CN104176870B - 一种稠油废水预处理及蒸发脱盐系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种稠油废水预处理及蒸发脱盐系统及方法，在蒸发器前设置两级化学反应澄清预处理系统，有效去除稠油废水中的二氧化硅及硬度，配合高温阻垢剂，避免蒸发器换热面结垢，使蒸发器能够长期稳定运行；蒸发器排放的浓水经蒸发塘自然蒸发处置后，可实现工艺系统的废水零排放。本发明采用蒸发工艺充分利用高温稠油废水中的热能，降膜蒸发器产生的冷凝水中含盐量及有机物显著降低，经后续除有机物及深度除盐处理后，可用于电站锅炉补给水。另外，本发明采用二级化学反应去除稠油废水中的二氧化硅及硬度，结合投加阻垢剂以避免蒸发器换热面结垢，蒸发器冷凝水含盐量低，达到稠油废水预脱盐目标。

Description

一种稠油废水预处理及蒸发脱盐系统及方法

技术领域

本发明属于工业废水处理与资源循环利用技术领域，具体涉及一种稠油废水预处理及蒸发脱盐系统及方法。

背景技术

我国有丰富的稠油资源，重点分布在胜利、辽河、河南、新疆等油田。由于稠油粘度高，流动性差，在稠油开采过程中需使用大量高压、高干度蒸汽加热油层，改善其流动性使其易于开采。使用蒸汽进行稠油热采的过程中伴生大量高温、高盐、高硅、高有机物的稠油废水需要处置。目前，常规技术是将稠油废水进行除油、软化后，达到《稠油油田采出水用于蒸汽发生器给水处理设计规范》(SY/T0097-2000)中“注汽锅炉给水水质指标”，回用于分散式的天然气小锅炉。由于回用水质较低，锅炉排污率高，能量损耗很大，蒸汽干度较低，不能满足稠油热采技术的发展需求。

采用高参数电站燃煤锅炉替代天然气小锅炉，以热电联产方式生产过热蒸汽供油田注井，同时发电，具有很好的经济效益。但电站锅炉对补给水水质要求很高，锅炉补水需达到《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》(GB/T12145-2008)的要求。由于稠油废水水质非常复杂，温度、有机物、含盐量等较高，结垢倾向强，对其进行全除盐处理的难度高，尚未见成功的工程案例报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稠油废水预处理及蒸发脱盐系统及方法，经过该系统处理的稠油废水能够实现稠油废水的预脱盐，同时降低稠油废水中的有机物含量；而且经过后续除有机物及深度除盐处理即可用于电站锅炉补给水。

为了达到上述目的，本发明稠油废水预处理及蒸发脱盐系统，包括稠油废水池以及与稠油废水池依次连通的一级反应器和一级澄清器，且一级反应器上设有用于投加除硅化学药剂的第一投药口；所述的一级澄清器的液体出口依次与二级反应器和二级澄清器相连，且二级反应器上设有用于投加除钙化学药剂的第二投药口；一、二级澄清器的固体出口分为两路，一路与压滤机相连后返回一级反应器的入口，另一路与对应的一、二级反应器的入口相连；二级澄清器的液体出口与降膜蒸发器相连，降膜蒸发器与用于为降膜蒸发器的第一效蒸发器提供热源的热源装置相连，降膜蒸发器的末效浓水出口与蒸发塘相连，降膜蒸发器的各效蒸发器的冷凝水出口与冷凝水箱相连，末效蒸汽出口经凝汽器与冷凝水箱相连。

