CN109562305A - 影响分离的方法 - Google Patents

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Abstract

本文提供了通过添加纳米气溶液影响从乳液中分离油的方法。例如，纳米气溶液可用于影响水包油乳液中油滴的粘度和/或密度，破坏水包油乳液；并形成漂浮在水相上的油相。在另一个实施例中，纳米气溶液可以与浮选槽结合使用以将油与例如产出水分离。在其他实施例中，纳米气溶液中气体的选择可用于影响反应和/或分离。

Description

影响分离的方法
相关申请的交叉引用
本公开要求于2016年5月17日提交的美国专利申请第62/337,431号的优先权，其公开内容全文并入本文。
技术领域
本公开内容涉及影响油的粘度以从乳液中分离这些油的方法。
背景技术
地下地质作业，例如矿物开采，油井钻探，天然气勘探和诱导水力压裂，产生被显着浓度的杂质污染的废水。这些杂质在类型和数量上变化很大，这取决于地质操作的类型、地下环境的性质以及天然水源中存在的可溶性矿物的类型和量。受污染的水最终排入地表水或地下含水层。在某些情况下，钻井和采矿作业产生的废水导致区域供水无法使用。特别是诱导水力压裂是一种高度耗水的过程，采用的水泵压力超过3,000psi，流速超过85加仑/分钟，在地下岩层中产生裂缝。这些产生的裂缝与天然裂缝相交，从而形成通向井筒的流动通道网络。这些流动通道允许释放石油和天然气产品用于提取。一旦产生裂缝，流动通道还允许注入的水加上额外的天然水与燃料产物一起流到表面。
来自地下地质作业的回流水和产出水含有各种污染物。通常，产出水是“硬的”或微咸的，并且还包括溶解或分散的有机材料和无机材料。产出水可以包括在采矿操作中使用的化学品，例如与水一起注入以促进水力压裂中的裂缝形成的烃。来自水力压裂的产出水中存在的一种常见类型的污染物是游离油和乳化油以及类似凝胶的碳氢化合物的混合物。在大多数情况下，这种油性混合物还含有淤泥、沙子和/或粘土颗粒，这些颗粒在流到地面时由产出水聚集。这些油性混合物在产出水中具有中性浮力，即，它们既不下沉也不漂浮，或者它们需要长时间下沉或漂浮。虽然在某些情况下这些油性混合物可见为附聚的，黑色的和焦油状的残余物，但在其他情况下，油性混合物或其某些部分是细分散的液体或液体/固体液滴或整个水相中存在的颗粒。
依赖于密度差异的常规油分离方法不能有效地将该油性混合物与产出水分离。传统的过滤方法采用被油性混合物快速堵塞的筛网或过滤介质。重力分离不仅缓慢，而且还需要使用大罐和低流速，以提供实现有效分离所需的长停留时间。即使停留时间非常长，分散良好的油性混合物液滴有时也与水相不可分离。诸如从混合物中蒸发水的方法不仅耗时，而且高能量密集，并且对于在短时间内产生大量产出水的采矿操作而言是不切实际的。因此，用于去除这种材料的当前方法具有许多缺点。
只有在除去该油性混合物后才能进一步修复产出水。因此，需要一种从水中有效去除中性浮力材料的方法。例如，在采矿业中，需要一种以高效的方式有效地从产出水中除去油性混合物以产生基本上不含乳化石油、沙子、淤泥、粘土和凝胶状碳氢化合物的产出水的方法。需要从水中除去除这种油性混合物之外的中性浮力材料。需要这些过程在没有过度能量消耗的情况下运行。需要这些过程以与水密集型应用(例如水力压裂)相称的速率运行。
发明概述
一个实施方案是一种方法，包括：混合纳米气溶液和水包油乳液；破坏水包油乳液；并形成漂浮在水相上的油相；其中纳米气溶液是纳米气泡和水的均匀混合物。
另一个实施方案是一种方法，包括提供具有入口端和出口端的浮选槽；浮选槽包括水包油乳液入口和靠近入口端的第一纳米气体入口，并且在出口端附近具有下溢挡板；通过水包油乳液入口向浮选槽提供水包油乳液；通过第一纳米气体入口向浮选槽提供纳米气溶液，从而将纳米气溶液与水包油乳液混合；破坏水包油乳液并形成漂浮在水相上的油相；通过在下溢挡板下方携带水相来将水相与油相分离。
