CN104640610A - 用于处理采出水的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

用于对采出水进行纯化的系统和方法，包括：闭合回路阳离子交换单元、闭合回路阴离子交换单元、以及中间脱气器。采出水的纯化方法，包括：提供闭合回路阳离子交换单元和闭合回路阴离子交换单元，所述阳离子交换单元和所述阴离子交换单元通过中间脱气器串联连接。所述采出水可包含升高含量的总溶解固体物、钠、碳酸根及氯根离子。阳离子交换单元可包含强酸阳离子树脂床，且所述阴离子交换单元可包含弱碱阴离子树脂床。所述交换单元中的每一个可进一步包含多个处理区，所述处理区至少包括吸附区、漂洗区、再生区、脉冲输送区和回洗区。

Description

用于处理采出水的方法和系统
技术领域
本发明涉及采出水(produced water)的纯化，且更具体地说，本发明涉及利用连续离子交换的采出水的纯化。
背景技术
在烃产品的收取过程期间，以下物质可被产生并被带到地面：地下地质地层中所捕集的水；以及注入到油气储集层(reservoir)中以实现最佳的烃回收的水。该采出水可具有可变的物理和化学性质。举例来说，取决于储集层和特定地层的地理位置，采出水的钠含量可是极高的且其向环境的排放可对植物以及动物的生命有害。
采出水中的主要污染物是碳酸氢钠和/或氯化钠。高的碳酸氢盐/碳酸盐含量和全部总溶解固体物(TDS)含量对环境产生不利影响。许多国家已经制定规章禁止采出水的未经处理的排放。对于如下工艺存在未被满足的需要，所述工艺扩大了用于再循环和再利用采出水以及用于由采出水产生有用产物的选择。
发明内容
本发明的实施方案提供了用于纯化采出水的方法和系统。
一个或多个本发明实施方案提供了采出水的纯化方法，包括：提供闭合回路阳离子交换单元和闭合回路阴离子交换单元，所述阳离子交换单元和所述阴离子交换单元通过中间脱气器(degasifier)串联连接。在一个方面中，所述采出水可包含升高含量的总溶解固体物、Na+、碳酸根及Cl-离子。
所述阴离子交换单元和所述阳离子交换单元中的至少一个可采用连续逆流流动运行。
所述阳离子交换单元可包含阳离子树脂床，且所述阴离子交换单元可包含阴离子树脂床。所述阳离子树脂床可为强酸阳离子树脂床，且所述阴离子树脂床可为弱碱阴离子树脂床。所述交换单元中的每一个可进一步包含多个处理区，所述处理区至少包括吸附区、漂洗区、再生区、脉冲输送(pulsing)区和回洗区。
所述方法可进一步包括使一定体积的(大量的，a volume of)所述采出水流过所述阳离子交换单元的所述吸附区以从所述采出水除去包括Na+的阳离子并产生酸性的脱阳离子流出物。
在所述阳离子交换单元的所述再生区中，可通过使所述阳离子交换单元与酸再生剂接触来再生所述阳离子交换单元。所述酸再生剂可选自：HCl、H2SO4、HNO3、H3PO4、H2CO3、柠檬酸、甲磺酸以及乙酸。
使所述酸性的脱阳离子流出物通过脱气器以脱除或释放二氧化碳并由此产生酸性脱气流出物。
可通过使一定体积的所述酸性脱气流出物流过所述阴离子交换单元的所述吸附区来产生具有中性pH的去离子的处理水。可向所述去离子的处理水中加入钙盐，以便在排放之前对其进行缓冲。
在所述阴离子交换单元的所述再生区中，可通过使所述阴离子树脂与苛性碱再生剂接触来再生所述阴离子树脂床。
在一个或多个实施方案中，所述方法可进一步包括以两阶段方法漂洗所述再生的阴离子树脂床，所述方法包括：在第一阶段中，将所述酸性脱气流出物的滑流物流(分流物流，slip stream flow)管道输送过所述阴离子交换单元的所述漂洗区；以及，在第二阶段中，使所述去离子的处理水的物流经过所述阴离子交换单元的所述漂洗区。
在一个或多个实施方案中，可通过所述阴离子交换单元中的漂洗尾段(tail)出口收集器收集并移除所述去离子的处理水和所述酸性脱气流出物的残留部分。所述漂洗尾段可位于所述漂洗区内且在苛性碱再生剂入口分配器的上方。可将所述酸性脱气流出物从所述漂洗尾段再循环至用于所述阳离子交换单元的给料罐。
在一个或多个实施方案中，所述方法可进一步包括用于在所述阴离子交换单元的所述再生区内抑制生物淤积和/或在所述阴离子交换单元的所述再生区内抑制生物淤积并处理生物淤积物的在线(inline)方法。所述在线方法可包括使用苛性盐水溶液擦洗所述阴离子树脂床。