所述的稠油废水池与一级反应器之间设有闪蒸器。

所述的闪蒸器的蒸汽出口与降膜蒸发器的第一效蒸发器相连，液体出口与一级反应器相连。

所述的压滤机采用板框式压滤机或离心式脱水机，凝汽器采用循环水冷凝汽器、直流水冷凝汽器、直接空冷凝汽器或间接空冷凝汽器。

所述的二级澄清器的液体出口与降膜蒸发器之间设有过滤池，且过滤池采用多介质过滤池、砂滤池、变孔隙过滤池或纤维过滤池。

所述的降膜蒸发器上设有用于投加阻垢剂的第三加药口，且降膜蒸发器采用2效～4效板式降膜蒸发器或管式降膜蒸发器。

所述的热源装置采用电站锅炉汽轮机，且电站锅炉汽轮机的低压缸乏汽出口与降膜蒸发器的第一效蒸发器相连。

一种稠油废水预处理及蒸发脱盐方法，基于稠油废水预处理及蒸发脱盐系统，将贮存在稠油废水池中经过除油后的稠油废水送至闪蒸器中进行闪蒸；闪蒸器产生的闪蒸蒸汽送至降膜蒸发器作为第一效蒸发器的热源利用，闪蒸器排出的闪蒸降温后的稠油废水送至一级反应器，同时从第一投药口向一级反应器中投加除硅药剂、pH调整剂、凝聚剂以及助凝剂，闪蒸降温后的稠油废水在一级反应器中反应后进入一级澄清器进行固液分离并控制得到的一级澄清器出水中二氧化硅浓度低于50mg/L，得到的一级沉淀泥渣一部分返回一级反应器中作为晶种参与化学反应，另一部分送入压滤机中进行压滤处理，压滤处理后产生的滤液返回一级反应器继续处理，一级澄清器出水送入二级反应器中，同时从第二投药口中向二级反应器中投加碳酸钠、凝聚剂以及助凝剂，一级澄清器出水在二级反应器中反应后进入二级澄清器进行固液分离，且控制得到的二级澄清器出水中Ca²⁺浓度低于0.1mmol/L，得到的二级沉淀泥渣一部分返回二级反应器中作为晶种参与化学反应，另一部分送入压滤机中进行压滤处理，压滤处理后产生的滤液返回一级反应器继续处理，压滤机处理一、二级沉淀泥渣后产生的固体污泥外运处置；二级澄清器出水送入降膜蒸发器中进行处理，且热源装置为电站锅炉汽轮机，将电站锅炉汽轮机的低压缸乏汽作为降膜蒸发器的第一效蒸发器的热源使用，经过降膜蒸发器处理后的末效浓水送至蒸发塘进行自然蒸发，末效蒸发器产生的二次蒸汽送至凝汽器冷凝后收集到冷凝水箱中，各效蒸发器产生的二次冷凝水回收到冷凝水箱中，且控制送入到冷凝水箱中的冷凝水的含盐量低于50mg/L，COD低于100mg/L。

所述的除硅药剂为氯化镁、氧化镁或硫酸镁，pH调整剂为氢氧化钠、氢氧化钙或氧化钙，凝聚剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铁或三氯化铁；助凝剂为聚丙烯酰胺。

所述的二级澄清器的液体出口和降膜蒸发器之间设有过滤池，降膜蒸发器上设有用于投加阻垢剂的第三加药口，且降膜蒸发器采用2效～4效板式降膜蒸发器或管式降膜蒸发器；控制二级澄清器出水的pH值大于等于10，二级澄清器的出水经过滤池过滤后进入降膜蒸发器中，同时从第三加药口中投加阻垢剂以控制结垢。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、由于稠油废水具有高温、高盐、高硅、高有机物的特点，其水温在80℃或更高，若采用生物处理-膜法除盐工艺处理稠油废水，必须首先进行降温，则稠油废水中的热能得不到有效利用，而本发明采用降膜蒸发器处理稠油废水，有效利用了废水中的热能。

2、由于稠油废水中二氧化硅浓度很高，可达250mg/L～300mg/L，直接蒸发处理，废水浓缩至4倍左右即大量结垢，且所结硅酸盐类垢层难以清洗去除；本发明在降膜蒸发器前设置了一级反应器、一级澄清器、二级反应器、二级澄清器(即两级反应澄清预处理系统)，一级反应器和一级澄清器用于去除稠油废水中的二氧化硅，二级反应澄清器用于去除稠油废水中的Ca²⁺，产水中二氧化硅浓度低于50mg/L，Ca²⁺浓度低于0.1mmol/L，使稠油废水蒸发浓缩至20倍～30倍；而且，一级澄清器和二级澄清器固液分离后的沉淀泥渣还能循环使用。

