CN108862437A

CN108862437A - 一种油田污水的竖管降膜蒸发资源化处理工艺

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Publication number: CN108862437A
Application number: CN201810819049.8A
Authority: CN
Inventors: 张磊; 肖小龙; 赵桂龙; 王光卿; 呙如地; 杨燕平; 徐少伟; 李毅; 张同哲; 董明; 王飞; 张春伟; 李照成; 姚明修; 王伟; 刘娜; 王旭红; 徐辉; 张辰
Original assignee: Sinopec Oilfield Service Corp; Sinopec Petroleum Engineering Corp
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2018-07-24
Filing date: 2018-07-24
Publication date: 2018-11-23

Abstract

本发明提供一种油田污水的竖管降膜蒸发资源化处理工艺，包括：油田污水进入一体化澄清除硬装置，经除硬后调节pH值，进入第一板式预热器预热；送入第二板式预热器预热后，进入一体式降膜蒸发器的管程并在其壳程中补充鲜蒸汽，蒸发产生的不凝气与进料水经第一板式预热器换热后排出；蒸发出的水蒸汽及浓缩液经一体式降膜分离器分离，蒸发器壳程中的水蒸汽冷凝为蒸馏水与进料水经第二板式预热器换热后排出并收集；蒸发器管程的水与壳程中蒸汽换热后，其管程的水蒸发为水蒸气进入二级除沫器净化后，经压缩机压缩升温，进入蒸发器循环，而一体式降膜分离器底部的浓缩液排出。本发明的工艺流程简单、用电负荷低、清洗周期短，建设投资低、成本低。

Description

一种油田污水的竖管降膜蒸发资源化处理工艺

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种油田污水的竖管降膜蒸发资源化处理工艺。

背景技术

目前国内高盐含油污水资源化主要有膜法及热法两种工艺，其中膜法主要反渗透工艺，热法有机械压缩蒸发工艺及低温多效蒸发工艺。国际范围来看，膜法和热法两种工艺都有应用。相关工程实例已经在加拿大、美国和英国等有局部应用。但是由于石油开采在国外大多是低含水期开采，剩余污水量少，所以这一技术并未在油田领域广泛使用，其实核心技术借鉴于海水淡化行业。国内油田在新疆春风油田、西南气田等环保要求高的区域也正在进行相关工程设计和应用，主要是强制循环蒸发和水平管降膜蒸发。考虑到我国是油田开发已到高含水期，剩余污水出路已成为制约油田发展的重要因素，随着国家环保政策要求越来越高，减少排放，污水资源化利用是污水处理的重要方向，前景巨大。同时膜法工艺和常规热法工艺处理油田污水在适应性和运行上也存在诸多问题，因此必须紧跟污水资源化国际前沿技术，进行高效降膜热法工艺的研发应用。

目前油田污水膜法资源化工艺和常规热法资源化工艺分别存在如下一系列问题。

(一)膜法资源化工艺

1.进水水质要求高，对于油田污水需要复杂的预处理流程才能满足要求；2.膜使用寿命短，3～5年就需要更换膜，费用高，维护工作量大；3.对于油田污水，浓缩倍数低，大量的浓水需要排放；4.极易污染，进水水质不达标，可能导致膜损坏；5.反渗透操作压力高，10～20MPa，能耗大；6.难以去除小分子有机物，出水水质；7.油田污水温度较高，特别是稠油污水，需要冷却后才能进行膜处理。

(二)常规热法资源化工艺

1.强制循环蒸发需要300倍左右的循环水量，能耗大，设备庞大；2.多效蒸发工艺需要蒸汽源，同时温差小，换热效率低，换热面积大，设备容积大，投入高；3.水平管降膜蒸发工艺清洗工作量大，列管布置通常要离线清洗，维护工作量大。

本发明能够替代用于高倍率浓缩含油污水，同时弥补其它常规热法在处理油田污水中存在不足的现状，处理后的污水可以用于蒸汽锅炉用水以及其它生产用水，不仅可以解决油田污水的出路问题，更能为油田生产提供充足的水资源，提高循环经济效益。而且对于油气田开发、零排放要求等领域具有良好的应用前景及良好的经济效益。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种油田污水的竖管降膜蒸发资源化处理工艺。

