过钻井柴油机的尾气作为热源，不需要再额外供应燃料，合理的利用了柴油机尾气，成本较低，同时通过机组可将从钻井污水中蒸发出的水蒸气以蒸馏水的形式回收作额外之用，将将量化浓缩处理后的钻井污水运走，减少其对环境所带来的污染，其处理工艺流程简单，对钻井污水进行减量化处理并回收蒸馏水，且合理的对钻井柴油机的尾气进行废物利用，利用较彻底，使用旋转蒸发器，效率高，机组结构较为简单，适用于各种钻井勘探的场所使用，应用范围广。

Description

利用柴油机尾气减量化处理钻井污水的装置及其处理方法

技术领域

本发明涉及石油钻井污水的处理装置及方法，更具体的说是一种利用柴油机尾气减量化处理钻井污水的装置及其处理方法。

背景技术

柴油机组是钻井作业不可缺少的动力源，井场常规配置大于1000kVA机组四台，每班正常工作两台。每台柴油机组烟气排放量：15480m³/h，出口温度：540度。目前，常规内燃机的热效率一般为20％至40％(汽油机为20％至30％，柴油机为30％至40％)。燃料燃烧的大部分热量通过尾气、导热介质和机体的热辐射，以余热的形式散失在大气中。这不仅造成能源的浪费，而且成为内燃机污染环境的重要原因。随着我国石油工业的迅速发展，其对国民经济起到一定的推动的作用，但在石油及天然气勘探开发过程中，会产生相应的气、固、液态的废弃物，形成对环境的潜在污染源，废弃钻井污水是油气田勘探开发过程中主要的污染源之一，钻井污水中一般含有金属盐、有机聚合物，油类等，将这些污水排放到城市下水道、农田、河塘或海洋将会对土地和水源造成极大的污染，因此，合理的处理钻井污水是减少石油钻井勘探开发对环境污染的重要问题之一。对于钻井污水的处理国外研究的较早，其中处理的方法也多种多样，常用的方法有直接排放注入安全地层或井眼的环形空间、回填处理、固化处理以及机械分离等，钻井现场多采用一级混凝土处理钻井污水，但是由于钻井污水的复杂性和多变性，其处理效果不理想，同时由于钻井作业过程的特殊性，深度污水处理工艺在设备、可操作性商往往也难于实施，钻井场多将钻井污水囤积在占地面积较大的废气站井液池中，污水一旦泄漏或渗漏，将造成严重的环境污染，因此，钻井污水的处理抑制都是各油气田施工单位所关心的问题。

针对上述问题，国内外都做了相应的措施，尤其是美国、前苏联等国家队钻井污水做了较为详细的研究，其主要的方法可归纳为：物理法、化学法、物理化学法等，其中以物理法、化学法的处理效果较为优秀，但是如何筛选、研制合适的混凝剂、絮凝剂以及处理工艺在设备、可操作性上等都存在较多问题，因而限制了其在钻井勘探中的广泛应用。

近年来国内多家石油勘探单位也对钻井的污水作了研究，考虑采用一些低成本，高效果的措施处理钻井污水，以减少对钻井勘探周围环境的污染，如中国专利200710049484.9中公开的一种利用柴油机尾气处理钻井废液的方法，其采用柴油尾气作为钻井污水蒸发热源，通过柴油机尾气在干燥塔中对流而达到对钻井污水蒸发浓缩的目的，但是由于其蒸发方式无法将从钻井污水中蒸发出的水蒸气回收，并且对柴油机尾气的利用率低，因此该方法不能满足实际钻井勘探场所中对钻井污水的处理。

发明内容

本发明的目的在于解决上述不足，提供一种可从钻井污水中回收净水的一种利用柴油机尾气减量化处理钻井污水的装置及其处理方法。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供了一种利用柴油机尾气减量化处理钻井污水的装置，包括旋转蒸发器，所述的装置还包括换热消声器、导热介质贮槽、高温循环泵、冷凝器与浓缩池，其中旋转蒸发器上设置有污水入口、浓缩产物出口、水蒸气出口和循环连接管道，通过循环连接管道依次将旋转蒸发器的上方、换热消声器、高温循环泵、导热介质贮槽、旋转蒸发器的下方连通，导热介质贮槽中储存有导热介质，导热介质在高温循环泵作用下在循环连接管道中流动，浓缩池设置在旋转蒸发器底部并与浓缩产物出口相连通，冷凝器设置在旋转蒸发器的顶部并与水蒸气出口相连通，且旋转蒸发器的顶部的上方设置有净水回收管；换热消声器同时与柴油机的排气管相连通。