3、本发明经过降膜蒸发器处理后的稠油废水，其冷凝水含盐量低于50mg/L，COD低于100mg/L，送至冷凝水箱贮存，经后续除有机物及深度除盐处理后，可用于电站锅炉补给水，而且降膜蒸发器排放的浓水经蒸发塘自然蒸发处置后，可实现工艺系统的废水零排放。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中，1-稠油废水池，2-闪蒸器，3-一级反应器，4-一级澄清器，5-二级反应器，6-二级澄清器，7-过滤池，8-降膜蒸发器，9-冷凝水箱，10-电站锅炉汽轮机，11-凝汽器，12-蒸发塘，13-压滤机；a-除硅药剂，b-pH调整剂，c-凝聚剂，d-助凝剂，e-碳酸钠，f-阻垢剂。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

参见图1，本发明稠油废水预处理及蒸发脱盐系统包括稠油废水池1以及与稠油废水池1相连通的闪蒸器2，闪蒸器2的蒸汽出口与降膜蒸发器8的第一效蒸发器相连，液体出口与两级反应澄清系统相连，且两级反应澄清系统由一级反应器3、一级澄清器4、二级反应器5和二级澄清器6组成，一级反应器3上设有用于投加除硅化学药剂的第一投药口；二级反应器5上设有用于投加除钙化学药剂的第二投药口；一级反应器3与一级澄清器4相连，一级澄清器4的液体出口依次与二级反应器5和二级澄清器6相连，且一、二级澄清器4，6的固体出口分为两路，一路与压滤机13相连后返回一级反应器3的入口，另一路与对应的一、二级反应器3，5的入口相连；二级澄清器6的液体出口经过滤池7与降膜蒸发器8相连，降膜蒸发器8采用2效～4效的降膜蒸发器8，降膜蒸发器8上设有用于投加阻垢剂的第三加药口，电站锅炉汽轮机10用于为降膜蒸发器8的第一效蒸发器提供热源(即加热蒸汽)，电站锅炉汽轮机10的低压缸乏汽出口与降膜蒸发器8相连；降膜蒸发器8的末效浓水出口与蒸发塘12相连，降膜蒸发器8的各效蒸发器的冷凝水出口与冷凝水箱9相连，末效蒸汽出口经凝汽器11与冷凝水箱9相连。

其中，压滤机13采用板框式压滤机或离心式脱水机，凝汽器11采用循环水冷凝汽器、直流水冷凝汽器、直接空冷凝汽器或间接空冷凝汽器；过滤池7采用多介质过滤池、砂滤池、变孔隙过滤池或纤维过滤池；降膜蒸发器8采用2效～4效板式降膜蒸发器或管式降膜蒸发器，其单效传热温差约2.5℃～3.5℃，前一效的二次蒸汽作为下一效的加热蒸汽，充分利用热源一次蒸汽中的热能；进一步，本发明的二级澄清器出水的pH值控制在10以上，降膜蒸发器8的进水及循环料液pH控制在10以上，以降低二氧化硅结垢倾向；此处的循环料液是指每一效蒸发器内部的循环料液，在换热面两侧分别是加热蒸汽和循环料液，加热蒸汽冷凝成为二次冷凝水，循环料液部分蒸发生成二次蒸汽。

另外，本发明的一级反应器3和二级反应器5分为快速反应区和慢速反应区，快速反应区可采用机械搅拌反应或微涡凝聚反应，快速反应区停留时间5min～10min；慢速反应区采用大流量慢速搅拌循环反应器，慢速反应区停留时间10min～15min；澄清器底部设泥渣循环管，通过泥渣循环泵将活性泥渣返回至反应器，以促进化学反应的进行；