在一个或多个实施方案中，所述方法可进一步包括通过使所述酸性脱气流出物的物流转向来再生所述阳离子树脂床，所述酸性脱气流出物控制所述阳离子树脂床内的二氧化碳的放出(evolution)。
在一个或多个实施方案中，在采用反渗透(RO)预处理所述采出水并产生RO浓缩物的条件下，可将所述RO浓缩物储存在所述给料罐中并且可将足够大体积的所述去离子的处理水内部再循环至采出水给料罐以稀释所述RO浓缩物。所述RO浓缩物的稀释可减轻所述阳离子交换单元中的二氧化碳过度放出。
本发明的一个或多个实施方案提供了用于纯化采出水的系统，包括：闭合回路阳离子交换单元、闭合回路阴离子交换单元、以及中间脱气器。
在一个或多个实施方案中，所述闭合回路阳离子交换单元可包含阳离子树脂床、以及多个处理区。所述多个处理区可包括阳离子吸附区、阳离子漂洗区、阳离子再生区、阳离子脉冲输送区和阳离子回洗区。
在一个或多个实施方案中，所述闭合回路阴离子交换单元可包含阴离子树脂床、以及多个处理区。所述多个处理区可包括阴离子吸附区、阴离子漂洗区、阴离子再生区、阴离子脉冲输送区和阴离子回洗区。
所述闭合回路阴离子交换单元可进一步包括漂洗系统，所述漂洗系统具有用于将多种漂洗流体输送至所述阴离子漂洗区的装置。所述流体可至少包含酸性脱气流体和去离子的处理流体。所述漂洗系统可进一步具有用于从所述漂洗区收集和移除所述漂洗流体的漂洗尾段。所述漂洗尾段可设置在所述阴离子再生区的上方。
附图说明
图1示出了说明根据本发明的一个或多个实施方案的系统和方法的流程图。
图2示出了说明根据本发明的一个或多个实施方案的系统和方法的流程图。
图3示出了说明根据本发明的一个或多个实施方案的系统和方法的流程图。
图4示出了说明根据本发明的一个或多个实施方案的系统和方法的流程图。
图5示出了说明根据本发明的一个或多个实施方案的方法的流程图。
具体实施方式
用于采出水处理的可用的选择包括渗透和容器积蓄(containmentimpoundment)、土地应用处理、以及重新注入。但是，出于水平衡、环境或经济的原因，这些选择可能不是可行的。
反渗透(RO)被认为是用于采出水处理的最好的可用技术之一。但是，RO可涉及高的能量成本，所述高的能量成本与无法通过膜的大体积的浓缩废水的重新注入的组合使得RO的经济价值难以预料。
常规的吸附或离子交换工艺也可用于处理采出水。但是，所涉及的化学品成本以及大的用过的(废，spent)再生剂废料体积的组合可使得这些工艺不经济。
尽管常规的吸附或离子交换工艺存在缺点，但是，至少一种类型的吸附/离子交换工艺已经被确定在采出水纯化方面是足够有效的。对于采出水的纯化，连续离子交换(CIX)技术(特别是Higgins LoopTM连续离子交换接触器)已被商业化应用多年。例如，在纯化煤层气(CSG)的生产过程(或者油气或烃的收取过程)中产生的水的情况下，该技术利用阳离子树脂从采出水中除去钠并将其浓缩成用于丢弃(disposal)的非常小的盐水物流。通过在轻微酸性的pH条件下从所述低钠水中放出二氧化碳气体，该技术还降低了水的碳酸氢盐含量。然后，使用石灰石中和所述纯化水，这提高了所述纯化水的钙含量并使得所述水更适合用于灌溉、人类消费、牧场、以及适合于河流和小溪中的水生生物。
本发明的系统和方法涉及利用连续离子交换来处理采出水。美国专利No.7,273,555公开了用于连续逆流离子交换的方法，该方法尤其包括将受到污染的进料物流管道输送到闭合回路阳离子交换接触器中。该专利以及所有其它引用的专利和申请的全部内容在此引入作为参考。此外，当在此引入作为参考的文献中的定义或术语的使用与本文所提供的该术语的定义不一致或矛盾时，采用本文所提供的该术语的定义并且不采用所述文献中的该术语的定义。
参考图1，根据一个或多个本发明实施方案，采出水纯化系统100可包括闭合回路阳离子交换单元104和闭合回路阴离子交换单元108。所述阳离子交换单元104可经由中间脱气器112与所述阴离子交换单元108串联连接。
待通过所述采出水纯化系统100处理的采出水116可被储存在给料罐(未示出)中。所述采出水116可在所述给料罐中经历预处理和调控。例如，可过滤所述采出水116以除去有机杂质和溶解固体物。可使所述采出水116流过所述阳离子交换单元104以除去所述采出水116中所存在的阳离子。在一个或多个实施方案中，所述采出水116中所存在的阳离子可主要包括钠(Na+)。所述采出水116可具有600-2,400mg/L Na的Na+含量、300-2,000mg/L Cl的Cl+含量、以及1,000-2,800mg/L CO3的碳酸根。
