CN103391898B - 用逆流降膜蒸发器使脱油的水再循环的方法 - Google Patents

Abstract

我们提供用于处理采出水的蒸发器工艺，所述采出水可以是除油水。本文说明的系统利用竖向管热交换器束，此处沿着管壁的内部将盐水分布在降膜中。冷凝的蒸汽使一部分除油水蒸发；水蒸汽相对于除油水朝逆流方向向上行进。这种蒸发器工艺提供若干优于常规竖向管顺流蒸发器（此处蒸汽与降膜一起向下流动）的优点。这些优点包括极低的安装费用（TIC）以及为水化学处理提供最佳设计特点。

Description

用逆流降膜蒸发器使脱油的水再循环的方法

与相关申请的交互参考

本申请要求2010年12月14日申请的美国临时专利申请No.61/422,965的优先权。所述美国临时专利申请以参引方式包括在本文中。

技术领域

本发明的各实施例涉及用以使重油开采用的脱油水再循环的方法、系统和设备。

背景技术

石油可以用许多工艺流程从地下油藏中提取。那些工艺流程的其中之一是蒸汽助推重力驱（Steam-Assisted Gravity Drainage,SAGD）。在典型的SAGD工艺流程中，用蒸汽来井下注入以增大石油的流动性并可供将石油从地层中抽取出。该工艺流程产生大量的水，上述水包括石油和其它污染物，通过生产井流到地面。对该工艺过程来说，重要的是由于两个主要原因而使该水再循环。

首先，为SAGD工艺流程生产蒸汽的锅炉要求大的给水流动速率，通常是开采的石油体积的3-6倍。由于节水和减小对外部某些水资源（如淡水和微咸水）的影响的原因，该锅炉给水要求通常能通过使在生产井中返回地面的水再循环高度地（>90%）得到满足。

其次，在生产井中返回地面的水含有污染物，不允许该水流简单地排放到环境中。

由于与大量水的提取、使用和处理有关的费用高和潜在环境影响的原因，所以理想的是重新使用SAGD工艺流程中的水。

在SAGD所产生的水的再循环中可以使用的一个部件是蒸发器。对这种应用历史上专门使用顺流竖向管降膜（VTFF）蒸发器。它们普遍使用的原因包括：1）在一个容器中提供大量可用的传热表面积的能力；2）大量传热表面积可使每个蒸发器的蒸发能力达到最大；3）竖向设计有效地减小占地面积（生产空间需要）；4）与其它蒸发器型式相比可达到高的总传热系数（HTC）；5）与其它蒸发器型式（用高HTC实现）相比较低的功耗要求（生产每加仑馏出物）和6）顺流蒸发器自然设计成具有按传统考虑水化学管理的要求的大池（sump）体积。

顺流VTFF蒸发器通过连续地使水的大体积流量从蒸发器池循环到上盖而工作，在该上盖处将盐水作为降膜分配到传热表面（管）中。随着蒸汽在管的外部冷凝，使一部分降膜蒸发并与降膜一起向下行进，在该处蒸汽被分离并从蒸发器流出（参见图2和3）。

顺流蒸发器实际上很高并能在地平面上延伸高达150英尺。该高度的大约三分之一是由于传热表面要求（竖向管长度），而最末端高度的平衡多半是由于蒸发器池的重要要求。由于三个主要原因而要求蒸发器池很大。首先，必须提供足够的体积（在底管板下方和液位上方）以便蒸汽能从蒸发器管释放和能从蒸发器容器释放出）。其次，要求某一最小池体积以便能最初起动再循环泵而不使泵磨损。在再循环泵开始起动时，随着从池中取出液体体积并充装再循环管道、充装上盖并覆盖蒸发器管，蒸发器池中的液位快速地下降。池必须足够大以便允许这种体积变化，而不迅速地磨损再循环泵。应该注意，在再循环泵停止时情况也相反：保持在蒸发器和再循环管道中的水在再循环泵停止之后紧接着很快地收集在蒸发器池中。池体积必须大并足以适应这些常见的瞬态工作情况二者。这是任何顺流VTFF蒸发器的设计中所固有的。