另一个实施方案是一种方法，包括将纳米气溶液与油砂尾矿混合；将油砂尾矿分解成油相、水相和固相；并分离各相。
另一个实施方案是一种方法，包括将第一纳米气溶液剪切成水包油微乳液；破坏水包油微乳液并形成油包水宏观乳液、水相和固相，其中油包水宏观乳液在水相上承载；并从油包水宏观乳液中收集油；其中纳米气溶液基本上由纳米气泡和水的均匀混合物组成。
又一个实施方案是一种方法，包括提供具有入口端和出口端的浮选槽；浮选槽包括水包油乳液入口和第一纳米气体入口，两者都在入口端附近，并且在出口端附近具有下溢挡板；通过水包油乳液入口向浮选槽提供水包油乳液；通过第一纳米气体入口向浮选槽提供纳米气溶液，从而将纳米气溶液与水包油乳液混合，而不形成大气泡；破坏水包油乳液并形成漂浮在水相上的油相；通过在下溢挡板下方携带水相来将水相与油相分离。
又一个实施方案是一种方法，其包括将纳米气溶液与油砂尾矿混合；从油砂尾矿中的水中分离出淤泥、残留沥青和有机化合物的物质；其中纳米气溶液是氮纳米气溶液或ON纳米气溶液。
另一个实施方案是一种方法，包括将氧纳米气溶液或ON纳米气溶液与包含硫化氢的水溶液混合；并氧化硫化氢。
另一个实施方案是一种方法，包括将氧纳米气溶液或ON纳米气溶液与硫化铁和水的浆料混合；并将硫化铁氧化成氧化铁。
附图说明
为了更完整地理解本公开，应参考以下详细描述和附图，其中：
图1是本文描述的过程的过程图；以及
图2是分离罐的横截面，显示了试剂的流入和流出。
虽然在附图中示出了特定实施方案，但是应理解本公开旨在是说明性的，这些实施方案不旨在限制在此描述和示出的本发明。
发明详述
第一实施方案是破坏水包油乳液的方法。如全文所用，乳液是水包油乳液。该方法可包括混合纳米气溶液和乳液；破坏乳液；并形成漂浮在水相上的油相。优选地，乳液可以是回流水、产出水或油砂尾矿水。在其他实例中，乳液可以是蛋黄酱、黄油或棕榈水包油乳液。
值得注意的是，纳米气溶液是纳米气泡和水的均匀混合物。如本文所用，术语“纳米气泡”是指液体中气体的气泡，其中气泡的平均直径为约10nm至100nm；优选地，其中没有直径大于约500nm，约400nm，约300nm，约250nm或约200nm的气泡，更优选地，没有微气泡。本文使用的纳米气泡可以在纳米气溶液发生器中或通过纳米气溶液发生器形成，其一个实例在US 9,586,176中提供，其全部内容并入本文。用于形成本文使用的纳米气泡的其他手段包括8,500,104中描述的那些机器和方法。
纳米气溶液优选是均匀的，即纳米气泡均匀地分布在整个溶液中并且在液体中表现为悬浮的“颗粒”。值得注意的是，液体可以进一步与包含纳米气泡的气体饱和或接近饱和。气泡和液体的混合物不是纳米气泡和液体的均匀混合物，其中气泡聚结和/或上升到表面并破裂。
均匀混合物可包括纳米气泡，所述纳米气泡包括氧气(O2)、氮气(N2)、二氧化碳(CO2)或其混合物，基本上由氧气(O2)、氮气(N2)、二氧化碳(CO2)或其混合物组成，或者由氧气(O2)、氮气(N2)、二氧化碳(CO2)或其混合物组成；并且可包括水的液体，例如蒸馏水、二水、地下水、市政用水、收集的水或再循环水。如本文所用，术语氧气和氮气是指气体O2和N2，无论是否使用术语氧气或氮气。
在一种情况下，均匀混合物包括收集的水；如本文所用，收集的水是指已经在石油工业中用于地下地层的水力压裂、井的增产或处理的水，特别是从地下使用中收集的水。在另一个情况下，均匀混合物包括再循环水，如本文所用，再循环水意味着水已经通过本文公开的破坏乳液的过程。图1显示了破坏乳液的一般方法的示意图。值得注意的是，虚线表示任选使用从乳液中分离的水作为纳米气溶液的进料水或发生器水(进料到纳米气溶液发生器中)。