所述采出水116中的Na+离子可在所述阳离子交换单元104的填充阳离子树脂床中被交换成氢(H+)离子。下面参考图2更详细地描述所述阳离子交换单元104。
可从所述阳离子交换单元104排出所述脱阳离子的水120(其可为轻微酸性的且具有不到2.0的pH)。在一个或多个实施方案中，所述脱阳离子的水120可包含阴离子，主要是碳酸氢根和氯根离子。所述脱阳离子的水120可具有过量的氢离子，这降低了所述脱阳离子的水120的pH。所述pH可从约7.5-8.5降低至约1.4-2.5。在该降低的pH范围内，所述脱阳离子的水中的碳酸氢根离子可与氢离子反应并产生二氧化碳气体，如由以下方程式所示的：
CO2产生：H+HCO3 -→H2O+CO2(气体)
可使所述排放的脱阳离子的水120流向中间脱气器112。在一个或多个实施方案中，所述脱气器112可为强制通风除气器(gas stripper)。所述脱气器112可用于从所述排放的脱阳离子的水120中释放二氧化碳气体，从而降低所述脱阳离子的水120的溶解固体物含量。在一个或多个实施方案中，可使用组合的除气器/吸收器系统(未示出)，将释放的二氧化碳有利地作为经纯化的碳酸盐副产物回收，由此还减少了有害温室气体的放出。在一个实施方案中，可使已经释放的二氧化碳通过包含碱石灰的吸收单元(未示出)，以产生可用作肥料的碳酸钙。
经脱气的水124可自所述脱气器112排出并流向所述阴离子交换单元108以除去所述经脱气的水124中所存在的阴离子。在一个或多个实施方案中，所述经脱气的水124中所存在的阴离子可主要包含氯根(Cl-)离子。下面参考图3更详细地描述所述阴离子交换单元108。
可自所述阴离子交换单元108排出具有中性pH且“去离子化了”阳离子和阴离子这两者的纯化水128。在一个或多个实施方案中，排放的纯化水128可经历一个或多个进一步的处理步骤(未示出)。所述纯化水128可具有低于50mg/L的Na+和50mg/L的Cl-。
在一个或多个实施方案中，采出水纯化系统100可进一步包括一种或多种再循环物流(例如，再循环物流132a-c)。如下面参考图2-4所述的，应当理解，所述阳离子交换单元104和所述阴离子交换单元108可产生多种流出物。换句话说，所述采出水纯化系统100不限于前面参考图1描述的流出物——排放的脱阳离子的水120、经脱气的水124、和纯化水128。而且，可将一种或多种流入物和/或流出物的任意组合用作导向所述水纯化系统100的任何部分的滑流(再循环物流或者其它)，从而适于使所期望的效率参数以及工艺、资源、环境、和/或经济效率最优化。
现在参考图2，根据一个或多个本发明实施方案，所述阳离子交换单元104可为闭合回路连续逆流交换单元(例如，Higgins LoopTM闭合回路接触器)，其包括吸附区204、漂洗区208、再生区212、脉冲输送区216、以及回洗区218。
所述阳离子交换单元104可进一步包括内部的蝶形阀A-D、以及外部的阀V102-V119。
流向所述阳离子交换单元104的所述采出水116可包括任意如下溶液，所述溶液具有需要从该溶液除去的离子。例如，在一个或多个实施方案中，所述采出水116可包括由于提取煤层气(CSG)而产生的水。所述采出水116可包含高含量的碳酸氢钠和/或氯化钠，如果排放至环境，其可损害植物和动物的生命。
可使所述采出水116向下流过所述阳离子交换单元104的吸附区204，所述吸附区204包括所述阳离子交换单元104中的至少一部分阳离子树脂填充床220。在一个或多个实施方案中，所述采出水116可以相对于所述阳离子交换单元104的逆时针方向向下流过所述吸附区204。
当所述采出水向下流过所述吸附区204时，所述采出水116与所述阳离子树脂220之间的接触可引起离子的交换，导致从所述采出水116中除去阳离子(主要是Na+)。在一个或多个实施方案中，所述阳离子树脂床220可包括强酸阳离子树脂床。所述离子的交换(“阳离子吸附”)可在所述采出水116中的Na+离子与所述阳离子树脂220上的H+离子之间发生。通过以下化学方程式说明所述阳离子吸附，其中“R-”代表所述树脂220：
阳离子吸附：R-H++Na+→R-Na++H+(水)
参考图1-2，所述脱阳离子的水120可自所述吸附区204排出并流向所述中间脱气器112。
