CN108862441B - 高含盐量油气田采出水的处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高含盐量油气田采出水的处理系统,包括:蒸发雾化装置,蒸发雾化装置的入口与空气源热泵装置相连,蒸发雾化装置的出口与盐粒分离装置相连;其中,蒸发雾化装置包括:水池,待处理采出水存储于水池中;雾化喷头,雾化喷头与水泵相连,水泵将水池中的待处理采出水输送至雾化喷头。本发明的优点在于:能够通过空气热源泵装置和太阳能利用装置,对空气进行高效加热,蒸发能力成倍增加,蒸发成本低,并通过盐粒分离装置处理高含盐的油气田采出水。
Description
技术领域
本发明涉及油气田开采领域,更具体地,涉及一种高含盐量油气田采出水的处理系统。
背景技术
油气田采出水主要是地层构造中的水,在油气采出过程中跟随原油和天然气一起被带到地表。油气田采出水是石油工业生产的量最大的液体废弃物。一直以来,油气田采出水的处理一般是采用回注地层或者外排。随着外排水质标准的提高,各省市都出台了更加严格的污水外排的水质标准并且对外排污水总量进行控制。无法用于水驱开发的采出水主要采用膜过滤技术、热力蒸发、高级氧化技术等处理后资源化利用或者回注无效地层。
根据膜选择性的不同,膜过滤技术可分为反渗透(RO)、纳滤(NF)、超滤(UF)和微滤(MF)等。其优点在于系统占地小,模块化安装、可靠性好、出水质量有保证、全自动运行等。但是该技术主要问题在于膜技术需要复杂的前端预处理、膜容易污染、膜寿命及更换费用大等问题。
热力蒸发技术有水平管、竖直短管、升膜、降膜、机械压缩蒸发器等。蒸发技术的主要优点有:可以除掉所有的污染物、不需要预处理、无浓水排放、产出水水质高、不需要化学药剂。蒸发技术的主要问题是耗能高,容易结垢。
高级氧化技术主要有O3+H2O2、UV+H2O2、UV+O3、O3+UV+TiO2、芬顿试剂等。高级氧化可以除去采出液中的有机污染物,可以为RO反渗透做预处理,有些高级氧化技术不产生污泥,高级氧化基础处理时间很短。高级氧化技术的缺点是需要氧化药剂的加入,这导致高级氧化基础的成本很高。使得该技术的工业应用受限。
上述这些技术目前投资高、成本高,且受的地层条件、回用技术等条件限制,大大影响了企业的经营成本。
喷雾蒸发是目前一种新型的污水处理技术,该技术将污水雾化成极细(几十到几百微米)的雾滴,以增大污水蒸发表面积,利用空气或者加热空气的热能将污水蒸发减量。喷雾蒸发技术主要是应用于奶粉、药品等固体产品的喷雾干燥制取。但是目前喷雾蒸发技术需要燃烧化石能源或者使用电能等能源来加热空气,成本高。如果不加热空气,在冬天和下雨天等气温低的天气下,雾化蒸发的效果不好,限制了喷雾蒸发技术的应用。
专利CN102060346A介绍了一种空气能源水雾蒸发水处理系统。该技术利用空气作为蒸发的能源,在冬天或者气温较低的天气下,雾化蒸发效果低。同时该技术无法应用于高含盐的油气田采出水的蒸发。
目前的雾化蒸发技术一种是利用燃烧化石燃料或这电能蒸发污水,成本高;另外一种只利用空气的热量蒸发污水,成本低,但是受季节空气温度影响,在冬季和阴雨天无法使用。
因此,有必要开发一种不受气候限制、蒸发迅速及成本低的油气田采出水的处理系统。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提出了一种高含盐量油气田采出水的处理系统,其能够通过空气热源泵装置和太阳能利用装置,对空气进行高效加热,蒸发能力成倍增加,蒸发成本低,并通过盐粒分离装置处理高含盐的油气田采出水。
本发明提出了一种高含盐量油气田采出水的处理系统,包括:
蒸发雾化装置,所述蒸发雾化装置的入口与空气源热泵装置相连,所述蒸发雾化装置的出口与盐粒分离装置相连;
其中,所述蒸发雾化装置包括:
水池,待处理采出水存储于所述水池中;
雾化喷头,所述雾化喷头与水泵相连,所述水泵将所述水池中的所述待处理采出水输送至所述雾化喷头。
优选地,所述空气源热泵装置包括:循环连接的冷凝器、压缩机和蒸发器,所述冷凝器设置在所述蒸发雾化装置的入口处;
冷媒物质在所述蒸发器蒸发吸收空气中的低位热源后,经过所述压缩机压缩后在所述冷凝器处冷凝放热,将进入所述蒸发雾化装置的空气加热。
优选地,所述处理系统还包括:太阳能利用装置,用于进一步加热进入所述蒸发雾化装置的空气。
优选地,所述系统还包括:所述蒸发雾化装置设置于所述太阳能利用装置中。
优选地,所述水泵与所述雾化喷头通过管线相连。
优选地,所述太阳能利用装置包括:
上部透明层,所述上部透明层设置于所述水池上方;
底部涂层,所述底部涂层设置于所述水池底部。
优选地,所述底部涂层是黑色吸热涂层。
优选地,所述盐粒分离装置包括:
平流型的流场,所述平流型的流场呈长方形区域,使所述长方形区域一侧进风,另一侧出风;
旋风分离器,所述旋风分离器连接至所述蒸发雾化装置的出口处。
优选地,所述盐粒分离装置进一步包括:
集盐斗,所述集盐斗设置于所述旋风分离器下方。
优选地,所述雾化喷头将采出水雾化成80-150μm的小雾滴。
根据本发明的一种高含盐量油气田采出水的处理系统,其优点在于:通过雾化增大污水表面积,强制通风等措施提高污水自然蒸发速率,使该系统能够以较低的成本得到较高的蒸发速率;空气源热泵装置能够提高空气的温度,空气温度升高,空气中能够携带走的水汽成倍增加,同时空气源热泵装置节能环保;太阳能利用装置能够提高空气和污水温度,进一步提高蒸发效率;盐粒分离装置能够保证蒸发后的空气中没有剩余的盐粒,从而保护了环境,使整个系统的实用性更高。
本发明的系统具有其它的特性和优点,这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的,或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述,这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述,本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显,其中,在本发明示例性实施例中,相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一种高含盐量油气田采出水的处理系统的流示意图。
附图标记说明:
1、冷凝器;2、压缩机;3、蒸发器;4、水池;5、底部涂层;
6、水泵;7、雾化喷头;8、上部透明层;9、旋风分离器;
10、集盐斗。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例,然而应该理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整,并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据本发明的一种高含盐量油气田采出水的处理系统,包括:
蒸发雾化装置,蒸发雾化装置的入口与空气源热泵装置相连,蒸发雾化装置的出口与盐粒分离装置相连;
其中,蒸发雾化装置包括:
水池,待处理采出水存储于水池中;
雾化喷头,雾化喷头与水泵相连,水泵将水池中的待处理采出水输送至雾化喷头。
作为优选方案,水泵与雾化喷头通过管线相连。
其中,水泵将水池中的待处理采出水输送到雾化喷头处,雾化喷头将待处理采出水雾化成微小雾滴。
作为优选方案,微小雾滴直径一般为80-150μm。
通过雾化增大污水表面积,强制通风等措施提高污水自然蒸发速率,使该装置能够以较低的成本得到较高的蒸发速率。
作为优选方案,空气源热泵装置包括:循环连接的冷凝器、压缩机和蒸发器,冷凝器设置在蒸发雾化装置的入口处。
冷媒物质在蒸发器蒸发吸收空气中的低位热源后,经过压缩机压缩后在冷凝器处冷凝放热,将进入蒸发雾化装置的空气加热,冷媒物质变成液态回到蒸发器处蒸发放热,循环往复。这样热量就被源源不断的从外界传到装置内提高蒸发雾化装置内吸入空气的热量。通常利用1份电能,空气源热泵装置能够将3-4份空气能传入蒸发雾化装置内。
空气源热泵装置能够提高空气的温度,空气温度升高,空气中能够携带走的水汽成倍增加。同时空气源热泵装置节能环保,消耗1份电能能够转移3-4份环境热量进入蒸发雾化装置内加热空气。这就保证了冬天、阴雨天等不利天气时,装置正常的工作。在正常天气时能够提高蒸发效率;在正常天气下,能够提高空气温度,加速待处理采出水蒸发。
作为优选方案,处理系统还包括:太阳能利用装置,用于进一步加热进入蒸发雾化装置的空气。
作为优选方案,太阳能利用装置包括:上部透明层,上部透明层设置于水池上方;底部涂层,底部涂层设置于水池底部。
其中,上部透明层是透明玻璃屋顶,底部涂层是黑色吸热涂层。透明玻璃屋顶利用太阳能加热蒸发雾化装置内的空气,升高的气温将进一步提高空气的携带水蒸气能力,从而提高整个系统的蒸发效率,黑色吸热涂层可以提高太阳能加热水池内待处理采出水的温度,从而提高蒸发效果。
太阳能利用装置能够提高空气和待处理采出水的温度,提高蒸发效率。因为本系统利用空气蒸发雾化液滴,所需占地面积较大,可以利用的太阳能极为可观。利用透明玻璃屋顶能够将太阳能充分利用起来,同时加热蒸发雾化装置内空气和待处理采出水,同时由于水池底部采用黑色吸热涂层尽可能的利用太阳能并阻止阳光反射。据计算,本系统能够在冬天将空气的温度提高2-5度。