最后，池也必须包含大体积以便在盐水循环到上盖并分布到传热表面上之前达到化学平衡。如果在循环到管上之前未达到化学平衡，则溶解的成分会逐渐沉淀并在蒸发器管上形成结垢，而使传热效率快速降低。蒸发器池体积是关键的结垢最小化参数。

蒸发器池体积的重要性在目前适合于SAGD应用的工艺中简单地理解为达到化学平衡的停留时间。例如，由Heins（受让方Ionics,Incorporated）提出的加拿大专利No.CA2307819（“Heins专利”）提出一种升高蒸发器内部蒸发器浓盐水的pH值的工艺流程。在这种工艺流程中此处硬度成分水平通常是在5mg/L-25mg/L的范围内（以CaCO₃计），硬度成分将以碳酸钙和氢氧化镁形式从溶液中沉淀。这些反应要求延长时间长度以达到平衡并完成；根据工作状况不同，时间长度可以是4-10分钟。如果在蒸发器池中不提供这种停留时间，则将发生来自这种软化反应的沉淀而在管表面处引起结垢和差强人意的蒸发器性能。即使在蒸发器池中设有长停留时间的蒸发器也仍以一定频率结垢，因为提供大到足以保证从池排出的盐水真正处于平衡也是不切实际的。

大蒸发器池体积的重要性的另一个例子能在依靠某些化学物质优先地与已经悬浮的化学物质形成的“加晶种淤浆”或“吸着淤浆”工艺流程中看出。在这类系统中，蒸发器设计人员必须将蒸发器定尺寸具有大的池以保证有足够的晶种表面部位来使大部分沉淀物能附着到母固体上。本领域技术人员还应该认识到，由Heins专利所报告的方法要求大蒸发器体积用于加晶种淤浆工艺流程以保证足够的晶种表面存在来降低蒸发器传热表面结垢。由Minnich等人（受让者HPD、LLC）所申请的美国专利申请公报No.US2009/0056945所报告的方法也要求大蒸发器池来降低蒸发器传热表面结垢。加晶种淤浆工艺流程不防止蒸发器结垢，它们仅降低结垢速率。这种类型处理方法提供差强人意的性能，因为蒸发器不能用来使工艺流程能够以规则的时间间隔进行清洗。传热系数也差强人意，因为聚集的结垢引起机械蒸汽压缩（MVC）工艺流程在规定的生产能力下消耗更多的电力。

上述原因是选择目前在该技术领域中应用的顺流VTFF蒸发器背后的原理。然而，目前应用的工艺具有若干明显不同的缺陷，这些缺陷使所输送的溶液在某些方面是不合希望的。我们注意到的第一个缺陷是由传热结垢/变污所引起的蒸发器的差强人意的工艺流程性能。即使准备大的池体积，提供具有真正大到足以使水化学能在蒸发器池中达到平衡的体积也是不切实际的。因此，未达到完全减轻结垢/变污，这样造成电力消耗增加（按照kW/蒸发速率）且为维护和清洗（传热恢复）还要求相当长的工艺流程停工时间。

另一个公认的缺陷是在这些极大尺寸的蒸发器的制作、运输（后勤）和安装/施工中所固有的挑战和费用。顺流降膜蒸发器具有总高度高达150英尺和数十万磅的重量。这些容器的制造是特殊的，它显著地限制了潜在供应商的数量和提高供应的费用。运输费用也高，因为这些蒸发器的过大尺寸引起对特殊许可的要求。对项目进度表也有影响，因为这种重量的蒸发器装运由于季节性的道路禁行限制而在某些地区是不允许的。

另一个缺陷是蒸发器的基本尺寸不适合于模块化。模块化是通过使制造/装配车间工时数（低单位或本）最大化和使现场装配工时数（高单位成本）最小化来使设备的总安装费用（TIC）最小化的关键战略。因为顺流VTFF蒸发器从工艺流程的平衡分开装运，所以它们不能预先装配有泵、热交换器、槽、管道系统和其它设备。这是必须现场进行的额外工作而增加相当大成本。

