CN104495973A - 油田污水中高浓度聚丙烯酰胺的降黏反应装置及降黏方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种油田污水中高浓度聚丙烯酰胺的降黏反应装置及降黏方法，该装置包括油田污水处理器、紫外灯、循环冷凝阱、贴有锡纸的暗箱、电源、镇流器和触发器，油田污水中不添加任何降黏催化剂或氧化剂，紫外灯置于循环冷凝阱中，紫外灯工作时向循环冷凝阱中持续通入冷凝水防止紫外灯工作时释放的热量过多造成温度升高，以保证高浓度聚丙烯酰胺的光降解反应在常温中进行；电源为紫外灯供电，油田污水处理器和放有紫外灯的循环冷凝阱均置于贴有锡纸的暗箱中，避免其他光源对反应的影响。该装置的降黏反应可在常温、常压下进行，不产生二次污染，且费用较低，易操作，为油田污水的处理提供了新的途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种油田污水中高浓度聚丙烯酰胺的降黏反应装置及降黏方法，属于油田污水处理领域。
背景技术
聚丙烯酰胺是丙烯酰胺的均聚物和各种共聚物的统称，是一种化学性质较为活泼的有机高分子化合物。由于聚丙烯酰胺分子侧链上酰氨基的活性较高，赋予了聚丙烯酰胺许多极佳的性能如絮凝性、增稠性、耐剪切性、降阻性、分散性等。聚丙烯酰胺最早在水处理领域得到广泛应用，包括原水处理、污水处理、工业水处理、城市生活污水处理等，目前仍然是国内外水处理领域使用量最大的水处理剂。
聚丙烯酰胺在石油开采方面的应用开始于20世纪50年代末，一般采用水溶性高分子的聚丙烯酰胺通过注水井注入地下，提高原油采收率。高分子化合物聚丙烯酰胺所具有增粘、降滤失、流变调节、胶凝、分流、剖面调整等功能，这些特性被广泛应用于钻井、完井、固井、压裂和强化采油等油田开采作业中。美国、俄罗斯、加拿大、法国、德国以及阿曼等国家进行的大量聚合物驱油工业性试验表明，采用聚合物驱油一般能提高原油采收率6％-17％。我国国内的注聚 采油技术在20世纪90年代发展很快。继大庆油田之后，胜利、大港、河南、辽河等油田也都进行了先导性试验，并取得了成功。其中，大庆油田、胜利油田等大型油田已形成注聚采油的规模生产，2003年大庆油田聚合物驱油生产原油已达到年产1000万吨以上。目前，我国大型油田三次采油已成为聚丙烯酰胺的最大应用领域。
然而聚丙烯酰胺的加入在为油田生产提高采收率的同时，也对地面工程也产生了相当恶劣的影响。油井采出液黏度的增高，导致油水分离难度加大，分离成本升高，采出水含油量严重超标，同时由于聚丙烯酰胺在地面水体和地下水中的长期滞留，对地下水造成严重污染，给环境带来了不良影响。现有的紫外光对油田污水降黏方法主要采用光催化剂或氧化剂协同添加的方法，紫外光仅作为一种激发光催化剂更高性能的辅助手段，然而该方法反应时间长，能够处理的聚丙烯酰胺浓度非常低(125mg/L以下)，降黏率最高仅可达60％左右，对于高浓度聚丙烯酰胺(200mg/L以上)的油田污水的处理，该方法的降黏率很低。因此，寻找到一个高效、清洁、操作简单且成本低的方法处理这类污水已成为一个亟待解决的难题。
发明内容
基于现有技术中存在的问题，本发明提供了一种油田污水中高浓度聚丙烯酰胺的降黏反应装置及降黏方法，单纯利用紫外光光照降低油田污水中高浓度的聚丙烯酰胺的黏度，以促进油水的有效分离。本发明在无需光催化剂或氧化剂的协同添加以及改变压力、温度等外界条件下，通过紫外光的直接照射即可在短时间内将聚丙烯酰胺的黏度 降至与蒸馏水黏度相近。本发明采用的技术方案如下：
油田污水中高浓度聚丙烯酰胺的降黏反应装置，其特征在于：该装置包括油田污水处理器、紫外灯、循环冷凝阱、贴有锡纸的暗箱、电源、镇流器和触发器，油田污水中不添加任何降黏催化剂或氧化剂，紫外灯置于循环冷凝阱中，紫外灯工作时向循环冷凝阱中持续通入冷凝水防止紫外灯工作时释放的热量过多造成温度升高，以保证高浓度聚丙烯酰胺的光降解反应在常温中进行；电源为紫外灯供电，电路中设置镇流器和触发器保证电流稳定，油田污水处理器和放有紫外灯的循环冷凝阱均置于内壁贴有锡纸的暗箱中，避免其他光源给的影响，暗箱上的锡纸消除了紫外光照过程中光源不均对反应造成的影响。
进一步地，采用高压汞灯模拟紫外灯光照。
进一步地，油田污水处理器中的油田污水中的高浓度聚丙烯酰胺的浓度为100mg/L-1000mg/L，降黏率达90％以上。