本发明提出了一种稠油废水预处理及蒸发脱盐系统及方法，通过蒸发工艺实现稠油废水的预脱盐，同时降低稠油废水中的有机物含量；在蒸发器前设置两级化学反应澄清预处理系统，有效去除稠油废水中的二氧化硅及硬度，配合高温阻垢剂，避免蒸发器换热面结垢，使蒸发器能够长期稳定运行；蒸发器排放的浓水经蒸发塘自然蒸发处置后，可实现工艺系统的废水零排放。而且本发明采用蒸发工艺充分利用高温稠油废水中的热能，利用电站锅炉汽轮机做功之后的乏汽作为蒸发器热源，提高能量利用效率；使经过预处理之后的稠油废水在蒸发过程中避免结垢，蒸发器冷凝水中含盐量及有机物显著降低，经后续除有机物及深度除盐处理后，可用于电站锅炉补给水。另外，本发明采用闪蒸、多效降膜蒸发、电站锅炉汽轮机低压缸乏汽利用等措施，有效利用稠油废水中的热能，降低蒸发过程的能耗，使工艺具有较好的经济性。

一种基于上述稠油废水预处理及蒸发脱盐系统的稠油废水预处理及蒸发脱盐方法，将贮存在稠油废水池1中经过除油后的稠油废水送至闪蒸器2中进行闪蒸；闪蒸器2产生的闪蒸蒸汽送至降膜蒸发器8作为第一效蒸发器的热源加以利用以回收其中的热能；闪蒸器2排出的闪蒸降温后的稠油废水送至一级反应器3，同时从第一投药口向一级反应器3中投加除硅药剂a、pH调整剂b、凝聚剂c以及助凝剂d，闪蒸降温后的稠油废水在一级反应器3中反应后进入一级澄清器4进行固液分离并控制得到的一级澄清器出水中二氧化硅浓度低于50mg/L，得到的一级澄清器沉淀泥渣一部分返回一级反应器3中作为晶种参与化学反应，另一部分送入压滤机13中进行压滤处理，压滤处理后产生的滤液返回一级反应器3继续处理，一级澄清器出水送入二级反应器5中，同时从第二投药口中向二级反应器5中投加碳酸钠e、凝聚剂c以及助凝剂d，一级澄清器出水在二级反应器5中反应后进入二级澄清器5进行固液分离，且控制得到的二级澄清器出水中Ca²⁺浓度低于0.1mmol/L，得到的二级澄清器沉淀泥渣一部分返回二级反应器5中作为晶种参与化学反应，另一部分送入压滤机13中进行压滤处理，压滤处理后产生的滤液返回一级反应器3继续处理，压滤机13处理一、二级澄清器沉淀泥渣后产生的固体污泥外运处置；二级澄清器出水经过过滤池7过滤后控制pH值大于等于10，并送入降膜蒸发器8中进行处理，同时从第三加药口中投加高效阻垢剂f以控制结垢，以便降低降膜蒸发器的换热面结垢速率；由于降膜蒸发器8采用2～4效的降膜蒸发器，因此，本发明的降膜蒸发器前一效的二次蒸汽作为下一效的加热蒸汽，电站锅炉汽轮机10的低压缸乏汽排出的低压乏汽为进入降膜蒸发器8的二级澄清器出水提供一次蒸汽(首次加热蒸汽)，且相比使用汽轮机中压缸抽汽为热源的蒸发系统，其蒸发能耗低；经过降膜蒸发器8处理后的末效浓水是将二级澄清器出水经降膜蒸发器10浓缩20倍～30倍后得到的，将该末效浓水送至蒸发塘12以自然蒸发，末效蒸发器产生的二次蒸汽送至凝汽器11冷凝后收集到冷凝水箱9中，降膜蒸发器8的各效蒸发器产生的二次冷凝水回收到冷凝水箱9中，且控制送入到冷凝水箱9中的冷凝水的含盐量低于50mg/L，COD低于100mg/L，冷凝水箱中的冷凝水含盐量及有机物浓度显著降低，达到稠油废水预脱盐目标。最后将冷凝水箱9中收集的所有冷凝水进行有机物去除和深度除盐处理。