我们注意到的目前应用的工艺的最后缺陷是顺流VTFF蒸发器具有的重心在地平面上方很高（有时离达60-100英尺）。这是一种严重的缺点，它要求建造极为坚固的市政基础，这使得它们的安装费用愈加高昂。

发明内容

本发明的各实施例为从采出水（通常是在SAGD工艺流程中的除油水）中生产高纯度馏出物提供一种基于蒸馏的方法。在一个实施例中，以蒸汽驱增强的油回收工艺从生产井产生油和水的混合物。油和水的混合物在除油工艺流程中分离。除油水通过蒸发器系统再循环以便形成高纯度馏出物，其适合于用作单程蒸汽发生器或高压汽包锅炉的给水，在该处馏出物转变成高纯度蒸汽，其穿过生产井回注到油层中。

将经过浓缩的采出水在高浓度下从蒸发器泄出，并可以用若干工艺进一步处理，上述工艺包括用于体积最小化的结晶器/浓缩器、中和及深井/盐洞穴注入、干燥作业、固化，等等。总的水回收率按体积计能够大于98%。

我们发现，蒸发工艺流程可以通过逆流竖向管降膜（VTFF）蒸发器的设计显著地改善。不像常规应用的顺流VTFF蒸发器工艺，逆流VTFF蒸发器设计成没有大的池。这为使工艺流程性能最佳化以及为使工艺流程的总安装费用最小化二者提供了增强。除了其它优点，逆流VTFF蒸发器还能在模块化基础上供应。逆流VTFF蒸发器产生蒸汽，该蒸汽逆流（朝相反或向上方向）而不是顺流（朝相同或向下方向）流到降膜。

本发明的各实施例可以克服现有技术的许多局限性。在一个实施例中，为处理除油水而研制的蒸发器工艺利用竖向管热交换器束，在该处将盐水沿着管壁的内部分布在降膜中。冷凝的蒸汽使一部分除油水蒸发；该水蒸汽朝相对于降膜路线的逆流方向向上行进（参见图4-5）。

在该专利中描述的方法通过阐明水化学而改善工艺流程性能，以便显著地降低传热结垢速率，并用此也改善了蒸发传热效率并且使工艺流程功耗最小化。结垢可以通过由苛性碱软化反应除去蒸发器容器上游和外部的硬度成分而减轻。氢氧化钠（或其它合适的碱）能在软化反应容器中与除油水混合以除去水的硬度成分，并在为该软化所需助停留时间而专门加工成一定尺寸的容器中完成。因为将硬度成分从溶液中除去，所以它不会溶解或可能用来引起蒸发器传热表面结垢。在该方法中，蒸发器池中不需要停留时间。

无定形二氧化硅在高pH值下处于与不同的硅酸盐离子平衡并强烈地有利于离子硅酸盐形式。硅酸盐溶解度也显著地大于无定形二氧化硅溶解度，这可使大部分种类的二氧化硅能在蒸发器内部存在的工作状况下保持可溶性。硅酸盐沉淀机制强烈地受动力学影响，且必需为硅酸盐提供足够的反应时间以便沉淀。因为逆流降膜蒸发器基本上没有池，所以使在蒸发器系统内部的停留时间绝对地减至最短。这意味着随着蒸发器中硅酸盐浓度增大，强动力学反应不提供足以基本上沉淀的时间，因为在蒸发器中的停留时间真的极短。在该发明中，可能出现的大部分二氧化硅沉淀都在蒸发器本身的下游平衡槽中发生。这进一步减轻了在传热表面区域上形成结垢的可能性。

如在目前供这些应用所使用的工艺中提供的大蒸发器池体积的设备，会提供用于硅酸盐沉淀的停留时间，并会增大二氧化硅结垢的速率。

本发明的各实施例还减少了强碱的化学消耗需求，因为蒸发器能在比为保证在具有很长停留时间（亦即大池）的蒸发器中总二氧化硅溶解度而另外要求的pH值更低的pH值下工作。

相对于目前应用的常规技术（亦即顺流降膜蒸发），该逆流VTFF蒸发器技术还具有提供最小总安装费用（TIC）的优点。因为把逆流蒸发器设计成在高于中性pH值下工作，所以对大多数应用来说，建造的材料可以是低合金奥氏体钢或双炼不锈钢，上述材料与在接近中性pH值下工作的顺流蒸发器工艺所要求的材料（如6%钼不锈钢）相比，成本显著地更低。