进一步地，所述高压汞灯采用100W～300W的高压汞灯。
进一步地，所述油田污水处理器为石英反应器。
进一步地，所述供电方式以采用漏磁变压器为主，初级绕组选择220V输入。
采用上述油田污水中高浓度聚丙烯酰胺的降黏反应装置的降黏方法，其特征在于：该方法包括如下步骤，
(1)将油田污水容器中加入含有高浓度聚丙烯酰胺的油田污水，油田污水中不添加任何降黏催化剂或氧化剂；
(2)将油田污水容器和放有高压汞灯的循环冷凝阱均置于内壁贴有锡纸的暗箱中，向循环冷凝阱的冷凝套管中持续通入冷凝水，打开电源，采用高压汞灯发出的光照射油田污水，照射时间为30min，每间隔5min取样，冷凝水的量需保证反应装置内温度接近常温；
(3)采用旋转粘度计测量油田污水黏度。
本发明具有如下技术效果：
(1)本发明单纯利用高压汞灯模拟紫外光光照降低污水中的聚丙烯酰胺黏度，无需光催化剂或氧化剂的协同添加以及改变压力、温度等外界条件，短时间内即可将聚丙烯酰胺的黏度降至与蒸馏水黏度相近。
(2)本发明自行设计了高压汞灯模拟紫外光降黏聚丙烯酰胺的反应装置，采用循环冷凝阱降低高压汞灯释放的热量和内壁贴满锡纸的暗箱中进行降黏反应，有效减少光源工作时释放的热量、光源不均及外界光源对反应产生的影响，装置设计合理，可有效消除外界因素对反应的影响。
(3)采用本发明油田污水中高浓度聚丙烯酰胺的降黏反应装置的聚丙烯酰胺的降黏反应可在常温、常压下进行，不产生二次污染，且费用较低，易操作，具有明显的环境效益、社会效益和经济效益，为油田污水的处理提供了新的途径。
附图说明
图1本发明实施例1黏度随时间的变化曲线；
图2本发明实施例1降黏率随时间的变化曲线；
图3本发明实施例2黏度随时间的变化曲线；
图4本发明实施例2降黏率随时间的变化曲线；
图5本发明实施例3黏度随时间的变化曲线；
图6本发明实施例3降黏率随时间的变化曲线；
图7本发明实施例4黏度随时间的变化曲线；
图8本发明实施例4降黏率随时间的变化曲线；
图9本发明实施例5黏度随时间的变化曲线；
图10本发明实施例5降黏率随时间的变化曲线；
图11本发明实施例6黏度随时间的变化曲线；
图12本发明实施例6降黏率随时间的变化曲线；
图13本发明系统示意图；
图中：1石英反应器；2高压汞灯；3冷凝阱；4冷却进水；5冷却出水；6电源；7镇流器；8触发器；9锡纸；10暗箱。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
本发明的油田污水中高浓度聚丙烯酰胺的降黏反应在油田污水中高浓度聚丙烯酰胺的降黏反应装置中进行，降黏反应装置的结构如图13所述，包括盛放油田污水的石英反应器、紫外灯、循环冷凝阱、贴有锡纸的暗箱、电源、镇流器和触发器，油田污水中不添加任何降黏催化剂或氧化剂，紫外灯置于循环冷凝阱中，紫外灯工作时向循环冷凝阱中持续通入冷凝水防止紫外灯工作时释放的热量过多造成温度升高，以保证高浓度聚丙烯酰胺的光降解反应在常温中进行；电源为紫外灯供电，石英反应器和循环冷凝阱均置于内壁贴有锡纸的暗箱中。可采用高压汞灯来模拟紫外 灯光照，具体操作见下述实施例。
实施例1
配制100mg/L的聚丙烯酰胺水溶液100mL，将其转入石英反应器中。开启高压汞灯光照30min，每间隔5min取样一次，采用旋转粘度计测量溶液黏度，并绘制黏度及降黏率随时间的变化曲线。μ为降解后的聚丙烯酰胺黏度(其单位为厘泊，cP)，μ0为聚丙烯酰胺的初始黏度。反应10min后，溶液黏度大幅度降低，降黏率即达到74％；反应30min后，降黏率达到93.4％，溶液黏度与蒸馏水的黏度0.88cP相同。降黏效果如图1、图2所示。
实施例2
配制200mg/L的聚丙烯酰胺水溶液100mL，将其转入石英反应器中。开启高压汞灯光照30min，每间隔5min取样一次，采用旋转粘度计测量溶液黏度，并绘制黏度及降黏率随时间的变化曲线。μ为降解后的聚丙烯酰胺黏度，μ0为聚丙烯酰胺的初始黏度。反应10min后，降黏率达到91.6％；反应30min后，降黏率达到95.9％，溶液黏度降至与蒸馏水的黏度0.88cP相同。降黏效果如图3、图4所示。
实施例3