其中，除硅药剂a为氯化镁、氧化镁或硫酸镁，pH调整剂b为氢氧化钠、氢氧化钙或氧化钙，凝聚剂c为聚合氯化铝、聚合硫酸铁或三氯化铁；助凝剂d为聚丙烯酰胺。

某油田稠油废水的蒸发脱盐处理系统，设计水质见表1。

表1某油田稠油废水水质

采用本发明的处理工艺，除油处理后的稠油废水在稠油废水池1中贮存，送至闪蒸器2中进行闪蒸，闪蒸器进口稠油废水温度80℃，闪蒸出水温度63℃，闪蒸蒸汽送至降膜蒸发器8作为热源；闪蒸出水送至一级反应器3，在一级反应器3中投加氯化镁，石灰(CaO)，聚合氯化铝以及聚丙烯酰胺，使闪蒸出水中氯化镁的浓度为350mg/L，石灰的浓度为600mg/L，聚合氯化铝的浓度为40mg/L、聚丙烯酰胺的浓度为0.5mg/L，经过充分反应后的稠油废水送入一级澄清器4中进行固液分离，部分沉淀泥渣返回一级反应器作3为晶种参与化学反应，剩余泥渣送至压滤机13进行压滤处理；一级澄清器4产生的一级澄清器出水送入二级反应器5，在二级反应器5中投加碳酸钠、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺且控制一级澄清器出水中碳酸钠的浓度为800mg/L、聚合氯化铝的浓度为30mg/L、聚丙烯酰胺的浓度为0.4mg/L，经过充分反应后送入二级澄清器6进行固液分离，部分沉淀泥渣返回二级反应器作为晶种参与化学反应，剩余泥渣送至压滤机13进行压滤处理，压滤机13产生的滤液返回一级反应器3继续处理，压滤机13产生的固体污泥外运处置；二级澄清器6产生的二级澄清器出水送入变孔隙过滤池7中过滤，得到的产水pH值控制在10以上，且将该产水送至降膜蒸发器8，降膜蒸发器8使用2效板式垂直降膜蒸发器，降膜蒸发器8的一次蒸汽采用电站锅炉汽轮机10中低压缸排出的低压乏汽，蒸汽参数为70℃，30kPa；第一效蒸发器产生的二次蒸汽作为第二效的加热蒸汽，第二效蒸发器的二次蒸汽送至直接空冷凝汽器冷凝后收集至冷凝水箱9，第一、二效蒸发器产生的冷凝水也收集至冷凝水箱9；在降膜蒸发器8中投加阻垢剂控制结垢，第二效蒸发器产生的浓水送至蒸发塘12自然蒸发处置；冷凝水箱9中的冷凝水送至后续除有机物及深度除盐处理系统处理后可用于电站锅炉补给水。

实施效果：采用本发明的工艺处理稠油废水，经预处理后蒸发器进水中二氧化硅为45mg/L，Ca²⁺为0.05mmol/L；经蒸发处理后，稠油废水浓缩至20倍，蒸发器无结垢；蒸发二次冷凝水含盐量40mg/L，COD为80mg/L，实现了稠油废水蒸发预脱盐，经后续处理后可用于电站锅炉补给水。

Claims (6)

1.一种稠油废水预处理及蒸发脱盐方法，其特征在于：基于稠油废水预处理及蒸发脱盐系统，所述稠油废水预处理及蒸发脱盐系统包括稠油废水池(1)以及与稠油废水池(1)依次连通的一级反应器(3)和一级澄清器(4)，且一级反应器(3)上设有用于投加除硅化学药剂的第一投药口；所述的一级澄清器(4)的液体出口依次与二级反应器(5)和二级澄清器(6)相连，且二级反应器(5)上设有用于投加除钙化学药剂的第二投药口；一、二级澄清器(4，6)的固体出口分为两路，一路与压滤机(13)相连后返回一级反应器(3)的入口，另一路与对应的一、二级反应器(3，5)的入口相连；二级澄清器(6)的液体出口与降膜蒸发器(8)相连，降膜蒸发器(8)与用于为降膜蒸发器(8)的第一效蒸发器提供热源的热源装置相连，降膜蒸发器(8)的末效浓水出口与蒸发塘(12)相连，降膜蒸发器(8)的各效蒸发器的冷凝水出口与冷凝水箱(9)相连，末效蒸汽出口经凝汽器(11)与冷凝水箱(9)相连；