更进一步的技术方案是：所述的循环连接管道与旋转蒸发器的上方、换热消声器、高温循环泵、导热介质贮槽、旋转蒸发器的下方之间为法兰连接。

更进一步的技术方案是：所述的旋转蒸发器在负压状态下工作。

再进一步的技术方案是：所述的负压绝对压力小于90Kpa。

本发明另一方面提供了一种利用柴油机尾气处理钻井污水的装置的使用方法，将柴油机的300至600度的尾气引入换热消声器中换热，在换热过程中柴油机尾气将热量传递给流经换热消声器的导热介质；然后用将导热介质引入并流经蒸发器，多余的导热介质用贮油罐存储；同时钻井污水进入蒸发器中后，利用导热介质所吸收的热量对其进行蒸发浓缩；钻井污水在蒸发器中蒸发所产生的水蒸气经冷凝后，以蒸馏水形式回收；将浓缩后的钻井污水由蒸发器排入浓缩池，控制蒸发器中污水的蒸发量对浓缩产物的粘稠度进行控制，最后得到浓缩后的钻井污水。

再进一步的技术方案是：所述的钻井污水以蒸馏水回收与蒸发浓缩钻井污水的步骤是在绝对压力小于90Kpa下进行的。

更进一步的技术方案是：所述的导热介质在循环连接管道中流动。

再进一步的技术方案是：所述的控制蒸发器中污水的蒸发量是调节导热介质在循环连接管道中流动的速度。

再进一步的技术方案是：所述的导热介质是导热油。

再进一步的技术方案是：所述的水蒸气冷凝是在蒸发器顶部安装冷凝器冷凝，蒸发器是旋转蒸发器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：机组及方法是通过钻井柴油机的尾气作为热源，不需要再额外供应燃料，合理的利用了柴油机尾气，成本较低，同时通过机组可将从钻井污水中蒸发出的水蒸气以蒸馏水的形式回收作额外之用，将将量化浓缩处理后的钻井污水运走，减少其对环境所带来的污染，其处理工艺流程简单，可对钻井污水进行减量化处理并回收蒸馏水，且合理的对钻井柴油机的尾气进行废物利用，利用较彻底，使用旋转蒸发器，效率高，机组结构较为简单，适用于各种钻井勘探的场所使用，应用范围广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步阐述。

实施例1

如图1所示，本发明的一种利用柴油机尾气减量化处理钻井污水的装置，采用旋转蒸发器1与连接管道、热消声器3、导热介质贮槽4、高温循环泵5、冷凝器6与浓缩池2所组成，其中旋转蒸发器1上设置有污水入口11、浓缩产物出口、水蒸气出口和循环连接管道12，将循环连接管道12通过法兰连接固定连通旋转蒸发器1侧面的上方与下方，并经过换热消声器3与连通导热介质贮槽4，再在通过法兰连接固定连通旋转蒸发器1与导热介质贮槽4之间的循环连接管道12上设置安装一个高温循环泵5，因此循环连接管道12通过法兰连接固固定依次连通旋转蒸发器1上方、换热消声器3、高温循环泵5、导热介质贮槽4与旋转蒸发器1下方，形成一个可供导热介质循环的通道，同时旋转蒸发器1在绝对压力90Kpa的负压状态下工作，导热介质贮槽4中储存有导热介质，导热介质在高温循环泵5作用下在循环连接管道12中流动，其中导热介质优先采用导热油，浓缩池2设置在旋转蒸发器1底部并与浓缩产物出口相连通，冷凝器6设置在旋转蒸发器1的顶部并与水蒸气出口相连通，再在冷凝器6的上方设置有净水回收管61供液化后的净水流出以作他用。

本发明的用实施例1中所述的利利用柴油机尾气减量化处理钻井污水的装置的处理方法，可按照如下步骤操作：

(1)首先将柴油机所排出的300至600度的尾气引入，换热消声器3中换热，其中柴油机的尾气温度取优选550度，在换热过程中将热量传递给在旋转蒸发器1上的循环管道12中流经换热消声器3的导热介质，其中导热介质优先采用导热油；

(2)进一步的，用高温循环泵5将导热介质引入并流经旋转蒸发器1中，多余的导热介质采用循环管道12通过的导热介质贮槽4存储；

(3)更一步的，将钻井污水引入旋转蒸发器1中利用循环管道12中的导热油在绝对压力为90Kpa的压力下对其进行蒸发浓缩，钻井污水在旋转蒸发器1中蒸发所产生的水蒸气用冷凝器6冷凝，并且以蒸馏水形式回收；

(4)再进一步的，将浓缩后的钻井污水由旋转蒸发器底部1的浓缩产物出口排入浓缩池2，将减量化处理后的浓缩产物运送至废水贮存地，通过高温循环泵5调节导热油在循环连接管道12中流动的速度，可对浓缩产物的粘稠度进行控制。