阳离子吸附可耗尽所述吸附区204中的所述阳离子树脂220，即，最终，至少一部分所述树脂220可已经减损或不具有与流经所述吸附区204的所述采出水116交换离子的能力。当这发生时，在一个或多个实施方案中，将一定体积的流体224泵送到所述脉冲输送区216中，以推进在所述吸附区204下方的所述阳离子树脂220并替代所述耗尽的树脂220。
通过脉冲输送流体224以使其以顺时针方向(相对于所述阳离子交换单元104)穿过所述脉冲输送区216，所述流体224可置换位于所述脉冲输送的流体224下游的所述阳离子树脂220，从而用从所述吸附区204下方推进的树脂220替代耗尽的树脂220。如下面所更详细描述的，阳离子树脂220可在所述再生区212中进行再生。
在一个或多个实施方案中，所述流体224可包含水。所述流体224可储存在罐228中。泵232可用于将所述流体224从所述罐228中脉冲输送到，例如：所述脉冲输送区216，经由物流路线10-至-25和10-至-26；进入所述吸附区204的所述采出水116，经由物流路线10-至-12；以及，为了稀释供给至所述再生区212的酸，经由物流15脉冲输送到混合器。所述罐可容纳来自各种来源(例如，经由物流路线12-至-10-至-28的采出水116、经由物流27的回洗218、以及经由物流路线24-至-28和21-至-28的废脉冲输送流体224)中的一个或多个的脉冲输送流体。
在一个或多个实施方案中，阀B、C和D可在所述脉冲输送阶段打开，且阀A可被关闭。在所述阳离子吸附阶段，可关闭所有的阀A-D以避免各区之间的交叉污染。
在推进到所述吸附区204之前，可对存在于所述再生区212中的耗尽的树脂220进行再生以用于在所述吸附区204中的适宜的离子交换应用。在所述再生区212内，可使树脂再生物流17以相对于所述阳离子交换单元104的逆时针方向(如所述采出水116物流那样)移动通过所述树脂220。
可通过测量所述阳离子交换单元104内的不同区中的流体的一种或多种物理性质来检测阳离子树脂床的性能。所述测量可采用区域(location)、频率(frequency)和持续的任意组合来进行。可测量阳离子交换单元流体的任何单独的物理性质、或者物理性质的组合，包括pH和电导率。
在一个或多个实施方案中，所述树脂再生物流17可包含酸再生剂240。所述酸再生剂240可包含选自如下的酸：HCl、H2SO4、HNO3、H3PO4、和H2CO3、柠檬酸、甲磺酸以及乙酸。所述酸再生剂240可储存在储罐(未示出)中且可反向循环至所述阳离子交换单元104。在一个实施方案中，所述酸再生剂240可被泵送出所述储罐并进入到静态混合器(未示出)中，所述静态混合器计量进入所述阳离子交换单元104的酸再生剂的流。
加入至所述树脂220的所述酸再生剂240可恢复所述树脂220的氢离子含量，如通过以下化学方程式所说明的：
再生：R-Na++H++Cl-(酸)→R-H++Na++Cl-(盐水)
可将所得到的盐水/用过的再生剂244经由物流20管道输送出所述阳离子交换单元104。
在一个或多个实施方案中，参考图1-2，可将不含碳酸氢盐的经脱气的水124经由物流136再循环，以用作强酸氢氯酸再生剂240，从而使所述阳离子树脂床220内的二氧化碳气体放出最小化或者防止所述阳离子树脂床220内的二氧化碳气体放出。
在一个或多个实施方案中，可漂洗再生的阳离子树脂220，以便在推进至所述吸附区204之前，从再生的阳离子树脂220中除去过量的酸再生剂240。所述漂洗可在位于所述吸附区204和所述再生区212之间的漂洗区208中发生。所述采出水116的物流20可引自(diverted from)物流12并用于漂洗所述再生的阳离子树脂220。
参考图3，根据一个或多个本发明实施方案，所述阴离子交换单元108可为闭合回路连续逆流交换单元(例如，Higgins LoopTM闭合回路接触器)，其包括吸附区304、漂洗区308、再生区312、脉冲输送区316、以及回洗区318。
如前面参考图1-2所讨论的，可使排放的脱阳离子的水120流向中间脱气器112，所述中间脱气器112可用于从所述排放的脱阳离子的水120释放二氧化碳气体(并有利地将其作为经纯化的碳酸盐回收)，从而降低所述脱阳离子的水120的溶解固体物含量。
所述经脱气的水124可自所述脱气器112排出并流向所述阴离子交换单元108以除去所述经脱气的水124中所存在的阴离子。在一个或多个实施方案中，所述经脱气的水124中所存在的阴离子可主要包括碳酸氢根和氯根。