在另一情况下，均匀混合物(即纳米气溶液)包括氧气、氮气、二氧化碳或其混合物。在一个实施例中，纳米气溶液是氮纳米气溶液，其中溶液包括氮气(N2)和水，基本上由氮气(N2)和水组成，或者由氮气(N2)和水组成。本文中，该术语“基本上”是指包含可能在水(液体)中存在但对本文公开的方法中的纳米气溶液的性能没有影响的盐、气体或溶质。值得注意的是，除非经过严格的清洁和脱气，否则水中总会含有一定浓度的污染物(溶质和气体)。此外，该术语基本上由以下组成：包括使用再循环水来形成纳米气溶液；在这种情况下，溶液将由气体、水(H2O)和在从中获得再循环水的乳液中发现的少量化合物组成。因此，纳米气溶液优选基本上由气体和水组成，其中水中的污染物不影响溶液的性能。在另一个实施例中，纳米气溶液是氧纳米气溶液，其中溶液包括氧气和水，基本上由氧气和水组成，或由氧气和水组成。在又一个实施例中，纳米气溶液是ON纳米气溶液，其中溶液包括氧气、氮气和水组成，基本上由氧气、氮气和水组成，或由氧气、氮气和水组成。在此，ON纳米气体包括氧气与氮气的摩尔比为99：1至1:99，例如99：1,90：1,80：1,70：1,60：1,50：1,40：1,30：1,20：1,10：1,1：1,1：10,1：20,1：30,1：40,1：50,1：60,1：70,1：80，1:90和1:99。优选的摩尔比包括约18：82,21：79,28：72,30：70,32：68,35：65,40：60,42：58和50:50。其他特别相关的摩尔比可选自50:50；60:40；70:30；和80:20。在又一个实施例中，纳米气溶液包括二氧化碳，其中溶液包括二氧化碳和水，基本上由二氧化碳和水组成，或由二氧化碳和水组成，更优选的是二氧化碳、氮和水的混合物。
在一个实施例中，该方法包括将氮纳米气溶液与乳液混合。优选地，该方法包括破坏乳液并形成(和分离)水相和氮油相。本文中，术语氮油相是来自用纳米气溶液处理乳液的材料的来源。在一些实施例中，氮油相包括氮气。在一个实施例中，乳液是原油和水(例如，产出水、回流水或油砂尾矿水)的乳液，并且从该乳液与氮纳米气溶液的混合物优选地分离出轻质原油(API比重高于31.1°的原油)。更优选地，乳液是重质(API比重小于22.3°)和/或中等(22.3°至31.1°)原油水溶液的乳液，该方法提供水相和氮油相。氮油相可以是轻油相、中油相或重油相；值得注意的是，氮油相优选是漂浮在水相上的水、油和气体的混合物。在具体实施例中，氮油可以与水相分离(例如，通过分离堰的溢流)。然后可以除去保留在氮油相中的水(例如通过旋风分离、破坏乳液或吸收)，留下油相。分离的油相可以是重油或中油。也就是说，将氮纳米气溶液与乳液混合，破坏乳液并在水相上携带纳米气体油相，可以分离纳米气体油相并干燥以留下重油。出乎意料的是，将氮油相分离并干燥残留的水，留下API比重为约8-10的油。也就是说，该方法可以分离携带并将非常重的油与产出水或油砂尾矿分离。
在一个气体油中，氮纳米气溶液可包括纳米气泡，基本上由纳米气泡组成，或由纳米气泡组成，所述纳米气泡包含至少80％，90％或95％的氮和水。优选地，氮纳米气溶液由氮纳米气泡和水组成，其中氮纳米气泡包括至少90％或至少95％的氮气。该方法优选还包括分离底层水相和氮油相(其浮在水相上)。底层水相可以循环用于制备纳米气溶液；优选地，氮油相可回收并且可以加工(例如，泵送到储存设施)。
该方法可以进一步包括从水相中分离沉淀物或固体。在一个实施例中，向乳液中添加氮纳米气溶液提供氮油相、水相和沉淀物的三相或三组分混合物。例如，乳液可包括沥青、硫化铁、页岩、沙子和/或其他地下组分(这里地下组分是指在烃提取过程中被带到表面的除水和油之外的材料)。在该实施例中，地下组分(包括沥青、硫化铁、页岩、沙子和其他材料)是沉淀物。也就是说，该方法可以破坏乳液(分离油和水)，但可以同时从油滴中分离固体地下组分。
在另一个实施例中，该方法包括将氧纳米气溶液与乳液混合，提供氧油相。优选地，氧纳米气溶液包括由至少80％，90％或95％的氧组成的氧纳米气泡。优选地，纳米气溶液基本上由氧纳米气泡和水组成，更优选由氧纳米气泡和水组成，其中氧纳米气泡包括至少90％，或至少95％的氧。优选地，该方法包括破乳并形成(和分离)水相和氧油相。本文中，术语氧油相是来自用纳米气溶液处理乳液的材料的来源，在一些实施例中，氧油相包括氧气(O2)。在一个实施例中，乳液是原油和水(例如，产出水、回流水或油砂尾矿水)的乳液，并且从该乳液与氧纳米气溶液的混合物优选地分离出一种原油。与如上所述添加氮纳米气溶液不同，向乳液中添加氧纳米气溶液提供了中等或重质原油的分离。甚至更典型地，氧纳米气溶液的添加提供了凝聚的油混合物(其可以包括水)的分离，其不会自由流动但可以漂浮在水上。
