CN107921325A - 从蒸发器进料流中除去溶解气体的方法 - Google Patents

从蒸发器进料流中除去溶解气体的方法 Download PDF

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Abstract

一种用蒸发器(34)处理采出水或给水流的方法。将给水流或采出水引导到并通过位于蒸发器(34)上游的除气器(56)。利用由蒸发器产生的蒸汽(23)来从通过除气器(56)的采出水或给水流中汽提溶解气体。为了有效汽提溶解气体，保持除气器(56)中的蒸气压在大气压以下，并将采出水或给水流加热到大于除气器(56)中的饱和蒸气温度的温度。

Description

从蒸发器进料流中除去溶解气体的方法
发明领域
本发明涉及从蒸发器进料流中除去溶解气体的方法，并且在一个实施方案中，本发明涉及用蒸发器处理采出水，并在给水流到达蒸发器之前从中除去溶解气体的方法。
发明背景
许多工业方法采用蒸发器来纯化废水流。许多此类废水流包含溶解气体，例如CO2和H2S，其趋向于使蒸发器中的传热管生水垢、弄污或腐蚀蒸发器中的传热管。因此，已知提供用于除去蒸发器进料流中的溶解气体的方法，例如用气体进行汽提。然而，用于除去溶解气体以及调理废水流，以致使得有效的溶解气体去除成为可能的能量需求是相当大的。对用于从蒸发器进料流中除去溶解气体的有效且具有成本效益的方法已经存在着需求并持续存在需求。
发明概述
本发明涉及从蒸发器进料流中除去诸如H2S和CO2之类的溶解气体的系统和方法。将从下游蒸发器排放的蒸汽引入除气器用于从进料流中汽提溶解气体。尤其在一个实施方案中，该蒸汽除去或汽提H2S和CO2。至少部分通过在蒸发器与除气器之间的排放蒸汽中发生的压降来确立除气器中的蒸气(vapor)的压力并由此确立其温度。该压降的作用在于保持除气器中的蒸气压显著低于离开蒸发器加热的壳体的排放物流的压力，典型低于大气压。结合将进料流的温度加热或保持在除气器中的饱和蒸气温度以上，这样提供了溶解气体从进料流中的有效且有效率的去除。该方法减少了从进料流中除去溶解气体所需要的蒸汽的量，并且同时消除了对于来自诸如油废料或采出水工艺之类的工艺的蒸发器进料流的废气汽提的需求。
附图简述
图1是从蒸发器进料流中除去溶解气体的方法的示意图。
图2是采用从蒸发工艺上游的采出水流中除去溶解气体的工艺的采出水工艺的示意图。
示例性实施方案描述
本发明涉及从蒸发器进料流中除去溶解气体的方法。将蒸发器进料流引入除气器-气体汽提塔(下文称作除气器)中，其在显著在下游蒸发器加热器壳体内的压力以下的压力下(在大气压以下)操作。至少部分通过从下游蒸发器引导到除气器的排放蒸汽管线中的压力下降来确立除气器中的压力条件。此外，该方法要求加热蒸发器进料流或至少保持某种进料流温度，以致进料流的温度在进入除气器之前在除气器中的饱和蒸气温度以上。
转向图1，公开了一种示例性方法。进料流(例如采出水流)可包括油，且在此类情况中，被引导到脱油装置24。脱油装置24将油与进料流分离，并产生包括所分离的油的废料流24A。在一些蒸发器进料流中，不存在油或任何明显量的油，且在那些情况中，将不需要脱油装置。在许多常规方法中，此时，将蒸发器进料流引导到废气汽提塔。在本文所讨论的方法中不需要废气汽提塔。在将油与进料流分离之后，将进料流引导到进料预热器26。预热器26可呈现各种形式。在一个实施方案中，将新鲜蒸汽引入预热器26中，以加热进料流。如本文随后将讨论的，预热器加热进料流，以致其包括显著高于下游除气器 56中的饱和蒸气温度的温度。在一个实例中，进料流进入除气器 56之前的温度高于除气器中的饱和蒸气温度。
在该示例性方法中，在进料预热器26的下游，可对进料流进行pH调节。可向进料流添加酸，以降低进料流的pH。这具有转化碱度(碳酸氢盐和碳酸盐转化成二氧化碳)的效果。温度传感器T 位于进料预热器26 与除气器 56之间。温度传感器T感测进料流的温度，且在一种示例性方法中与控制器连通连接，所述控制器通过进料预热器26控制进料流的加热。