可使仍为酸性的经脱气的水124向下流过所述阴离子交换单元108的所述吸附区304，所述吸附区304包括所述阴离子交换单元108中的至少一部分阴离子树脂填充床320。在一个或多个实施方案中，所述经脱气的水124可以相对于所述阴离子交换单元108的逆时针方向向下流过所述吸附区304。
当所述脱气水向下流过所述吸附区304时，所述经脱气的水124与所述阴离子树脂320之间的接触可引起离子的交换，导致从所述经脱气的水124中除去阴离子(主要是Cl-)。在一个或多个实施方案中，所述阴离子树脂床320可包含弱碱阴离子树脂床。所述离子的交换(“阴离子吸附”)可在所述经脱气的水124中的Cl-离子与所述阴离子树脂320上的H离子之间发生。通过以下化学方程式说明所述阴离子吸附，其中“R-”代表所述树脂320：
阴离子吸附：R-OH+HCl→R-Cl-+H2O(水)
可自所述吸附区304排出具有中性pH且“去离子化了”阳离子和阴离子这两者的纯化水128。在一个或多个实施方案中，可使所述排放的纯化水128流向一个或多个进一步的处理步骤(未示出)。
阴离子吸附可耗尽所述吸附区304中的所述阴离子树脂320。当这发生时，在一个或多个实施方案中，以与前面参考阳离子交换单元104的相应的再生区212和脉冲输送区216所描述的那些相似的过程，利用所述再生区312和所述脉冲输送区316，将再生的阴离子树脂320推进至所述吸附区304。但是，不像所述阳离子交换单元104中那样使用酸再生剂240，所述阴离子交换单元108以浓的碱(苛性碱)再生剂340(例如，NaOH)接触耗尽的树脂320，如通过以下化学方程式所说明的：
再生：R-Cl+NaOH(碱)→R-OH+NaCl(盐水)
在一些实施方案中，苛性碱再生剂可包括NaOH、纯碱、碳酸钙、碳酸氢钠、氢氧化镁、石灰(Ca(OH)2)、以及前述物质的任意衍生物。所述苛性碱可为浓的商品级NaOH。在一些实施方案中，所述苛性碱再生剂可为分别从所述阳离子和阴离子交换单元排出的酸性盐水和苛性盐水之一或这两者的纯化和转化产物。
可通过测量所述阴离子交换单元108内的不同区中的流体的一种或多种物理性质来检测阴离子树脂床的性能。可测量阴离子交换单元流体的任何单独的物理性质、或者物理性质的组合，包括pH和电导率。
可将所得到的盐水/用过的再生剂344(氯化钠的碱性溶液，其可为以Cl离子高度浓缩的)经由物流40管道输送出所述阴离子交换单元108。在一个或多个实施方案中，该物流40的体积可占所述纯化水120体积的不到约1.0％。
在一个或多个实施方案中，可漂洗所述经再生的阴离子树脂320，以便在推进至所述吸附区304之前，从经再生的阴离子树脂320中除去过量的苛性碱再生剂340。所述漂洗可在位于所述吸附区304和所述再生区312之间的漂洗区308中发生。
在一个或多个实施方案中，经再生的阴离子树脂320的漂洗可包括两阶段漂洗系统/方法。
在第一阶段中，可使酸性经脱气的水124的滑流34a流过所述漂洗区308，从而通过以所述经脱气的水124的游离酸度替代并中和残留的苛性碱来漂洗经再生的阴离子树脂320其上的苛性碱再生剂340。
在第二阶段中，可使去离子的纯化水128的滑流34b流过所述漂洗区308，从而从所述经再生的阴离子树脂320中漂洗残留的酸性经脱气的水124，以确保当待处理的经脱气的水124进入所述吸附区304时，排放的纯化水128的酸度是低的。
在一个或多个实施方案中，漂洗水可从所述漂洗区308通过称为“漂洗尾段”348的出口收集器排出。所述漂洗尾段348可位于苛性碱再生剂340的入口352的上方，以防止用过的苛性碱再生剂344的过度稀释。漂洗尾段348的水可包含一些钠和氯化物(氯根离子)，且可再循环至进入所述阳离子交换单元104的所述采出水116物流。
常规的离子交换设计典型地使用大体积的漂洗水，以从树脂床冲洗残留的苛性碱。通过使用酸性经脱气的水124来中和残留的苛性碱，本发明的两阶段漂洗方法可降低漂洗时间并使漂洗水的体积最小化。所述漂洗尾段348可提供这样的手段(装置)，其彻底漂洗且同时不稀释苛性碱再生剂340或增加所产生的废料的体积。