在一个实例中，氧纳米气溶液可包括纳米气泡，基本上由纳米气泡组成，或由纳米气泡组成，所述纳米气泡包含至少80％，90％或95％的氧和水。优选地，氧纳米气溶液由氧纳米气泡和水组成，其中氧纳米气泡包括至少90％或至少95％的氧气。该方法优选还包括分离底层水相和氧油相(其浮在水相上)。底层水相可以循环用于制备纳米气溶液；优选地，回收氧油相并且可以对其进行处理(例如，泵送到储存设施)。
在另一个优选的实施例中，该方法包括降低乳液中或分离的水相中的硫化氢浓度。优选地，其中硫化氢浓度降低至低于约10ppm，5ppm或1ppm的水平。硫化氢浓度的降低可包括在水中形成亚硫酸盐和硫酸盐物质。在一个实施例中，向乳液或分离的水中添加氧纳米气溶液提供足够的氧浓度以使硫化氢被氧化。在另一个实施例中，将氧纳米气溶液添加到硫化氢和水的混合物中将硫化物氧化成亚硫酸盐和/或硫酸盐。优选地，硫化物(S2-)在水中被氧化成亚硫酸盐(SO3 2-)和/或硫酸盐(SO4 2-)(例如，H2S或X(SH)被氧化成亚硫酸氢盐、硫酸氢盐或其盐)。在某些实施例中，乳液(或水溶液)包括与亚硫酸盐或硫酸盐反应和/或结合亚硫酸盐或硫酸盐并从溶液中沉淀出该硫物质的离子或试剂。
在另一个优选的实施例中，该方法可包括降低乳液中铁的浓度；影响铁与水的分离；和/或氧化硫化铁(例如FeS)，例如，以减少除去时的任何可能的自燃作用。值得注意的是，回流水、产出水或油砂尾矿水可包括一定浓度的硫化铁，通常为FeS。在一个实施例中，可以通过添加氮纳米气溶液将大部分(优选全部)硫化铁与乳液分离；该过程破坏乳液并沉淀出硫化铁。在某些情况下，部分硫化铁可以保持悬浮在水相中；在这些情况下，添加氧纳米气溶液提供了可以过滤的混合物，而不会不可逆地堵塞过滤膜或筛网。在另一个实施例中，水相中的硫化铁浓度降低至低于约10ppm，5ppm或1ppm的水平。优选地，添加氧纳米气溶液提供可以过滤并且过滤筛网回洗的混合物。值得注意的是，在没有添加氧纳米气溶液的情况下悬浮在溶液中的硫化铁是能够过滤但是堵塞筛网并且不能回洗的混合物。在一个实施例中，将氧纳米气溶液或ON纳米气溶液添加到硫化铁和水的混合物(从乳液中获得)中部分氧化硫化铁的表面，降低油对这种氧化材料的表面的粘附性，可以更容易地过滤。在另一个实施例中，硫化铁可以被氧化成氧化铁(Fe2O3或FeO)。在此，可以将氧纳米气溶液添加到水和硫化铁的混合物中；在一个实施例中，水和硫化铁的混合物选自乳液(未分离)、包括硫化铁的分离的水相，或硫化铁和水的浆液(例如，先前通过添加氮纳米气溶液从乳液分离的浆液)；或作为分离的硫化铁和任选的其他材料在水中的重悬浮的浆液)。优选地，硫化铁定量地转化为氧化铁。
在另一个实施例中，该方法可包括将ON纳米气溶液与乳液混合。在这种情况下，添加可以降低分离的水中的硫化物浓度，降低分离的水中硫化铁浓度，分离的油相的轻化，和/或其混合物。在一个实施例中，纳米气溶液是ON纳米气溶液，其中溶液包括氧气(O2)、氮气(N2)和水，基本上由氧气(O2)、氮气(N2)和水组成，或由氧气(O2)、氮气(N2)和水组成。在此，ON纳米气体包括氧气与氮气的摩尔比在99：1至1:99的范围内；实施例包括99：1,90：1,80：1,70：1,60：1,50：1,40：1,30：1,20：1,10：1,1：1,1：10,1：20,1：30,1：40,1：50,1：60,1：70,1：80,1：90和1:99。优选的摩尔比包括约18：82,21：79,28：72,30：70,32：68,35：65,40：60,42：58和50:50。一种特别相关的摩尔比是21:79(空气)。其他特别相关的摩尔比可选自50:50；60:40；70:30；和80:20。特别地，可以改变氧的量(相对于氮的量)以实现不同的结果(氧化与分离)，并且期望被氧化的组合物(例如，硫化物)的浓度越高，氧气浓度会越高。