将进料流泵送入除气器56中，并向下流动通过除气器56。如下面所讨论的，将来自下游蒸发器34的蒸汽或蒸气(steam or vapor)流与进料流呈逆流关系向上引导通过除气器，并在该过程中从进料流中除去各种溶解气体。在一个实施方案的情况中，目标溶解气体是H2S、CO2和各种有机物。本领域技术人员将理解，可从除气器 56中除去其它溶解气体。
在低于大气压的压力下操作除气器56。用另一种方式表达，除气器56是真空除气器。存在着各种方式和手段来保持除气器56中的真空。在图1中所显示的实例中，真空泵58是操作性的，以产生除气器56中的真空。排放管线操作性地相互连接于除气器 56与真空泵58之间。压力传感器P操作性地连接于该管线中。从图1中看到，其中存在着从真空泵58放出的排放物流。真空泵58的作用在于保持除气器56中的真空。可通过以下方式来控制除气器中的压力：经由压力传感器T感测压力，并利用感测到的压力，通过控制器来控制真空泵58。不需要真空泵58来确立除气器56中的低压力条件。如下面所讨论的，将包括蒸汽或蒸气的排放物流从下游蒸发器34引入除气器56中。对该排放物流采用压降，且可采用该压降来产生除气器56内的在大气压以下的压力。因此，可单独通过压降来确立除气器56中的低压力条件。在其它情况中，可采用真空泵58连同压降一起工作，以在除气器 56中产生所需的低压力。
从除气器56排放的液体进料流流动到蒸发器34。在这里所呈现的申请中，保持除气器56中的蒸气压小于14.7磅/平方英寸(绝对压力)，并保持除气器中的蒸气的温度低于100°C。如果如此限制温度和压力，那么离开除气器56的进料流在大气压下将不沸腾。然而，优选调节从除气器56到蒸发器34的进料流的压力，以致其处于大气压下。因此，图1 显示了布置在除气器56与蒸发器34之间的管线中的大气压槽60。可采用各种手段来保持除气器56中的压力在大气压以下，并控制从除气器引导到蒸发器34的管线中的进料流的压力。在另一实施方案中，可按规定路线将进料流从除气器输送到蒸发器。
为了减少蒸发器34中的水垢或污垢，可通过pH调节来提高进料流的pH或由蒸发器产生的浓缩物的pH。这趋向于增加水垢成分(例如二氧化硅)的溶解度。在该实施方案和其它实施方案中，蒸发器34可以是采用机械蒸汽再压缩的常规的降膜蒸发器。呈常规式样的蒸发器34产生冷凝物，将其引导到直流蒸汽发生器或其它设备。另外，蒸发器34浓缩进料流并产生浓缩物，将所述浓缩物引导到将固体与浓缩盐水分离的固体-液体分离器35。
蒸发器加热器的壳体中所产生的蒸气或蒸汽可在除气器56中使用，以从进料流中汽提溶解气体，并同时可在由蒸发器产生的蒸气进入除气器之前调节其压力，以产生除气器中所需的压力和温度条件，用于有效除去溶解气体。如以上所讨论的，用于除去除气器56中的溶解气体的方法依赖于除气器56中的蒸气与进入该除气器之前的进料流之间存在着温度和压力关系。为了实现有效的溶解气体去除，尤其利用最小量的能量来除去H2S、有机物和CO2，进料流的温度应高于除气器56中的饱和蒸气温度。因此，通过在来自蒸发器34的蒸气进入除气器56之前，降低该蒸气的压力并因此降低其温度，可以控制并保持该所需的温度差别。通过蒸气压力设置除气器56中的蒸气温度。因此，通过降低导入除气器56中的蒸汽或蒸气的压力，并用预热器26充分加热进料流，可达到和保持该所需的温度差别。
如图1中所示，从蒸发器34延伸到除气器56的蒸气管线21中存在着提供压降的装置。将蒸发器34中产生的蒸气按规定路线输送到加热器壳体，且使这些蒸气的大部分冷凝。加热器壳体排放处于约18.5磅/平方英寸(绝对压力)和107°C的温度下的小部分到除气器。这些是压降装置上游的管线21中所发现的条件。存在各种降低由蒸发器34放出的蒸气的压力的方式(主动的或被动的)。一个实例在到除气器56的蒸气管线中要求控制阀。该控制阀可诱导压降。这可作为压力控制回路或流量控制回路实现。还可存在诱导蒸气流中的压降的其它装置，例如通过手动阀、喷嘴或孔口。