参考图1-3，所述采出水纯化系统100的一个或多个实施方案可用于处理来自RO过程的废料物流或浓缩物。如早先所述的，RO可用于在一些场所处理采出水。但是，RO浓缩物需要通过Higgins LoopTM进一步处理以将RO浓缩物中的盐转变成有利的副产物。此外，由于RO浓缩物的杂质，RO浓缩物对于环境可为危险的。例如，RO浓缩物可具有高含量的碳酸氢盐。可将RO浓缩物储存在给料罐(未示出)中。可将大体积的排出的经纯化的去离子水128内部再循环(例如经由物流132c)至所述给料罐，以便在使RO浓缩物流向所述阳离子交换单元104作进一步处理之前稀释所述RO浓缩物。以该方式稀释RO浓缩物可减轻所述阳离子交换单元104中的二氧化碳过度放出(归因于RO浓缩物的高含量的碳酸氢盐)。RO浓缩物在所述阳离子交换单元104中的处理可进一步产生有价值的附加的盐水物流。所述盐水物流可适合作为用于盐或氯碱生产的原料。
在一个或多个实施方案中，作为在线方法，可使用苛性盐水溶液擦洗所述阴离子树脂床320。所述苛性盐水溶液可包含所述苛性碱再生剂340。可将所述苛性盐水溶液收集于储罐中，并且，根据需要，通过将其供给通过静态混合器和管线并达到所述阴离子交换单元108的所述再生区以用于处理生物淤积。
内部擦洗可排除如下操作的必要性：生产停工和树脂移出以实施离线方法来使有机杂质累积的负载有Cl的树脂320复原，从而，降低阴离子交换单元108的再生区312内的生物淤积。
现在参考图4，根据一个或多个本发明实施方案，采出水纯化系统400可包含闭合回路阳离子交换单元104和闭合回路阴离子交换单元108、以及中间脱气器112，如前面参考图1-3所描述的。
在一个或多个实施方案中，采出水可包含升高含量的总溶解固体物、Na+、碳酸根及Cl-离子。
从所述阳离子交换单元104和所述阴离子交换单元108排出的盐水/用过的再生剂244、344可被组合成一种溶液并且经由盐水物流404流动。将经预处理的采出水中的溶解固体物浓缩成组合的20％盐水物流404，所述盐水物流404具有不到所述经预处理的采出水的2-(和)1/2％体积。浓缩的盐水物流404可适合作为用于生产额外副产物的原料。可将所述浓缩的盐水物流404送至进一步的处理408，其在那里可被纯化、浓缩、并转变成酸和苛性碱。在一些实施方案中，所述转变可经由电解。
由所述进一步的处理408得到的产物可包含NaOH、HCl和/或H2。可将所产生的酸经由物流412再循环至所述阳离子交换单元104以用作酸再生剂240，而且，可将所产生的苛性碱经由物流416再循环至所述阴离子交换单元108以用作苛性碱再生剂340。
可使经纯化的去离子水128流向进一步的处理420，其在那里可采用加入钙盐(例如，石灰和石膏中的任一种或者这两者)来进一步处理，以便在排放之前对其进行缓冲。在一个或多个实施方案中，可进一步使经纯化的去离子水128与未经处理的采出水424共混，产生处理水428。
所述采出水纯化系统100的一个或多个实施方案可为完全自动的且设计用于无人值守操作。所述采出水纯化系统100可包括在线仪器(未示出)以监控和调节进料参数及流动体积。可对所述采出水纯化系统100进行远程控制和监控。每天的场所巡视可为必需的，以便目视检查所述采出水纯化系统100的组件。
尽管术语“系统”(及其复数形式)可用于前面的参考图1-4的描述中，但是，应当认识到，这些图(以及它们的相应的详细描述)还说明和描述了本发明的方法的实施方案。
尽管有前面的描述，图5总体上说明了根据本发明的一个或多个实施方案的方法。
在步骤504、508和512中，分别提供了阳离子交换单元、中间脱气器和阴离子交换单元。
在步骤504a中，所述阳离子交换单元可容纳待处理的采出水。可使所述采出水流过所述阳离子交换单元的吸附区，以从所述采出水除去包括Na+的阳离子并产生酸性的脱阳离子流出物(步骤504b)。
在步骤506中，所述酸性的脱阳离子流出物可自所述阳离子交换单元的所述吸附区排出并流向所述中间脱气器。在步骤508a至508b中，所述脱气器可从所述酸性的脱阳离子流出物中分离并释放出二氧化碳气体，产生酸性脱气流出物。
在步骤510中，所述酸性脱气流出物可自所述中间脱气器排出并流向所述阴离子交换单元。在步骤512a中，可接收所述酸性脱气流出物并使其流过所述阴离子交换单元的所述吸附区，产生去离子的处理水(步骤512b)。
在所述阴离子交换单元的所述再生区中，可通过使所述阴离子树脂床与苛性碱再生剂接触来再生所述阴离子树脂床。可采用两阶段方法，在所述漂洗区漂洗所述再生的阴离子树脂床。所述两阶段漂洗过程包括：在第一阶段中，将所述酸性脱气流出物的滑流物流管道输送过所述阴离子交换单元的所述漂洗区；以及，在第二阶段中，使所述去离子的处理水的物流经过所述阴离子交换单元的所述漂洗区。