为了实现上述的目的，本发明提供了一种油田污水的竖管降膜蒸发资源化处理工艺，包括以下步骤：

1)油田污水进入一体化澄清除硬装置，经过除钙、除镁的除硬后调节pH值，进入第一板式预热器预热；

2)之后送入第二板式预热器进行预热，然后通过循环泵带压进入一体式降膜蒸发器的管程并在其壳程中补充鲜蒸汽，蒸发后产生的一部分不凝气与前端进料水经第一板式预热器换热后排出；

3)其余蒸发出来的水蒸汽及浓缩液经过一体式降膜分离器的分离，该一体式降膜蒸发器的壳程中的水蒸汽冷凝为蒸馏水与前端进料水经第二板式预热器换热后排出并收集；

4)一体式降膜蒸发器的管程中的水与其壳程中的蒸汽换热后，其管程中的水蒸发为水蒸气进入二级除沫器净化之后，通过压缩机的压缩使二次蒸汽温度升高15-20℃(优选为16℃)，再进入一体式降膜蒸发器循环，而一体式降膜分离器底部的浓缩液排出。

进一步地，其中步骤1)中，所述油田污水的温度为50℃-65℃，优选为50℃；所述油田污水的质量流量为2500-3000kg/h，优选为2770kg/h；所述油田污水中含有F^-、CI^-、Br^-、NO^- ₃、SO₄ ^2-、OH^-、CO₃ ^2-、HCO₃ ^-。

进一步地，其中步骤1)中，经过除钙、除镁的除硬后调节pH值至7.5-8.0，进入第一板式预热器的进料水通过不凝气预热至55℃-70℃，优选为55℃。

进一步地，其中步骤1)中，所述一体化澄清除硬装置中投加有除硬药剂，所述除硬药剂包括混凝剂、絮凝剂、碳酸钠、氧化镁、氢氧化钠中的一种或几种。

进一步地，其中步骤1)中，除硬后水中的钙离子含量＜20mg/L，镁离子含量＜20mg/L。

进一步地，其中步骤2)中，送入第二板式预热器的进料水，通过蒸馏水预热至90℃-95℃，优选为92℃。

进一步地，其中步骤2)中，补充的所述鲜蒸汽的质量流量为90-130kg/h；蒸发后产生的一部分所述不凝气与前端进料水经第一板式预热器换热后通过水环真空泵抽出并排放。

进一步地，其中步骤3)中，一体式降膜蒸发器的壳程中的所述水蒸汽冷凝为蒸馏水后全部与前端进料水经第二板式预热器换热后通过水环真空泵以2500-2700kg/h(优选为2500kg/h)的质量流量抽出并收集。

进一步地，其中步骤4)中，进入二级除沫器净化的蒸气为二次蒸汽，其温度为80℃-85℃，所述二次蒸气以2500-3000kg/h(优选为2770kg/h)的质量流量进入二级除沫器净化；一体式降膜分离器底部的所述浓缩液以250-270kg/h(优选为270kg/h)的质量流量排出；根据蒸发产水率90％考虑，所述浓缩液的浓缩倍数是10倍，即浓缩液中的离子含量均为进料水的10倍。

进一步地，其中所述不凝气包括氮气和氢气。

本发明所提供的油田污水的竖管降膜蒸发资源化处理工艺具有以下有益效果：

1、本发明是我国首套自主开发的降膜蒸发一体化工艺在油田污水处理得到成功应用；

2、本发明的工艺流程简单、用电负荷低、清洗周期短，建设投资低、成本低；

3、本发明的工艺操作弹性高，根据来水情况进行运行参数调整；

4、本发明的工艺解决了结垢、发泡、汽液分离及蒸汽净化的难题；

5、本发明的工艺所使用的装置易成撬，能够满足转场复用需求；

6、本本发明的工艺从本质上解决油田污水资源化工艺复杂、单元繁多、成本高和操作弹性低的问题，再解决热法结垢、起泡、蒸汽分离不彻底和装置成撬等一系列问题，满足油田污水资源化热法处理的需求。