配制400mg/L的聚丙烯酰胺水溶液100mL，将其转入石英反应器中。开启高压汞灯光照30min，每间隔5min取样一次，采用旋转粘度计测量溶液黏度，并绘制黏度及降黏率随时间的变化曲线。μ为降解后的聚丙烯酰胺黏度，μ0为聚丙烯酰胺的初始黏度。反应10min 后，降黏率达到88.8％；反应30min后，降黏率达到97.8％，溶液黏度降至0.89cP，与蒸馏水的黏度0.88cP极为相近。降黏效果如图5、图6所示。
实施例4
配制600mg/L的聚丙烯酰胺水溶液100mL，将其转入石英反应器中。开启高压汞灯光照30min，每间隔5min取样一次，采用旋转粘度计测量溶液黏度，并绘制黏度及降黏率随时间的变化曲线。μ为 降解后的聚丙烯酰胺黏度，μ0为聚丙烯酰胺的初始黏度。反应10min后，降黏率达到93.4％；反应30min后，降黏率达到99.6％，溶液黏度降至0.92cP，与蒸馏水的黏度0.88cP相近。降黏效果如图7、图8所示。
实施例5
配制800mg/L的聚丙烯酰胺水溶液100mL，将其转入石英反应器中。开启高压汞灯光照30min，每间隔5min取样一次，采用旋转粘度计测量溶液黏度，并绘制黏度及降黏率随时间的变化曲线。μ为降解后的聚丙烯酰胺黏度，μ0为聚丙烯酰胺的初始黏度。反应10min后，降黏率达到95.7％；反应30min后，降黏率达到99.7％，溶液黏度降至1.2cP，与蒸馏水的黏度0.88cP相近。降黏效果如图9、图10所示。
实施例6
配制1000mg/L的聚丙烯酰胺水溶液100mL，将其转入石英反应器中。开启高压汞灯光照30min，每间隔5min取样一次，采用旋转粘度计测量溶液黏度，并绘制黏度及降黏率随时间的变化曲线。μ为降解后的聚丙烯酰胺黏度，μ0为聚丙烯酰胺的初始黏度。反应10min后，降黏率达到96.8％；反应30min后，降黏率达到99.7％，溶液黏度降至1.95cP，与蒸馏水的黏度0.88cP相近。降黏效果如图11、图12所示。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明公开的内容、应用或使用。在本发明实施例的教导下，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求任何实施例。
Claims (7)
1.油田污水中高浓度聚丙烯酰胺的降黏反应装置，其特征在于：该装置包括油田污水处理器、紫外灯、循环冷凝阱、贴有锡纸的暗箱、电源、镇流器和触发器，油田污水中不添加任何降黏催化剂或氧化剂，紫外灯置于循环冷凝阱中，紫外灯工作时向循环冷凝阱中持续通入冷凝水防止紫外灯工作时释放的热量过多造成温度升高，以保证高浓度聚丙烯酰胺的光降解反应在常温中进行；电源为紫外灯供电，电路中设置镇流器和触发器保证电流稳定，油田污水处理器和放有紫外灯的循环冷凝阱均置于内壁贴有锡纸的暗箱中，避免其他光源对反应的影响，暗箱上的锡纸消除了紫外光照过程中光源不均对反应造成的影响。
2.根据权利要求1所述的油田污水中高浓度聚丙烯酰胺的降黏反应装置，其特征在于：采用高压汞灯模拟紫外灯光照。
3.根据权利要求1所述的油田污水中高浓度聚丙烯酰胺的降黏反应装置，其特征在于：所述浓度为100mg/L-1000mg/L，降黏率达90％以上。
4.根据权利要求1所述的油田污水中高浓度聚丙烯酰胺的降黏反应装置，其特征在于：所述高压汞灯采用100W～300W的高压汞灯。
5.根据权利要求1所述的油田污水中高浓度聚丙烯酰胺的降黏反应装置，其特征在于：所述油田污水处理器为石英反应器。
6.根据权利要求1所述的油田污水中高浓度聚丙烯酰胺的降黏反应装置，其特征在于：所述供电方式以采用漏磁变压器为主，初级绕组选择220V输入。
7.采用权利要求1、2、3、4、5和6之一所述的油田污水中高浓度聚丙烯酰胺的降黏反应装置的降黏方法，其特征在于：该方法包括如下步骤，
(1)将油田污水容器中加入含有高浓度聚丙烯酰胺的油田污水，油田污水中不添加任何降黏催化剂或氧化剂；
(2)将油田污水容器和放有高压汞灯的循环冷凝阱均置于内壁贴有锡纸的暗箱中，向循环冷凝阱的冷凝套管中持续通入冷凝水，打开电源，采用高压汞灯发出的光照射油田污水，照射时间为30min，每间隔5min取样，冷凝水的量需保证反应装置内温度接近常温；
(3)采用旋转粘度计测量油田污水黏度。
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