在另一个实施例中，该方法可包括将乳液与第一纳米气溶液混合。然后该方法可以包括(A)将混合物分离成组分(即油相、水相和可能的固相)，然后将水相与第二纳米气溶液混合，或者(B)在分离组分之前，向第一混合物中加入第二纳米气溶液。当第一混合物是非均相混合物(至少具有油相和水相)时，优选将第二纳米气溶液加入水相中。在一个实施例中，第一纳米气溶液是氮纳米气溶液，第二纳米气溶液是氧纳米气溶液。在第二实施例中，第一纳米气溶液是氧纳米气溶液或ON纳米气溶液，第二纳米气溶液是氮气纳米气溶液。在第三实施例中，第一纳米气溶液选自由氮气、氧气和ON纳米气溶液组成的组；第二纳米气体具有与第一纳米气溶液不同的组成，并且选自由氮气、氧气和ON纳米气溶液组成的组。
优选地，向水相中加入氮纳米气体形成氮油相，其粘度低于氧油相的粘度。也就是说，添加氮纳米气溶液(例如，通过混合氧纳米气溶液和乳液形成的破碎的乳液)会影响水中携带的油相的变化，从而降低油相的粘度，优选进一步分离油和水。在一种情况下，这可以理解为进一步减轻油的含量。在另一种情况下，氮纳米气溶液的添加影响油和任何地下组分(例如固体)的分离。在一个意想不到的例子中，氧气纳米气溶液的添加不会影响或很小程度地影响地下组分的分离，氮纳米气溶液的添加提供分离或增强的分离(超出仅仅氧纳米气溶液可以实现的分离或增强的分离)。更进一步地，氮油相优选地与底层水相分离，并且回收油并且可以进行处理。
本文所述方法的另一个实施例包括将第一纳米气溶液剪切成水包油微乳液，并破坏水包油微乳液并形成油包水宏观乳液、水相和固相，其中油包水宏观乳液在水相上携带。该方法还可包括从油包水宏观乳液中收集油。这里，纳米气溶液基本上由纳米气泡和水的均匀混合物组成。
在一种情况下，剪切是指使纳米气溶液和水包油微乳液接触，使得乳液中的油滴被破坏，在一种情况下使其甚至更小。在另一个例子中，剪切是指将纳米气溶液注入微乳液中油滴的双层边界之间。剪切可以包括提供水包油微乳液的流动并且将第一纳米气溶液流以与流动方向成90°至180°的方向注入微乳液流中，优选地为115°至180°，更优选135°至180°。优选地，纳米气溶液作为具有足够压力的流注入，以在微乳液流中提供湍流和剪切。在一个优选的实例中，使用喷嘴或管以115°至180°的角度将多个纳米气溶液流注入微乳液流动路径中。优选地，喷嘴或管在其终止处不收缩，因为该收缩会破坏纳米气溶液并促进大气泡形成。在另一个优选的实例中，多个纳米气溶液流在微乳液流动路径中相交。在另一个例子中，纳米气溶液和微乳液可以混合在可以承载两种材料的体积(“混合器”)中。混合器的实施例可包括承载微乳液的管道或可包括剪切混合器或混合容器(例如旋转式混合器)。然后优选将该剪切的混合物喷射(转移)到分离容器(例如，浮选槽、滚筒、池)中。
该方法还可包括将水相与油包水宏观乳液和固体分离。值得注意的是，分离的水相可包括纳米气泡；也就是说，剪切混合物中纳米气泡的浓度足够高，使得纳米气泡不被消耗或吸收到油包水乳液中。如果含有足够浓度的纳米气泡，则该分离的水可以用作纳米气溶液(例如，剪切成水包油乳液以提供本文所述的益处)。优选地，将一部分分离的水再循环并用于提供第一纳米气溶液(例如，通过添加到用于制造纳米气溶液的机器或工艺中)。
在另一个例子中，水包油微乳液可包括许多促进或稳定乳液的乳化剂。值得注意的是，当乳液是例如石油工业的结果时，微乳液可包括选自固体、沥青质、链烷烃、树脂及其混合物的乳化剂。通常，这些乳化剂分布在油滴和水之间的界面处，稳定油滴，防止它们聚集，从而稳定乳液。值得注意的是，这些乳化剂增加了油滴的ζ电位，以防止油的聚集和分离。在一种情况下，第一纳米气溶液是氧、纳米气溶液；该方法包括将氧纳米气泡吸收到乳化剂中，降低油滴的ζ电位，并形成包含凝结物的混合物。在此，凝结物是水包油宏观乳液；也就是说，氧纳米气泡在没有添加传统凝结剂的情况下充当化学凝结剂。在这种情况下，宏观乳液可以漂浮或与水分离，但通常包括水与油的高比例。因此，该方法优选还包括将第二纳米气溶液与包含凝结物的混合物混合。在这里，这第二纳米气溶液是氮纳米气溶液，它将乳化剂从水包油宏观乳液中的油滴表面分离，破坏水包油乳液，并形成油包水宏观乳液。