另外，因为每个蒸发器的尺寸现在通常都小于50英尺（而不是150英尺）且通常重量小于110,000磅（而不是数十万磅），所以每个蒸发器都可以在装运到现场之前容纳在模块化组件中；这强有力地减少了与施工有关的工时。逆流蒸发器还能由更大数量的制造设施供应，这样可供用更大灵活性和更低制造成本加以供应。

运输成本也少得多，因为蒸发器模块的装运封装和重量更接近典型的路面负荷。

该工艺使热交换器束（蒸发器中最重的那部分）能非常靠近地平面设置，使蒸发器系统的重心降低多达30-80英尺。这大大简化了市政基础的要求，因此可供显著地降低安装成本。（见图8）。

附图说明

图1示出本发明的一个实施例的工艺流程图。

图2示出在常规顺流蒸发器中产生蒸汽并与降膜一起顺流式流动的放大图。

图3示出常规顺流VTFF蒸发器的视图，其中蒸汽朝与降膜相同的方向流动并在热交换器底部处分离。

图4示出在逆流VTFF蒸发器中产生蒸汽并相对于降膜以逆流方式流动的放大图。

图5示出逆流VTFF蒸发器的视图，其中蒸汽朝与降膜相反的方向流动并在热交换器的顶部处分离。

图6示出典型的常规顺流VTFF蒸发器的等角视图。

图7示出逆流VTFF蒸发器系统的一个实施例的等角视图。

图8示出顺流VTFF蒸发器与逆流VTFF蒸发器相比的尺寸比例图。这些容器按相同比例绘出以便示意示出两种蒸发器类型之间尺寸上的显著差异，而更具体地说，在池尺寸上的差异。

具体实施方式

本发的各实施例可以通过说明包括根据本发明一个的实施例的水净化作用的SAGD工艺流程而被更好地理解。典型的工艺流程从注入蒸汽和石油抽提开始。首先，将蒸汽注入注入井并流入油层中。蒸汽冷凝并将能量传递给地下油藏和增进石油的流动能力。石油和冷凝的蒸汽穿过生产井流到地面。

从生产井所得到的油/水混合物在除油工艺流程中分离，在该除油工艺流程中将石油回收供进一步炼制和商业销售。尽管未要求或优选特定的除油方法，但一些典型的除油方法包括：容积分离罐、自由水分液容器、撇油罐、诱导气体浮选和胡桃壳式过滤。在另一些实施例中，不使用除油过滤器。尽管基本上没有油（通常<20ppm），但在完成除油之后存在的水，对于在随后的SAGD运行中用作产生蒸汽的锅炉给水而言，含有的杂质含量仍然太大。这些杂质是通常约为1,000-5,000ppm的溶解的固体。锅炉给水纯度指标由锅炉制造厂家为特定的应用而给出。例如：在1000psig下运行的汽包锅炉通常要求具有小于5ppm TDS总溶解固体量的给水。利用蒸发器系统来实现溶解的固体量的这种减少。

在除油之后，工艺流程水流到蒸发器系统，用于水回收以便再利用。回收的水以适合于进给单程蒸汽发生器或高压汽包锅炉的高纯度生产。蒸发器馏出物变成高压蒸汽，将上述高压蒸汽再注入到注入井中以完成再循环回路。将浓的除油水从蒸发器泄出。许多处理方案可适用于这种浓的泄出流。一种这样的处理是通过结晶器进一步加工，以便除去固体并回收>98%的水。