在该实施方案中，控制概念是使用该压降以及进料流的预热来产生除气器56中的蒸气温度与进来的进料流之间的温度差别。
以上所描述的及图1中所显示的系统和方法公开了本发明的一般应用。虽然该方法具有众多应用，但是一种特别的应用是对油的回收所获得的采出水进行处理。图2显示了此方法的一个实例。如下面所讨论的，使采出水经受蒸发工艺。然而，在到达蒸发器34之前，在除气器56中从采出水中除去溶解气体，例如H2S、有机物和CO2。如同图1方法，控制采出水的温度，以致其在除气器56中的饱和蒸气温度以上。这通过以下方式来实现：蒸发器34与除气器56之间的蒸气管线中存在压降，连同采出水到达除气器之前对其进行选择性且受控的加热。
参照图2，其中显示了油回收系统和方法，其由数字10来概括表示。从油井42中收集油-水混合物20并将其泵送到表面。将油-水混合物引导到油-水分离器22。这通常称作初级油-水分离工艺。可采用各种常规油-水分离系统。例如，可使用重力或离心分离器来分离油-水混合物，以产生油产品以及分离的水。进一步处理并销售油产品。采出水典型具有大约160至180°C的温度。为了在进一步处理之前冷却采出水，将采出水引入冷却装置23中，在该装置中典型地将采出水的温度降低到大约85°C。以这种方式，脱油装置24可作为槽而非压力容器操作。在冷却采出水之后，将其引导到脱油装置24，在该装置中除去额外的油。可使用各种脱油装置，例如诱导气浮系统。在一些情况中，向通过油-水分离器22分离的水中加入脱油聚合物。来自脱油装置24的输出物或流出物称作采出水。在重新使用以产生蒸汽之前对该采出水进行处理和调理。
将采出水引导到预热器26，在该预热器26中典型地将采出水加热到100°C以上的温度。在该实施方案中，合意的是，具有在除气器操作蒸气压以上的进料温度。如本文所讨论的，将采出水的温度升高至或保持在下游除气器56中的饱和蒸气温度以上。存在着各种方法来加热采出水。在一个实施方案中，将新鲜蒸汽引入预热器26中，用于加热采出水。在其它实施方案中，可将由下游蒸发器34产生的馏出物引导通过预热器26。在一些情况中，蒸汽和馏出物的组合用于预热采出水。
在一些情况中，在采出水到达除气器56之前可有利地调节其pH。如图2中所见，提供了pH调节装置27。在一个实施方案中，注入酸并与采出水混合，以降低pH。pH的降低导致碱度的转化，例如碳酸氢盐转化成二氧化碳，其可在除气器56中被有效除去。在任何情况下，将采出水引入位于蒸发器34上游的除气器56。将蒸气或蒸汽流从蒸发器34向上引导通过除气器56，与向下流动通过除气器的采出水呈逆流关系。该构造可用于碱度的脱气，但是使用到除气器的升高的进料温度并降低除气器操作压力增强了H2S和其它气体的汽提。
图2中注意到，管线21从蒸发器34延伸到表示压降的区块。存在着从所述压降引入除气器56的管线23。典型地，管线21中的蒸气的压力为大约18.5磅/平方英寸(绝对压力)，且该蒸气在大约107°C的温度下。压降的目的在于降低蒸气的压力并因此降低温度至受控的压力和温度，所述受控的压力和温度对于从除气器56中的采出水中汽提或除去溶解气体而言将是有效的且有能量效率的。该方法旨在降低除气器56中的蒸气压。这通过蒸发器与除气器之间的蒸气管线21和23中的受控的压降来至少部分实现。在一些情况中，真空泵58还可操作性地与除气器56连接，以确保保持除气器内的条件在大气压以下。因此，该实施方案中所描述的方法旨在加热采出水或至少保持采出水的温度，以致采出水的温度超过除气器中的饱和蒸气温度。同时，该方法的目的在于利用蒸发器34与除气器56之间的蒸气管线(管线21和23)中的压降来保持除气器中的条件，以致除气器中的饱和蒸气压在大气压以下。
将采出水从除气器56引导到蒸发器34，采出水在蒸发器34中经受蒸发工艺。使采出水在到达蒸发器34之前恢复至大气压是合意的。因此，在一些实施方案中，存在着有效建立大气压的压力调节功能。