值得注意的是，已发现在当前方法中添加氮纳米气溶液支持这样一种方法，包括：使乳化剂与水包油宏观乳液中的油滴表面离解；破坏水包油乳液；并形成油包水宏观乳液。在一种情况下，氮纳米气泡从油滴中破坏乳化剂并使油破乳(例如，分组成更大的液滴)。值得注意的是，在当前方法中添加氮纳米气溶液从油滴中分离出大百分比(例如，大于50重量％)的固体，导致这些固体从溶液中沉淀或沉降。
在一个优选的情况下，第一纳米气溶液可包括二氧化碳和氮气；即，二氧化碳和氮的纳米气泡(作为混合物或单独的纳米气泡)。这种情况可包括将二氧化碳(来自纳米气泡)吸收到油滴中(例如，提供油-二氧化碳组合物)。优选地，油-二氧化碳组合物(吸收二氧化碳的油滴)的密度小于没有二氧化碳的油滴的密度。在这种情况下，乳液组分的分离可以提供油包水宏观乳液，其在油中包含二氧化碳。
在另一种情况下，水包油微乳液可包括浓度大于50ppm的硫化物，硫化物选自硫化铁、硫化氢及其混合物。该方法可以包括(a)第一纳米气溶液包括足够量的氧纳米气泡以与水包油乳液中的一定浓度的硫化物完全反应，从而将硫化物浓度降低至小于10ppm，或(b)该方法还包括将第二纳米气溶液与水相混合，其中水包油微乳液的硫化物被带入水相，并且其中第二纳米气溶液包含足够量的氧纳米气泡以水相中一定浓度的硫化物完全反应，从而将硫化物浓度降低至小于10ppm。
值得注意的是，本文提供的实施方案在没有形成大气泡的情况下进行。在一种情况下，第一纳米气溶液不形成大气泡。优选地，本文中使用的纳米气溶液均不形成或包括大气泡(即，任何大于纳米气泡的气泡)。优选地，油包水宏观乳液(与微乳液分离)也不包括大气泡。在一个实例中，油包水宏观乳液包含大于约50重量％的油，小于约50重量％的水，并且还包括纳米气泡。
在另一个实施方案中，破坏乳液的方法可用于连续或分批地将油与水分离。例如，该方法可用于在油田采出水、收集的水或集水盆中将油与水分离。更优选地，该方法可用于降低水的烃含量并促进再利用或处置。在一种情况下(例如，如图2所示)，该方法可以利用浮选槽100进行油水分离。浮选槽100可具有入口端101和出口端102；靠近入口端101的乳液入口103和第一纳米气体入口104和靠近出口端102的下流挡板105。浮选槽的实施例包括DAF槽和API槽。优选地，浮选槽是圆形或矩形DAF槽；更优选地，浮选槽是矩形槽，其在槽中提供至少5分钟，10分钟，15分钟或20分钟的驻留时间。
该方法可包括通过乳液入口103向浮选槽100提供乳液。乳液可以是来自井操作的采出水或收集的水。该方法可另外包括经由第一纳米气体入口104向浮选槽提供纳米气溶液。该方法还包括将纳米气溶液与乳液混合。可以通过浮选槽内的液压流来促进混合，或者可以通过浮选槽内的混合器(例如桨或推进器)的操作来进一步促进混合。
该方法优选包括破坏乳液并形成漂浮在水相107上的油相106。这里，破坏乳液包括油“滴”聚结以形成由水相携带的油相(例如，油包水乳液)。
然后，该方法可以包括将水相与油相分离。优选地，通过在底流挡板105下方携带水相107来分离水相。在这种情况下，油相保留在水相表面上。油相可以通过溢流或撇油器进一步除去，所述溢流或撇油器可以将油相导入收集或储存装置。