附图说明

图1为本发明提供的油田污水的竖管降膜蒸发资源化处理工艺流程图；

其中，第一板式预热器1；第二板式预热器2；一体式降膜蒸发器3；一体式降膜分离器4；二级除沫器-5；压缩机-6；一体化澄清除硬装置-7。

具体实施方式

本发明提供了一种油田污水的竖管降膜蒸发资源化处理工艺，下面以具体实施例来说明具体实施方式，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种油田污水的竖管降膜蒸发资源化处理工艺，包括以下步骤：

1)50℃的油田污水(含有F-、CI-、Br-、NO-3、SO42-、OH-、CO32-、HCO3-，具体表1)以2770kg/h的质量流量进入一体化澄清除硬装置7，经过除钙、除镁的除硬后水中的钙离子含量＜20mg/L，镁离子含量＜20mg/L，之后调节pH值至7.5-8.0，进入第一板式预热器1的进料水通过不凝气预热至55℃，所述一体化澄清除硬装置7中投加有除硬药剂，所述除硬药剂包括混凝剂、絮凝剂、碳酸钠、氧化镁、氢氧化钠中的一种或几种；

2)之后送入第二板式预热器2的进料水，通过蒸馏水预热至92℃(温度是根据蒸发器内的压力确定的)，然后通过循环泵(循环泵是将蒸发器管程内的水一直打循环)带压进入一体式降膜蒸发器3的管程并在其壳程中以90-130kg/h的质量流量补充鲜蒸汽(由于管程中的水受热转变成蒸汽的过程中，部分不凝气被抽走，为保证换热所需的蒸汽量，所以需要额外补充一部分蒸汽)，蒸发后产生的一部分不凝气与前端进料水经第一板式预热器1换热后通过水环真空泵抽出并排放(在蒸发压缩后再次作为热源进入蒸发器的壳程后，在换热过程中不能转换成蒸馏水，因此需通过水环真空泵抽出排掉)；

3)其余蒸发出来的水蒸汽及浓缩液经过一体式降膜分离器的分离，该一体式降膜蒸发器3的壳程中的水蒸汽冷凝为蒸馏水后全部与前端进料水经第二板式预热器2换热后，通过水环真空泵以2500kg/h的质量流量抽出并收集(蒸馏水是一体式降膜蒸发器3壳程中的蒸汽温度降低转换而成，为降低能耗，保证前端来水的温升，因此一体式降膜蒸发器3底部排出的蒸馏水通过第二板式换热器与前端进料水进行换热，使得前端进料水升温，而蒸馏水则由于换热而温度降低，然后输送至蒸馏水收集处)；

4)一体式降膜蒸发器3的管程中的水与其壳程中的蒸汽换热后，其管程中的水蒸发为水蒸气(二次蒸汽，85℃)以2770kg/h的质量流量进入二级除沫器5净化之后，通过压缩机6的压缩使二次蒸汽温度升高16℃，再进入一体式降膜蒸发器3循环(一体式降膜蒸发器3的壳程中的蒸汽与管程中的水在热交换的过程中，其壳程中的蒸汽变成蒸馏水，其管程中的水变成蒸汽，但此时的蒸汽温度只有85℃，为保证此时的蒸汽再次循环进入一体式降膜蒸发器3的壳程内，需先进行增压升温至101℃)，而一体式降膜分离器4底部的浓缩液以270kg/h的质量流量排出(排出的浓缩液主要是矿化度含量高，根据蒸发产水率90％考虑，浓缩液的浓缩倍数是10倍，即浓缩液中的离子含量等含量均为来水的10倍；能够满足回注条件)。

其中，上述不凝气主要包括氮气和氢气等。

实施例2

为了验证上述油田污水的竖管降膜蒸发资源化处理工艺处理油田污水的效果，我们于2018年1月-2018年5月在胜利陈庄油田陈庄污水处理站进行了对比试验。处理对象是胜利陈庄高盐稠油污水，采用本发明所述的工艺对处理前后的污水进行了对比试验。结果如下表1、表2所示。