所述的稠油废水池(1)与一级反应器(3)之间设有闪蒸器(2)；

所述的闪蒸器(2)的蒸汽出口与降膜蒸发器(8)的第一效蒸发器相连，液体出口与一级反应器(3)相连；

包括以下步骤：

将贮存在稠油废水池(1)中经过除油后的稠油废水送至闪蒸器(2)中进行闪蒸；闪蒸器(2)产生的闪蒸蒸汽送至降膜蒸发器(8)作为第一效蒸发器的热源利用，闪蒸器(2)排出的闪蒸降温后的稠油废水送至一级反应器(3)，同时从第一投药口向一级反应器(3)中投加除硅药剂(a)、pH调整剂(b)、凝聚剂(c)以及助凝剂(d)，闪蒸降温后的稠油废水在一级反应器(3)中反应后进入一级澄清器(4)进行固液分离并控制得到的一级澄清器出水中二氧化硅浓度低于50mg/L，得到的一级沉淀泥渣一部分返回一级反应器(3)中作为晶种参与化学反应，另一部分送入压滤机(13)中进行压滤处理，压滤处理后产生的滤液返回一级反应器(3)继续处理，一级澄清器出水送入二级反应器(5)中，同时从第二投药口中向二级反应器(5)中投加碳酸钠(e)、凝聚剂(c)以及助凝剂(d)，一级澄清器出水在二级反应器(5)中反应后进入二级澄清器(6)进行固液分离，且控制得到的二级澄清器出水中Ca²⁺浓度低于0.1mmol/L，得到的二级沉淀泥渣一部分返回二级反应器(5)中作为晶种参与化学反应，另一部分送入压滤机(13)中进行压滤处理，压滤处理后产生的滤液返回一级反应器(3)继续处理，压滤机(13)处理一、二级沉淀泥渣后产生的固体污泥外运处置；二级澄清器出水送入降膜蒸发器(8)中进行处理，且热源装置为电站锅炉汽轮机(10)，将电站锅炉汽轮机(10)的低压缸乏汽作为降膜蒸发器(8)的第一效蒸发器的热源使用，经过降膜蒸发器(8)处理后的末效浓水送至蒸发塘(12)进行自然蒸发，末效蒸发器产生的二次蒸汽送至凝汽器(11)冷凝后收集到冷凝水箱(9)中，各效蒸发器产生的二次冷凝水回收到冷凝水箱(9)中，且控制送入到冷凝水箱(9)中的冷凝水的含盐量低于50mg/L，COD低于100mg/L。

2.根据权利要求1所述的稠油废水预处理及蒸发脱盐方法，其特征在于：所述的除硅药剂(a)为氯化镁、氧化镁或硫酸镁，pH调整剂(b)为氢氧化钠、氢氧化钙或氧化钙，凝聚剂(c)为聚合氯化铝、聚合硫酸铁或三氯化铁；助凝剂(d)为聚丙烯酰胺。

3.根据权利要求1所述的稠油废水预处理及蒸发脱盐方法，其特征在于：所述的二级澄清器(6)的液体出口和降膜蒸发器(8)之间设有过滤池(7)，降膜蒸发器(8)上设有用于投加阻垢剂的第三加药口，且降膜蒸发器(8)采用2效～4效板式降膜蒸发器或管式降膜蒸发器；控制二级澄清器(6)出水的pH值大于等于10，二级澄清器(6)的出水经过滤池(7)过滤后进入降膜蒸发器(8)中，同时从第三加药口中投加阻垢剂(f)以控制结垢。

4.根据权利要求1所述的稠油废水预处理及蒸发脱盐方法，其特征在于：所述的压滤机(13)采用板框式压滤机或离心式脱水机，凝汽器(11)采用循环水冷凝汽器、直流水冷凝汽器、直接空冷凝汽器或间接空冷凝汽器。

5.根据权利要求1所述的稠油废水预处理及蒸发脱盐方法，其特征在于：所述的二级澄清器(6)的液体出口与降膜蒸发器(8)之间设有过滤池(7)，且过滤池(7)采用多介质过滤池、砂滤池、变孔隙过滤池或纤维过滤池。

6.根据权利要求1所述的稠油废水预处理及蒸发脱盐方法，其特征在于：所述的降膜蒸发器(8)上设有用于投加阻垢剂的第三加药口，且降膜蒸发器(8)采用2效～4效板式降膜蒸发器或管式降膜蒸发器。