将除油水在有或没有补给水（淡水或微咸水）锅炉泄料流和SAGD设施处可能存在的其它废水流的情况下送到蒸发器系统。将进给流在集管中结合。将那个集管加一定剂量防垢剂或分散剂并借助从离开蒸发器系统的馏出物蒸汽传热，穿过热交换器加热。尽管该热交换器的温度分布图可以变动，但典型的进给温度为约80℃且在热交换器的出口处将升高到高于100℃。

然后，经过加热的给水被泵送到软化反应容器中，在该处加入强碱并进行混合以便使溶液中的硬度成分沉淀。通常加入碱使pH值从近似7.0-8.0增大到10.0-10.5。为pH调节而加入的强碱通常是氢氧化钠。然而，应该注意，可以附加地或者替代地加入其它强碱。硬度成分以通常浓度在5-25mg/L总硬度之间的钙和镁存在。在pH调节时，这些阳离子分别以碳酸钙和氢氧化镁沉淀。

然后将给水传送给脱气器，在该处将它用蒸汽进行汽提以除去在除油水中可能以某种浓度存在的氧和挥发性有机化合物。这些挥发性化合物可以包括但不限于下列化合物：硫化氢、各种硫醇、和氨。通常在脱气器中所用的蒸汽从蒸发器壳体排气。根据脱气器中存在的挥发性化合物的浓度的不同，排气可能需要处理以便减轻对环境的影响。这些系统可以包括排气冷凝器、洗气器以及氧化剂。

将经过预热、软化和脱气的进给流输送给蒸发器系统，在该处逆流VTFF蒸发器通过产生馏出物和使送到随后的一个或更多个废水处理步骤的废水体积减至最小，而将所产生的水预浓缩。在预浓缩步骤中所用的逆流VTFF蒸发器将盐水以高流量循环到蒸发器上盖，在该处使盐水横过顶部管板均匀地分布。盐水分布在上盖中，并作为降膜流到管壁内部。

当盐水在管的内部向下流动时，蒸汽在管的外部冷凝、并将热量传递给下行的盐水膜。该盐水的一部分在管的内部蒸发并作为相对于下降的盐水膜的逆流，向上流向上盖。其余的下降的盐水膜到达蒸发器的底部，在该处将其收集并再循环到上盖以便继续蒸发过程。

随着蒸汽从管的上面放出，它逆着盐水分布喷雾向上流动。由喷洒分配器所产生的液滴尺寸较大（通常直经约为1/16″-1/8″），并随着细雾滴被大直径喷洒液滴冲击而起到主除雾级的作用；雾结合到喷洒流中，并向后朝蒸发器行进，以供进一步蒸发。上盖中的蒸汽然后穿过内部除雾器流动，该内部除雾器用设计的某些实施例中所包括的若干任选的蒸汽洗气阶段提供一个或更多个另外的除雾级。然后蒸汽流出蒸发器进入蒸汽导管。该方法可供有效地除雾并在蒸发器容器内部实现蒸汽洗气。除雾器可以是例如网状垫类型、人字纹、凝聚剂或它们的组合。除雾器可以是内部除雾器或外部除雾器，或者可以使用内部除雾器和外部除雾器的组合。

由逆流蒸发器系统所产生的馏出物具有适合于直接用作高压汽包锅炉或单程蒸汽发生器给水的质量。不需要随后的处理步骤（包括电去电离作用或混合床离子交换剂）。蒸汽产生并注入油藏中以便完成SAGD工艺流程。

在一个优选实施例中，逆流降膜蒸发器构造包括形成两效（twoeffects）的四个蒸发器容器；每效都由两个蒸发器容器形成。在该实施例中把由第一效蒸发器所产生的蒸汽收集在集管中并分配给两个第二效蒸发器的壳体侧。把由第二效蒸发器所产生的蒸汽收集在集管中并传送给机械压缩机，在该处使蒸汽压力增大。从压缩机将蒸汽回传到第一效壳体侧以便使能量在MVC（机械式蒸汽压缩）工艺流程中再循环。