在另一个实例中，浮选槽100可包括第二纳米气体入口108，其位于第一纳米气体入口下游并且在底流挡板的上游。在此，下游是指比第一纳米气体入口更靠近出口端的位置。优选地，第二纳米气体入口位于入口端和出口端之间的中点的上游。更优选地，第二纳米气体入口位于入口端和出口端之间的第一个四分之一点的上游。在这种情况下，该方法可以进一步包括通过第二纳米气体入口向浮选槽提供第二纳米气溶液。因此，第二纳米气溶液优选与携带油相的水相混合，即，在乳液破坏后的一个位置或时间将第二纳米气溶液加入浮选槽中。优选地，第二纳米气溶液是氮纳米气泡的均匀混合物。另一个实施方案是通过油砂生产方法处理尾矿水的方法。该方法可包括混合纳米气溶液和油砂尾矿；然后从油砂尾矿中的水中分离出包括淤泥、残余沥青和有机化合物在内的物质。如上所述，纳米气溶液是纳米气泡和水的均匀混合物。在一个实例中，纳米气溶液是氮纳米气溶液，并且优选地，氮纳米气溶液影响油砂尾矿中的材料的粘度。在另一个例子中，纳米气溶液是氧纳米气溶液，并且优选氧化油砂尾矿中的挥发性物质。在另一个例子中，该方法包括将第二纳米气溶液与纳米气溶液和油砂尾矿的混合物混合；其中纳米气溶液是氧纳米气溶液，第二纳米气溶液是氮纳米气溶液。
在一个实施例中，将纳米气溶液直接添加到尾矿中，优选直接添加到尾矿池中。例如，可以通过地下注入将纳米气溶液注入或添加到尾矿中，即将纳米气溶液注入尾矿池表面下方的尾矿中。认识到尾矿池的巨大程度(例如与沥青砂回收相关的那些)，可以将纳米气溶液倾倒，喷洒或分布在池塘上。在另一个实施例中，在将尾矿添加到池之前，也就是说，在碳氢化合物回收过程结束时，将纳米气溶液添加到尾矿中。优选地，在将尾矿添加到尾矿池之前，将纳米气溶液与尾矿混合。在又一个实施例中，可以通过从尾矿池中抽出尾矿，与纳米气溶液混合，然后将混合物返回尾矿池，将纳米气溶液与尾矿混合。
在优选的实施例中，将纳米气溶液(例如，氮纳米气溶液)添加到尾矿池中增加了尾矿中所含的油、水和固体的分离速率。在另一个优选实施例中，添加包含氧的纳米气溶液(例如，氧纳米气溶液或ON纳米气溶液)并氧化硫化氢和/或尾矿溶液的其他可氧化组分。在一个实施例中，添加包括纳米气溶液的氧气另外导致烃材料聚集并增加分离；在另一个实施例中，添加氮纳米气溶液分离和轻化油，并允许更容易地从尾矿池表面除去烃。优选地，添加纳米气溶液使沉降速率增加1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9或2.0倍。更优选地，添加纳米气溶液使沉降速率提高至少2倍。
在特定实例中，该方法可包括将纳米气溶液与油砂尾矿混合，然后从油砂尾矿中的水中分离包括淤泥、残余沥青和有机化合物的材料。在这种情况下，纳米气溶液包括氮纳米气泡、氧纳米气泡、二氧化碳纳米气泡或其混合物。在一种情况下，纳米气溶液是氮纳米气溶液。在另一种情况下，尾矿中油的粘度随着纳米气溶液的添加而降低。在另一种情况下，包括进一步将氧纳米气溶液与油砂尾矿混合；并氧化硫化物。该方法可包括将纳米气溶液与尾矿混合，然后将混合物加入尾矿池中；可以包括子服务注入和纳米气溶液与尾矿的混合，例如将纳米气溶液的地下注入尾矿池中保持的尾矿中。
另一个实施方案是氧化硫化物的方法。在一种情况下，该方法可包括将氧纳米气溶液或ON纳米气溶液与包含硫化氢的水溶液混合并且氧化硫化氢。在另一个例子中，该方法可包括将氧纳米气溶液或ON纳米气溶液与硫化铁和水的浆料混合并将硫化铁氧化成氧化铁。

Claims (24)

1.一种方法，包括：
将第一种纳米气溶液剪切成水包油微乳液；
破坏水包油微乳液并形成油包水宏观乳液、水相和固相，其中所述油包水宏观乳液在水相上承载；以及
从所述油包水宏观乳液中收集油；
其中所述纳米气溶液基本上由纳米气泡和水的均匀混合物组成。
2.如权利要求1所述的方法，还包括将水相与所述油包水宏观乳液和固体分离；其中分离的水相包括纳米气泡。
3.如权利要求2所述的方法，还包括循环水相的部分；并使用水相的再循环部分来提供第一纳米气溶液。
4.如权利要求1所述的方法，其中水包油微乳液包括选自固体、沥青质、链烷烃、树脂及其混合物的乳化剂。
5.如权利要求4所述的方法，其中第一纳米气溶液是氧纳米气溶液；该方法还包括将氧纳米气泡吸收到乳化剂中，降低油滴的ζ电位，并形成包含凝结物的混合物；其中所述凝结物包括水包油宏观乳液。