在本发明的一个或多个实施方案中，定期地(on a routine basis)对所述采出水的进料物流以及各种流出物和废盐水进行取样和分析。
所述本发明的一个或多个实施方案可提供若干种经济和环境上的好处。相比于普通的离子交换单元中的化学品使用，本发明的逆流离子交换单元中的再生剂化学品使用存在50％的降低。通过使脱阳离子的采出水脱气，使得经预处理的采出水中的TDS含量降低超过30％，从而降低了化学品使用和废弃的盐水体积。所述纯化水适于排放到环境中，用于灌溉或畜牧以及用作可饮用的饮用水。
尽管上文描述了本发明的各种实施方案，但是，在不脱离本发明基本范围的情况下，可想到本发明的其它和进一步的实施方案。本发明的范围由所附权利要求书确定。本发明不限于所描述的实施方案、形式或实例，这些实施方案、形式或实例被包括以使具有本领域普通技术的人员在结合所述具有本领域普通技术的人员可以得到的信息和知识时能够实施和运用本发明。

Claims (21)

1.采出水的纯化方法，所述方法包括：
提供闭合回路阳离子交换单元和闭合回路阴离子交换单元，所述阳离子交换单元和所述阴离子交换单元通过中间脱气器串联连接，
所述阳离子交换单元包含阳离子树脂床，
所述阴离子交换单元包含阴离子树脂床，
所述交换单元中的每一个进一步包含多个处理区，所述处理区至少包括吸附区、漂洗区、再生区和脉冲输送区、以及回洗区；
使一定体积的所述采出水流过所述阳离子交换单元的所述吸附区以从所述采出水中除去包括Na+的阳离子并产生酸性的脱阳离子流出物；
在所述阳离子交换单元的所述再生区中，通过使所述阳离子树脂床与酸再生剂接触来再生所述阳离子树脂床；
在所述脱气器中，从所述酸性的脱阳离子流出物中释放出二氧化碳气体以产生酸性脱气流出物；
通过使一定体积的所述酸性脱气流出物流过所述阴离子交换单元的所述吸附区，产生具有中性pH的去离子的处理水，和
在所述阴离子交换单元的所述再生区中，通过使所述阴离子树脂床与苛性碱再生剂接触来再生所述阴离子树脂床。
2.权利要求1的方法，进一步包括以两阶段方法漂洗所述再生的阴离子树脂床，所述方法包括：
i)在第一阶段中，将所述酸性脱气流出物的滑流物流管道输送通过所述阴离子交换单元的所述漂洗区；和
ii)在第二阶段中，使所述去离子的处理水的物流经过所述阴离子交换单元的所述漂洗区。
3.权利要求2的方法，其中，在使所述阴离子树脂床再生之后，通过漂洗尾段出口收集器收集并移除所述去离子的处理水和所述酸性脱气流出物的残留部分，所述漂洗尾段位于所述漂洗区内且在苛性碱再生剂入口分配器的上方。
4.权利要求3的方法，进一步包括将所述酸性脱气流出物从所述漂洗尾段再循环至给料罐。
5.权利要求2的方法，进一步包括通过使所述酸性脱气流出物的物流转向来再生所述阳离子树脂床，所述酸性脱气流出物控制所述阳离子树脂床内的二氧化碳的放出。
6.权利要求1的方法，所述酸再生剂选自HCl、H2SO4、HNO3、H3PO4、和H2CO3、柠檬酸、甲磺酸以及乙酸。
7.权利要求1的方法，所述阳离子树脂床进一步包含强酸阳离子树脂床。
8.权利要求1的方法，所述阴离子树脂床进一步包含弱碱阴离子树脂床。
9.权利要求1的方法，包括用于在所述阴离子交换单元的所述再生区内抑制生物淤积和/或处理生物淤积物的在线方法，所述在线方法包括使用苛性盐水溶液擦洗所述阴离子树脂床。
10.权利要求1的方法，在采用反渗透(RO)预处理所述采出水并产生RO浓缩物的条件下，所述方法包括：
a.将所述RO浓缩物储存在所述给料罐中；和
b.将足够大体积的所述去离子的处理水内部再循环至所述给料罐以稀释所述RO浓缩物。
11.权利要求10的方法，所述RO浓缩物的稀释用于减轻所述阳离子交换单元中的二氧化碳过度放出。
12.权利要求1的方法，所述阴离子交换单元和所述阳离子交换单元中的至少一个采用连续逆流流动运行。
13.权利要求1的方法，所述采出水包含升高含量的总溶解固体物、Na+、碳酸根及Cl-离子。
14.权利要求1的方法，进一步包括向所述去离子的处理水中加入钙盐，以便在排放之前对其进行缓冲。
15.采出水的纯化方法，所述方法包括：
提供闭合回路阳离子交换单元和闭合回路阴离子交换单元，所述阳离子交换单元和所述阴离子交换单元通过中间脱气器串联连接，
所述阳离子交换单元包含阳离子树脂床，