下面通过理论计算来进一步说明柴油机尾气对处理钻井污水的高效性：

首先对加热导热油热量计算：

以1100kw的机组为例，根据计算将1000升导热油从15℃加热到160℃设定1小时，热耗量仅需402MJ(相当于9.4kg柴油的发热量)。设备正常运行时的加热量远远小于初始加热量的计算值，仅为计算值的1/3-1/2。

若选择称蒸发量为1200kg/h的旋转蒸发器，

日蒸发量则为：1200kg/h×24h＝28800kg/d＝28.8t/d

以三菱DLS1000型柴油机为例：

标况下空气体积＝98m³/min×273.15/300＝89m³/min＝5340m³/h；

空气质量流量＝5340M³/min×1.429kg/M³＝7630.86kg/h；

燃烧后的废气质量流量＝7630.86kg/h×(1+13.72)/13.72＝8187.05kg/h。

以上为额定功率时的进气量，连续使用时负载率约为60％，连续使用时的废气质量流量＝8187.05kg/h×0.6＝4912.23kg/h。

空气定压热容Cp＝1.005kJ/(kg·K)

单台柴油机可利用的废热为约为1975MJ/小时

柴油机组废热量大于蒸发所需热量，蒸发设备有足够的热量来源。

以上以1100Kw柴油机为例，实际应用时可跟据柴油机功率调整相应参数。

终上所述，减量化处理效率为钻井污水总量的80％以上，效率高，且成本较低。

Claims (10)

1.一种利用柴油机尾气减量化处理钻井污水的装置，包括旋转蒸发器(1)，其特征在于：所述的装置还包括换热消声器(3)、导热介质贮槽(4)、高温循环泵(5)、冷凝器(6)与浓缩池(2)，其中旋转蒸发器(1)上设置有污水入口(11)、浓缩产物出口、水蒸气出口和循环连接管道(12)，通过循环连接管道(12)依次将旋转蒸发器(1)的上方、换热消声器(3)、高温循环泵(5)、导热介质贮槽(4)、旋转蒸发器(1)的下方连通，导热介质贮槽(4)中储存有导热介质，导热介质在高温循环泵(5)作用下在循环连接管道(12)中流动，浓缩池(2)设置在旋转蒸发器(1)底部并与浓缩产物出口相连通，冷凝器(6)设置在旋转蒸发器(1)的顶部并与水蒸气出口相连通，且旋转蒸发器(1)的顶部的上方设置有净水回收管(61)；换热消声器(3)同时与柴油机的排气管相连通。

2.根据权利要求1所述的利用柴油机尾气减量化处理钻井污水的装置，其特征在于：所述的循环连接管道(12)与旋转蒸发器(1)的上方、换热消声器(3)、高温循环泵(5)、导热介质贮槽(4)、旋转蒸发器(1)的下方之间为法兰连接。

3.根据权利要求1所述的利用柴油机尾气减量化处理钻井污水的装置，其特征在于：所述的旋转蒸发器(1)在负压状态下工作。

4.一种利用权利要求1所述的利用柴油机尾气减量化处理钻井污水的装置的处理方法，其特征在于：将柴油机300至600度的尾气引入换热消声器(3)中换热，在换热过程中柴油机尾气将热量传递给流经换热消声器(3)的导热介质；然后用将导热介质引入并流经蒸发器，多余的导热介质用导热介质贮槽存储；同时钻井污水进入蒸发器中后，利用导热介质所吸收的热量对其进行蒸发浓缩；钻井污水在蒸发器中蒸发所产生的水蒸气经冷凝后，以蒸馏水形式回收；将浓缩后的产物由蒸发器排入浓缩池，控制蒸发器中污水的蒸发量对浓缩产物的粘稠度进行控制。

5.根据权利要求4所述的利用柴油机尾气减量化处理钻井污水的装置的处理方法，其特征在于：所述的钻井污水以蒸馏水回收与蒸发浓缩钻井污水在蒸发器进行蒸发浓缩均是在负压下进行的。

6.根据权利要求5所述的利用柴油机尾气减量化处理钻井污水的装置的处理方法，其特征在于：所述的钻井污水以蒸馏水回收的步骤是在绝对压力小于90Kpa的压力下进行的。

7.根据权利要求4所述的利用柴油机尾气减量化处理钻井污水的装置的处理方法，其特征在于：所述的导热介质在循环连接管道中流动。

8.根据权利要求4或7所述的利用柴油机尾气减量化处理钻井污水的装置的处理方法，其特征在于：所述的控制蒸发器中污水的蒸发量是通过调节导热介质在循环连接管道中流动的速度。

9.根据权利要求4或7所述的利用柴油机尾气减量化处理钻井污水的装置的处理方法，其特征在于：所述的导热介质是导热油。

10.根据权利要求4所述的利用柴油机尾气减量化处理钻井污水的装置的处理方法，其特征在于：所述的水蒸气冷凝是在蒸发器顶部安装冷凝器冷凝，蒸发器是旋转蒸发器。

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