从蒸发器#1A开始，然后是蒸发器#1B，然后是蒸发器#2A，然后是蒸发器#2B，将盐水串联穿过上述四个蒸发器传送。最终浓度在蒸发器#2B中达到而把小量泄料流从逆流VTFF蒸发器预浓缩阶段泵出。蒸发器泄料流可以用几种工艺处理，所述工艺包括但不限于结晶作用、干燥、脱水、固化作用或这些的组合以便实现ZLD。

在一个优选实施例中，四个蒸发器当中的每一个都具有很小且直的池。该池随着降落的盐水膜离开管子而将它收集并把盐水传送到再循环泵的吸入管中。

该逆流蒸发器工艺流程的研发提供一种用于除油水回收的新颖处理方法。在当前实行的工艺中，把设计重点放在使蒸发器池体积最大化，以便试图在盐水再循环到热换交表面之前在池中达到化学平衡。逆流蒸发器工艺流程有意地消除池体积以便使盐水在蒸发器系统中的停留时间最小化。盐水进料在蒸发器的上游进行处理并且在进入一个或更多个蒸发器之前实现平衡。然后，随着蒸发器中硅酸盐浓度增高（由于蒸发作用而增高），因为在蒸发器系统中的停留时间实际上被最小化，所以未给强动态硅酸盐沉淀反应留下足以基本上沉淀的时间。在本发明中，二氧化硅沉淀和可溶性平衡在蒸发器本身的下游平衡罐中实现。这进一步降低了在传热表面积上形成结垢的可能性。因此逆流蒸发器系统用更高净利用率和更低功耗率工作，因为由于没有结垢而保持更高的总传热系数。

逆流蒸发器设计的另一个优点是使用小而直的池减轻了油和有机物在池中聚集的趋势。油和有机物的聚集使馏出物纯度恶化，因为它们引起形成泡沫而转移到馏出物中。因为池极小且在整个池中保持高液体速度，所以在除油水中是典型的油和有机物未被给予可供在其中聚集的静止区域。消泡化学配料要求在该构造中最合意地降低，因为停留时间最小化，并且因为没有可以在其中形成和聚集部分混相的静止体积。如果消泡化学药剂是理想的，则在本发明情况下它们通常以从0ppm到5ppm的量加入。

本发明的一些实施例还减少了强碱的化学消耗要求，因为蒸发器能在比为保证在具有很长停留时间（亦即，大池）的蒸发器中总的二氧化硅溶解度而另外要求的pH值更低的pH值下工作。

在本发明的各实施例中所用的蒸发器具有本领域技术人员通常认为对于在SAGD应用中使用而言过于小的池尺寸。例如，逆流（或者，如在整个公开中可供选择地使用的，对流）蒸发器可以具有池体积在0-50m³、0-40m³、0-30m³、0-20m³、0-15m³、0-10m³、0-5m³、0-4m³、0-3m³、0-2m³、0-1.5m³、0-1.0m³、10-50m³、10-40m³、10-30m³、10-20m³、20-40m³、20-30m³或20-50m³之间。这些体积可以处理相当大的进料流量，在某些实施例中，上述进料流量可以高达200m³/h，300m³/h，400m³/h或500m³/h。进料流量可以通过将多个蒸发器成串联或并联连通放置而增大。

实例

本发明的各个实施例和方面可以通过参考下面的实例而被进一步理解。实例应理解为表明本发明的示例性方面，而不应看成是限制权利要求书。

对该实例来说，假定5,000bpd(桶/天)的SAGD采油设施具有连续锅炉给水要求为273m³/h。高压汽包锅炉产生用于注入地下地层中的蒸汽。将油和水的混合物穿过生产井泵送到地面。将油分离并作为产品除去。经过分离的水接受进一步处理用来除油至<20mg/L的量级。该水称之为“除油水”且现在准备通过蒸发器系统处理。另外假定脱油水的生产率为287m³/h和蒸发器系统将该除油水流浓缩大约20倍以便产生273m³/h高纯度馏出物流（等于锅炉给水要求）和14m³/h的盐水泄料流。