所述阴离子交换单元包含阴离子树脂床，
所述交换单元中的每一个进一步包含多个处理区，所述处理区至少包括吸附区、漂洗区、再生区和脉冲输送区、以及回洗区；
使一定体积的所述采出水流过所述阳离子交换单元的所述吸附区以从所述采出水中除去包括Na+的阳离子并产生包含二氧化碳气体的酸性脱阳离子流出物；
在所述阳离子交换单元的所述再生区中，通过使所述阳离子树脂床与酸再生剂接触来再生所述阳离子树脂床；
从所述阳离子交换单元的所述再生区排放废酸性盐水溶液；
在所述脱气器中，从所述阳离子交换单元酸性流出物中释放所述二氧化碳气体以产生酸性脱气流出物；
通过使所述酸性脱气流出物的物流进一步转向来再生所述阳离子树脂床，所述酸性脱气流出物控制所述阳离子树脂床内的二氧化碳的放出；
通过使一定体积的所述酸性脱气流出物流过所述阴离子交换单元的所述吸附区，产生具有中性pH的去离子的处理水；
在所述阴离子交换单元的所述再生区中，通过使所述阴离子树脂床与苛性碱再生剂接触来再生所述阴离子树脂床；
以两阶段方法漂洗所述再生的阴离子树脂床，所述方法包括：
i)在第一阶段中，将所述酸性脱气流出物的滑流物流管道输送通过所述阴离子交换单元的所述漂洗区；和
ii)在第二阶段中，使所述去离子的处理水的物流经过所述阴离子交换单元的所述漂洗区，和
从所述阴离子交换单元的所述再生区排放废苛性盐水溶液。
16.权利要求15的方法，进一步包括：将废酸性盐水溶液和废碱性盐水溶液组合成溶液，并纯化组合的盐水溶液。
17.权利要求16的方法，进一步包括使经纯化的盐水溶液转变成酸和苛性碱，将一部分所述酸再循环至所述阳离子交换单元并将一部分所述苛性碱再循环至所述阴离子交换单元。
18.采出水的纯化方法，所述方法包括：
提供闭合回路阳离子交换单元和闭合回路阴离子交换单元，所述阳离子交换单元和所述阴离子交换单元通过中间脱气器串联连接，
所述阳离子交换单元包含阳离子树脂床，
所述阴离子交换单元包含阴离子树脂床，
所述交换单元中的每一个进一步包含多个处理区，所述处理区至少包括吸附区、漂洗区、再生区、脉冲输送区和回洗区；
使一定体积的所述采出水流过所述阳离子交换单元的所述吸附区以从所述采出水中除去包括Na+的阳离子并产生包含二氧化碳气体的酸性脱阳离子流出物；
在所述阳离子交换单元的所述再生区中，通过使所述阳离子树脂床与酸再生剂接触来再生所述阳离子树脂床；
从所述阳离子交换单元的所述再生区排放废酸性盐水溶液；
在所述脱气器中，从所述阳离子交换单元酸性流出物中释放所述二氧化碳气体以产生酸性脱气流出物；
促使释放的二氧化碳气体作为碳酸盐副产物回收；
通过使一定体积的所述酸性脱气流出物流过所述阴离子交换单元的所述吸附区，产生具有中性pH的去离子的处理水；
在所述阴离子交换单元的所述再生区中，通过使所述阴离子树脂床与苛性碱再生剂接触来再生所述阴离子树脂床；
以两阶段方法漂洗所述再生的阴离子树脂床，所述方法包括：
i)在第一阶段中，将所述酸性脱气流出物的滑流物流管道输送通过所述阴离子交换单元的所述漂洗区；和
ii)在第二阶段中，使所述去离子的处理水的物流经过所述阴离子交换单元的所述漂洗区，和
从所述阴离子交换单元的所述再生区排放废苛性盐水溶液。
19.权利要求18的方法，在采用反渗透(RO)预处理所述采出水并产生RO浓缩物的条件下，所述方法包括：
a.将所述RO浓缩物储存在所述给料罐中；和
b.将足够大体积的所述去离子的处理水内部再循环至所述给料罐以稀释所述RO浓缩物，
所述RO浓缩物的稀释减轻了所述阳离子交换单元中的二氧化碳过度放出。
20.用于纯化采出水的系统，所述系统包括：
闭合回路阳离子交换单元，包括：
阳离子树脂床；和
多个处理区，包括：
阳离子吸附区；
阳离子漂洗区；
阳离子再生区；和
阳离子脉冲输送区；
闭合回路阴离子交换单元，包括：
阴离子树脂床；
多个处理区，包括：
阴离子吸附区；
阴离子漂洗区；
阴离子再生区；和
阴离子脉冲输送区；和
漂洗系统，包括：
用于将多种漂洗流体输送至所述阴离子漂洗区的装置，所述流体至少包含酸性脱气流体和去离子的处理流体；和
用于从所述漂洗区收集和移除所述漂洗流体的漂洗尾段；和
中间脱气器，所述阳离子交换单元和所述阴离子交换单元通过中间脱气器串联连接并流体连通。
21.权利要求20的系统，所述漂洗尾段设置在所述阴离子再生区的上方。
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