这里将不详细涉及蒸发器34和蒸发工艺的细节，因为这不是本发明的本质内容(per se material)，并且蒸发器的结构和功能是本领域技术人员众所周知和理解的。只要说蒸发器34蒸发至少一部分采出水并在该过程中产生蒸汽和浓缩盐水就够了。蒸汽冷凝以形成馏出物34A。浓缩盐水被收集在蒸发器的集水池(sump)34C 中，并通过将浓缩盐水泵送通过盐水再循环管线34D的泵34E再循环通过蒸发器34。将一部分浓缩盐水作为蒸发器泄料引导通过管线 34B，可将管线34B引导到泄料处理装置(未显示)。
蒸发器馏出物34A基本上是纯的。馏出物34A中可存在大约10 mg/L或更低的少量溶解固体。在任何情况下，在该实施方案中，可按规定路线将馏出物34A输送通过预热器26，在预热器26中与馏出物34A相伴随的热能被转移到通过预热器的采出水。在图2中所显示的实施方案中，将馏出物34A引导到蒸汽发生器，在蒸汽发生器中将馏出物转化为蒸汽。可采用各种类型的蒸汽发生器。例如，蒸汽发生器可包括常规锅炉或快装锅炉。另外，蒸汽发生器可以是直流蒸汽发生器(OTSG)，其与蒸汽-水分离器一起使用，该蒸汽-水分离器用于从由OTSG产生的蒸汽-水混合物中分离蒸汽。蒸汽发生器产生被引入注入井40中的蒸汽。在图2中例示的实施方案中，将注入井40与实际产生油-水混合物20的油井42分隔开。在常规式样中，注入到注入井40中的蒸汽水平迁移到油井42周围的区域，在那里蒸汽与油井或含油地层中的油混合，并冷凝，以降低油的粘度并通常使油流通，以产生以上提及的油-水混合物 20。
从蒸发器进料流中除去溶解气体的本发明方法存在众多优点。在许多常规方法中，存在着并入系统和方法中的废气汽提塔。在本发明方法的一个实施方案中，消除了废气汽提塔。该方法还允许减少或消除用于预热进料流的补充蒸汽。更特别地，其消除了对于新鲜蒸汽的需求或至少保持了中性的热平衡。通过将进料流的温度提高至除气器 56中的饱和蒸气温度以上，这样使得除气器能够充当汽提机(steam stripper)。此外，该方法采用独特的途径，其对到除气器的蒸发器排放蒸汽使用减压，以在蒸发器的加热器壳体上保持适当的背压，并在除气器中保持真空。
当然可以在不背离本发明的基本特征的条件下，用与本文中所具体阐述的那些方式不同的方式来实施本发明。认为本发明实施方案在所有方面都是例示性的且非限制性的，并且落入随附权利要求书的含义和等价范围内的所有变化都意欲涵盖于其中。

Claims (20)

1.一种从油井回收油的方法，其包括：
从所述井回收油-水混合物；
分离所述油-水混合物，以产生油产品和采出水；
将所述采出水引导到并通过除气器；
在已将所述采出水引导通过所述除气器之后，将所述采出水引导到蒸发器，并产生浓缩盐水和蒸汽；
冷凝所述蒸汽，以形成馏出物；
将所述馏出物引导到蒸汽发生器，并产生蒸汽；
将至少一部分所述蒸汽注入到注入井中；
通过将蒸汽从所述蒸发器引导进入并通过所述除气器来从所述蒸发器上游的所述采出水中汽提溶解气体；
保持所述除气器中的蒸气压在大气压以下；和
在所述采出水进入所述除气器之前，将所述采出水加热到大于所述除气器中的饱和蒸气温度的温度。
2.权利要求1所述的方法，其中存在着操作性地互相连接于所述蒸发器与所述除气器之间的蒸汽管线，并且其中将用来从通过所述除气器的所述采出水中汽提溶解气体的所述蒸汽引导通过所述蒸汽管线，并且其中保持所述除气器中的蒸气压低于大气压包括在所述蒸发器与所述除气器之间的某一点处降低所述蒸汽管线中的所述蒸汽的压力。
3.权利要求1所述的方法，其包括在所述采出水到达所述除气器之前，将所述采出水加热到100ºC以上的温度。
4.权利要求1所述的方法，其包括通过使被从所述蒸发器引导到所述除气器的所述蒸汽在所述蒸发器与所述除气器之间的某一点处经受压降来确立所述除气器中的所述蒸气的压力和温度两者。
5.权利要求1所述的方法，其中被从所述蒸发器引导到所述除气器的所述蒸汽是蒸发器排放蒸汽，且所述方法包括保持所述除气器中的蒸气压低于所述蒸发器排放蒸汽的压力。