本发明的工艺参数设置如下；

①处理规模、目标和主要运行参数

②处理规模：产水60t/d；

③产水率：90％

④主要进出口指标：

表1进水主要离子分析

装置进水水质：含油≤20mg/L，悬浮物≤10mg/L；

表2处理后的水质主要控制指标

序号

分析项目

单位

目标值

序号

分析项目

单位

目标值

1

油和脂

mg/L

≤2.0

6

总碱度(以CaCO₃计)

mg/L

≤2000

2

悬浮固体TSS

mg/L

≤2.0

7

可溶性固体TDS

mg/L

≤7000

3

总铁

mg/L

≤0.05

8

含氧量

mg/L

≤0.05

4

pH

7.5～11

5

总硬度

mg/L

≤0.1

对比表1、表2中的数据可以看出，油田污水经过本发明所述的竖管降膜蒸发资源化处理工艺处理后，油和脂≤2.0mg/L，悬浮固体TSS≤2.0mg/L，总铁≤0.05mg/L，pH值达到7.5～11，总硬度≤0.1mg/L，总碱度(以CaCO₃计)≤2000mg/L，可溶性固体TDS≤7000mg/L，含氧量≤0.05mg/L，各项指标均达到油田注汽用水的水质标准；所得到的产品水可回用注汽锅炉，从而实现合理资源化利用。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种油田污水的竖管降膜蒸发资源化处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

4)一体式降膜蒸发器的管程中的水与其壳程中的蒸汽换热后，其管程中的水蒸发为水蒸气进入二级除沫器净化之后，通过压缩机的压缩使二次蒸汽温度升高15-20℃，再进入一体式降膜蒸发器循环，而一体式降膜分离器底部的浓缩液排出。

2.如权利要求1所述的油田污水的竖管降膜蒸发资源化处理工艺，其特征在于，步骤1)中，所述油田污水的温度为50℃-65℃；所述油田污水的质量流量为2500-3000kg/h；所述油田污水中含有F^-、CI^-、Br^-、NO^- ₃、SO₄ ^2-、OH^-、CO₃ ^2-、HCO₃ ^-。

3.如权利要求2所述的油田污水的竖管降膜蒸发资源化处理工艺，其特征在于，步骤1)中，经过除钙、除镁的除硬后调节pH值至7.5-8.0，进入第一板式预热器的进料水通过不凝气预热至55℃-70℃。

4.如权利要求3所述的油田污水的竖管降膜蒸发资源化处理工艺，其特征在于，步骤1)中，所述一体化澄清除硬装置中投加有除硬药剂，所述除硬药剂包括混凝剂、絮凝剂、碳酸钠、氧化镁、氢氧化钠中的一种或几种。

5.如权利要求4所述的油田污水的竖管降膜蒸发资源化处理工艺，其特征在于，步骤1)中，除硬后水中的钙离子含量＜20mg/L，镁离子含量＜20mg/L。

6.如权利要求1所述的油田污水的竖管降膜蒸发资源化处理工艺，其特征在于，步骤2)中，送入第二板式预热器的进料水，通过蒸馏水预热至90℃-95℃。

7.如权利要求6所述的油田污水的竖管降膜蒸发资源化处理工艺，其特征在于，步骤2)中，补充的所述鲜蒸汽的质量流量为90-130kg/h；蒸发后产生的一部分所述不凝气与前端进料水经第一板式预热器换热后通过水环真空泵抽出并排放。

8.如权利要求1所述的油田污水的竖管降膜蒸发资源化处理工艺，其特征在于，步骤3)中，一体式降膜蒸发器的壳程中的所述水蒸汽冷凝为蒸馏水后全部与前端进料水经第二板式预热器换热后通过水环真空泵以2500-2700kg/h的质量流量抽出并收集。

9.如权利要求1所述的油田污水的竖管降膜蒸发资源化处理工艺，其特征在于，步骤4)中，进入二级除沫器净化的蒸气为二次蒸汽，其温度为80℃-85℃，所述二次蒸气以2500-3000kg/h的质量流量进入二级除沫器净化；一体式降膜分离器底部的所述浓缩液以250-270kg/h的质量流量排出；根据蒸发产水率90％考虑，所述浓缩液的浓缩倍数是10倍，即浓缩液中的离子含量均为进料水的10倍。

10.如权利要求1-9任一项所述的油田污水的竖管降膜蒸发资源化处理工艺，其特征在于，所述不凝气包括氮气和氢气。