考虑把常规蒸发器系统设计成具有如Heins专利中所说明的工艺流程。在这一工艺流程中，将除油水通过与离开蒸发器的热馏出物交换热量来预加热。经过预加热的除油水现在是在沸腾温度下并通过脱气器，在该脱气器处利用从蒸发器排出的蒸汽来汽提不可冷凝气体和挥发性化合物，除油水在接近中性的pH值（7<pH<8）下存在并送到蒸发器。

在那种常规处理方法中，可以把蒸发系统设计成将两个蒸发器按串联构造排列，以便将在蒸发器#1中浓缩的盐水泄出并送到蒸发器#2。在Heins专利中所描述的设计原则包括直接加一定剂量荷性碱到一个或更多个蒸发器池中以提高pH值并增大不同硅酸盐的溶解度。该pH调节有助于若干盐类（包括碳酸钙、硅酸镁）的沉淀。因为这种沉淀作用是在一个或更多个蒸发器内部发生，所以必需是全部沉淀在蒸发器池中和在盐水再循环和分配到管表面上之前发生。在管表面处发生的沉淀将引起结垢。由于这个事实，所利用的常规蒸发器是具有很大池的竖向管降膜蒸发器以使停留时间达到最大用于反应。每个蒸发器都具有加工成一定尺寸为标称液体体积大约125立方米的池，因此形成总池体积为250立方米。因为蒸发系统具有泄料流动速率为14m³/h，所以池停留时间为17.9小时（见表1）。

常规工艺的主要缺点是，由于沉淀作用在蒸发器池中不完全和一部分沉淀反应在管表面处发生，所以蒸发器将仍经历管表面的结垢。在经历这种情况之后，未来蒸发器的设计会包括具有甚至更大的池尺寸的蒸发器以便提供更长的停留时间，企图在池中沉淀目前在管表面沉淀的盐类。

然而，结果弄清楚的是，用这个工艺流程不能消除蒸发器的结垢，因为将尺寸制成大到足以达到为在池中沉淀所必需的停留时间是不切实际的。实际上，我们发现情况相反，应该知道，过饱和的硅酸盐类能保持溶解并稳定一定时间，因为它们从溶液中沉淀强烈地受动力学影响。随着池体积增大，可利用的反应时间也增大，这实际上增大了这些动力学驱动的硅酸盐类的结垢速率。

鉴于该发现，我们研制了一种用于除油水的蒸发处理的改良的工艺流程。我们的发明的一个实施例的实例如下。将除油水通过热交换器传送供用从系统流出的热的馏出物预热。然后，经过预热的除油水被泵送到软化反应容器。在反应容器中加入苛性碱并提供大约10分钟的停留时间以便允许在蒸发器系统的上游进行硬度成分沉淀。然后使除油水通过脱气器，在该处用从蒸发器排放的蒸汽从液体中汽提不可冷凝的气体和挥发性化合物。然后除油水被泵送到蒸发器中。

在该工艺流程中，设计原则是使盐水在蒸发器系统内部的停留时间最小化。为了实现这点，我们设计了供这种应用的逆流VTFF蒸发器。供这种应用的逆流蒸发器是最佳的，因为它们真正地使得池体积和可用的反应时间最小化。在该实例中，例如，典型的设计会包括四个串联安装的分开的逆流VTFF。对4立方米的总池体积来说，每个逆流VTFF蒸发器具有的池体积都为1立方米。因为泄料流量为14m³/h，所以供反应的总可用停留时间仅为0.3小时（见表1）

该实例表明，能够利用逆流VTFF蒸发器工艺流程把反应可用的停留时间最小化。这意味着随着蒸发器中硅酸盐浓度增大，强动力学反应未提供足以基本上沉淀的时间。在本发明中，所出现的大部分二氧化硅沉淀都在蒸发器本身的下游均衡罐中发生。这进一步减少了在传热表面积上形成结垢的可能性。应该注意，准备如当前应用工艺中所提供的大蒸发器池体积会提供用于硅酸盐沉淀的停留时间且会增大二氧化硅结垢的速率。

表1

	常规VTFF	逆流VTFF
			总给料流量（m3/h）	287	287
总馏出物流量（m3/h）	273	273
			总泄料流量（m3/h）	14	14
蒸发器数量，串联	2	4
			每个池的体积（m3）	125	1
总池体积（m3）	250	4
			停留时间（小时）	17.9	0.3