作为优选方案,盐粒分离装置包括:平流型的流场,所述平流型的流场呈长方形区域,使所述长方形区域一侧进风,另一侧出风;旋风分离器,旋风分离器连接至蒸发雾化装置的出口处;集盐斗,集盐斗设置于旋风分离器下方。
其中,在盐粒分离装置中形成一侧进风,一侧出风的相对稳定的平行的平流型流场,尽量减少空气的湍流,以便减少湍流的空气带动雾滴和析出的盐粒离开装置。
盐粒分离装置采用平流型空气流场设计,长方形装置结构,使雾滴蒸发后的盐粒和大的液滴能够自由下落与水蒸气分离,落入水池中,部分小的盐粒随空气漂出蒸发雾化装置后,进入旋风分离装置进行盐粒和空气分离。
油气田采出污水成分复杂含有大量盐,盐粒分离装装置能够保证蒸发后的空气中没有剩余的盐粒,从而保护了环境,保证了装置的实用性。
实施例
图1示出了根据本发明的一种高含盐量油气田采出水的处理系统的流示意图。
冷媒物质在蒸发器3内蒸发吸收空气中的低位热源后,经过压缩机2压缩后在冷凝器1处冷凝放热,进入蒸发雾化装置的空气加热,冷媒物质变成液态回到蒸发器3处蒸发放热,循环往复。在冬天保证进入的空气温度为20℃以上,在夏天可以减少气源热泵装置运行,在室温高于20℃以上时,可以选择关闭气源热泵装置。
蒸发雾化装置的水池4内的待处理采出水经过太阳能利用装置的上部透明层8和底部涂层5进一步加热,温度可以再次提升2-5℃,其中,上部透明层8是透明玻璃屋顶,底部涂层5是黑色吸热涂层。
水池4内的待处理采出水经过太阳能利用装置加热后,经过水泵6加压从雾化喷头7处雾化为100μm左右的雾滴,这些雾滴拥有巨大的表面积,在热空气的对流吹动下,70%的待处理采出水迅速蒸发。同时大的液滴以及蒸发后析出的盐粒在装置内平流型空气流场中逐渐落入水池4中。
空气携带蒸发的水蒸气通过装置末端的抽风机离开蒸发雾化装置,部分盐粒随空气离开蒸发雾化装置,进入旋风分离器9中与空气分离。清洁的空气由旋风分离器9上部离开处理系统,分离出的盐粒一部分掉落进集盐斗10中。
经过本发明的系统处理后的采出水,在室温高于20℃的季节,70%的待处理采出水蒸发,由于蒸发采用的是空气中的能量,蒸发成本低,估算待处理采出水蒸发处理成本电耗不超过5kW·h/m3。可以为企业节省大量的成本。同时在冬天和阴雨天等不利天气时,空气源热泵装置可以保证系统继续运行,污水蒸发的成本不高于15kW·h/m3。
以上已经描述了本发明的实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明的实施例的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择,旨在最好地解释实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进,或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的实施例。
Claims (6)
1.一种高含盐量油气田采出水的处理系统,包括:
蒸发雾化装置,所述蒸发雾化装置的入口与空气源热泵装置相连,所述蒸发雾化装置的出口与盐粒分离装置相连;
其中,所述蒸发雾化装置包括:
水池,待处理采出水存储于所述水池中;
雾化喷头,所述雾化喷头与水泵相连,所述水泵将所述水池中的所述待处理采出水输送至所述雾化喷头;
所述空气源热泵装置包括:循环连接的冷凝器、压缩机和蒸发器,所述冷凝器设置在所述蒸发雾化装置的入口处;
冷媒物质在所述蒸发器蒸发吸收空气中的低位热源后,经过所述压缩机压缩后在所述冷凝器处冷凝放热,将进入所述蒸发雾化装置的空气加热;
所述处理系统还包括:太阳能利用装置,用于进一步加热进入所述蒸发雾化装置的空气;
所述太阳能利用装置包括:
上部透明层,所述上部透明层设置于所述水池上方;
底部涂层,所述底部涂层设置于所述水池底部;
所述盐粒分离装置包括:
平流型的流场,所述平流型的流场呈长方形区域,使所述长方形区域一侧进风,另一侧出风;
旋风分离器,所述旋风分离器连接至所述蒸发雾化装置的出口处。
2.根据权利要求1所述的高含盐量油气田采出水的处理系统,其中,所述系统还包括:所述蒸发雾化装置设置于所述太阳能利用装置中。
3.根据权利要求1所述的高含盐量油气田采出水的处理系统,其中,所述水泵与所述雾化喷头通过管线相连。
4.根据权利要求1所述的高含盐量油气田采出水的处理系统,其中,所述底部涂层是黑色吸热涂层。
5.根据权利要求1所述的高含盐量油气田采出水的处理系统,其中,所述盐粒分离装置进一步包括:
集盐斗,所述集盐斗设置于所述旋风分离器下方。
6.根据权利要求1所述的高含盐量油气田采出水的处理系统,其中,所述雾化喷头将采出水雾化成80-150μm的小雾滴。
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