6.权利要求1所述的方法，其包括保持所述除气器中的所述蒸气的温度低于100ºC，并将所述除气器上游的所述采出水加热到大于100ºC的温度。
7.权利要求1所述的方法，其包括通过在所述蒸发器与所述除气器之间的某一点处降低被引导到所述除气器的所述蒸汽的压力来确立所述除气器中的所述蒸气的压力和温度两者；保持所述除气器中的所述蒸气的温度低于100ºC；并将所述采出水在到达所述除气器之前加热到大于100ºC的温度。
8.权利要求7所述的方法，其包括在所述除气器上游的任意点处都不提供所述采出水的废气汽提。
9.权利要求1所述的方法，其包括将真空泵操作性地与所述除气器连接，并采用所述真空泵来帮助保持所述除气器中的蒸气压低于大气压。
10.权利要求1所述的方法，其进一步包括在所述除气器与所述蒸发器之间的某一点处将所述采出水的压力调节到大气压。
11.权利要求1所述的方法，其包括从所述除气器中的所述采出水中汽提H2S和CO2。
12.一种用蒸发器处理给水流的方法，其包括：
将所述给水流引导到并通过除气器；
在将所述给水流引导到并通过所述除气器之后，将所述给水流引导到所述蒸发器；
蒸发所述蒸发器中的所述给水流，并产生浓缩物和蒸汽；
通过蒸汽管线将由所述蒸发器产生的所述蒸汽的至少一部分引导到并通过所述除气器，并从通过所述除气器的所述给水流中汽提溶解气体；
保持所述除气器中的蒸气压低于大气压；
保持所述除气器中的所述蒸气的温度低于100ºC；以及
在所述给水流进入所述除气器之前，将所述给水流加热到大于所述除气器中的饱和蒸气温度的温度。
13.权利要求12所述的方法，其包括通过降低所述蒸汽管线中的所述蒸汽的压力来保持所述除气器中的蒸气压低于大气压。
14.权利要求12所述的方法，其包括在所述给水流到达所述除气器之前，将所述给水流加热到100ºC的温度。
15.权利要求12所述的方法，其包括通过使所述蒸汽在所述蒸发器与所述除气器之间经受压降来确立所述除气器中的所述蒸气的压力和温度两者。
16.权利要求12所述的方法，其中被从所述蒸发器引导到所述除气器的所述蒸汽是蒸发器排放蒸汽，所述方法包括将所述除气器中的蒸气压保持在低于所述蒸发器排放蒸汽的压力的压力下。
17.权利要求12所述的方法，其包括将真空泵操作性地与所述除气器连接，并采用所述真空泵来帮助保持所述除气器中的蒸气压低于大气压。
18.权利要求12所述的方法，其包括通过降低被从所述蒸发器引导到所述除气器的所述蒸汽的压力来确立所述除气器中的所述蒸气的压力和温度两者；保持所述除气器中的所述蒸气的温度低于100ºC；并在将所述给水流引入所述除气器之前，将所述给水流加热到大于100ºC的温度。
19.权利要求12所述的方法，其包括通过将所述给水流向下引导通过所述除气器，并将来自所述蒸发器的蒸汽向上引导通过所述除气器来从所述除气器中的所述给水流中汽提H2S和CO2。
20.一种从油井回收油的方法，其包括：
从所述井回收油-水混合物；
分离所述油-水混合物，以产生油产品和采出水；
将所述采出水引导到并通过除气器；
在已将所述采出水引导通过所述除气器之后，将所述采出水引导到蒸发器，并产生浓缩盐水和蒸汽；
冷凝所述蒸汽，以形成馏出物；
将所述馏出物引导到蒸汽发生器，并产生蒸汽；
将至少一部分所述蒸汽注入到注入井中；
从所述蒸发器排放蒸汽，以形成排放蒸汽，并通过排放蒸汽管线将所述排放蒸汽引导到所述除气器；
将所述排放蒸汽引导通过所述除气器，并从通过所述除气器的所述采出水中汽提溶解气体；
保持所述除气器中的蒸气压在大气压以下；
保持所述除气器中的蒸气温度在100ºC以下；
至少部分通过使得所述排放蒸汽管线中的所述排放蒸汽在所述蒸发器与所述除气器之间的某一点处经受压降来实现保持所述除气器中的蒸气压在大气压以下和保持所述除气器中的所述蒸气温度在100ºC以下；和
在所述采出水进入所述除气器之前，将所述采出水加热到大于所述除气器中的饱和蒸气温度并大于100ºC的温度。
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