Claims (21)

1.一种用于对重油生产用水进行处理的方法，包括：

(a)将从注入井得到的石油和水的混合物分离成分开的石油和采出水的混合物；

(b)将所述采出水作为蒸发器给水，传送到蒸发器系统的集管；

(c)在具有上盖、池和多个管的竖向管逆流降膜蒸发器中对采出水进行预浓缩，其中所述池的体积在0和10m³之间；

(d)将采出水循环到所述蒸发器的上盖，在该处将所述采出水作为盐水分配，以在蒸发器管内部形成降膜；

(e)通过使管外部的蒸汽冷凝而将能量传递给降膜，使一部分采出水作为水蒸汽蒸发、并使在降膜中的采出水从平衡变得浓缩；

(f)从蒸发器中除去所述浓缩的采出水，用于下游处理/处置；

(g)将所述水蒸汽传送给冷凝器，在该处水蒸汽冷凝成蒸馏液，该蒸馏液被送到高压汽包锅炉或单程蒸汽发生器；以及

(h)将高压蒸汽传送到注入井。

2.如权利要求1所述的方法，还包括在集管中的所述采出水中加入一定量的由防垢剂和分散剂组成的组中的至少一种成份。

3.如权利要求1所述的方法，还包括加热在集管中的采出水。

4.如权利要求1所述的方法，还包括将碱加到采出水中，从而在具有上盖、池和多个管的竖向管逆流降膜蒸发器中对采出水进行预浓缩的步骤之前，除去采出水中的硬度成分。

5.如权利要求4所述的方法，包括在加入碱之后使采出水能够在随后蒸发步骤的上游实现平衡。

6.如权利要求1所述的方法，包括在对采出水实施预浓缩的步骤之前使采出水脱气。

7.如权利要求1所述的方法，包括在将采出水传送给集管的步骤和预浓缩采出水的步骤之间进行下列步骤：

加热在集管中的采出水；

将碱加到采出水中，从而除去采出水中的硬度成分并使采出水能够在随后蒸发步骤的上游实现平衡；以及

使所述采出水脱气。

8.如权利要求1所述的方法，还包括将补给水加到进料集管中以产生混合的蒸发器给料。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述补给水选自由微咸水、淡水、锅炉泄料和结晶器馏出物组成的组。

10.如权利要求1所述的方法，还包括将一定剂量化学药剂加给所述采出水，以便对二氧化硅和硅酸盐中的至少一者的溶解度实施稳定和增大中的至少一者。

11.如权利要求1所述的方法，其中，用从离开所述蒸发器的馏出物流传递的过量热量，加热在集管中的采出水。

12.如权利要求1所述的方法，包括使水蒸汽通过至少一个除雾级。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述至少一个除雾级是内部除雾器或外部除雾器，并选自由网状垫除雾器、人字形除雾器、凝聚剂及它们的组合所组成的组。

14.如权利要求1所述的方法，还包括用蒸汽洗气操作处理所述蒸汽。

15.如权利要求1所述的方法，其中，所述逆流竖向管降膜蒸发器包括形成两效的四个蒸发器容器。

16.如权利要求1所述的方法，还包括将所述蒸发器的泄料传送给强制循环蒸发器，以便进一步浓缩和水回收。

17.如权利要求1所述的方法，还包括将所述蒸发器的泄料传递给盐水稳定和固化工艺流程，以形成单一的固体处置流。

18.如权利要求1所述的方法，还包括将所述蒸发器的泄料传送给干燥器，以便产生固体处置流。

19.如权利要求1所述的方法，还包括将所述蒸发生器的泄料传送给中和工艺流程，以便注入供处置的盐洞穴中。

20.如权利要求1所述的方法，还包括将所述蒸发器的泄料传送给中和/澄降工艺流程，以便制备用于注入供处置的深井中的泄料。

21.如权利要求1所述的方法，还包括对所述采出水进行除油的步骤。