6.如权利要求5所述的方法，还包括将第二纳米气溶液与包含凝结物的混合物混合，其中第二纳米气溶液是氮纳米气溶液；从水包油宏观乳液中的油滴表面离解乳化剂；破坏水包油乳液；并形成所述油包水宏观乳液。
7.如权利要求4所述的方法，其中第一纳米气溶液是氮纳米气溶液；该方法还包括将乳化剂与水包油宏观乳液中的油滴表面离解；破坏水包油乳液；并形成所述油包水宏观乳液。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述第一纳米气溶液包括二氧化碳和氮气；该方法还包括将二氧化碳吸收到油滴中；并降低油滴的密度；其中所述油包水宏观乳液包括油中的二氧化碳。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述水包油微乳液包含大于50ppm的硫化物浓度，所述硫化物选自硫化铁、硫化氢及其混合物；其中(a)第一纳米气溶液包括足够量的氧纳米气泡以与水包油乳液中的硫化物浓度完全反应，从而将硫化物浓度降低至小于10ppm，或(b)该方法进一步包括将第二纳米气溶液与水相混合，其中所述水包油微乳液的硫化物被带入水相，并且其中第二纳米气溶液包含足够量的氧纳米气泡以与水相中硫化物的浓度完全反应，从而将硫化物浓度降低至小于10ppm。
10.如权利要求1所述的方法，还包括提供水包油微乳液流；其中将第一纳米气溶液剪切成水包油微乳液包括将第一纳米气溶液流在与流动方向成90°至180°、优选115°至180°、更优选135°至180°的方向上注入微乳液流中。
11.如权利要求1所述的方法，其中将所述第一纳米气溶液剪切成所述水包油微乳液包括在混合器中混合所述第一纳米气溶液和所述微乳液；该方法还包括将该混合物喷射到分离容器中。
12.如权利要求1所述的方法，其中第一纳米气溶液不形成大气泡。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述油包水宏观乳液不包括大气泡。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述油包水宏观乳液包含大于约50重量％的油和小于约50重量％的水；其中所述油包水宏观乳液还包括纳米气泡。
15.一种方法，包括：
提供具有入口端和出口端的浮选槽；所述浮选槽包括水包油乳液入口和第一纳米气体入口，两者都在所述入口端附近，并且在所述出口端附近具有下溢挡板；
通过所述水包油乳液入口向所述浮选槽提供水包油乳液；
通过在与流动路径成90°至180°、优选115°至180°、更优选135°至180°的方向上将纳米气溶液流注入水包油乳液的流动路径中，通过所述第一纳米气体入口向浮选槽提供纳米气溶液，从而将纳米气溶液与水包油乳液混合而不形成大气泡；
破坏所述水包油乳液并形成漂浮在水相上的油相；
通过在所述下溢挡板下方携带水相来将水相与油相分离。
16.如权利要求15所述的方法，
其中所述浮选槽包括第二纳米气体入口，所述第二纳米气体入口在所述第一纳米气体入口下游并且在所述下溢挡板的上游；
该方法进一步包括
通过所述第二纳米气体入口向所述浮选槽提供第二纳米气溶液，从而将所述第二纳米气溶液与承载油相的水相混合。
17.一种方法，包括：
将纳米气溶液与油砂尾矿混合；
从油砂尾矿中的水中分离出包括淤泥、残余沥青和有机化合物的物质；
其中所述纳米气溶液包括氮纳米气泡、氧纳米气泡、二氧化碳纳米气泡或其混合物。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述纳米气溶液是氮纳米气溶液。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述尾矿中的油的粘度随着所述纳米气溶液的添加而降低。
20.如权利要求17所述的方法，还包括将氧纳米气溶液与油砂尾矿混合；并氧化硫化物。
21.如权利要求17所述的方法，还包括将纳米气溶液与尾矿混合，然后将混合物加入尾矿池中。
22.如权利要求17所述的方法，其中将所述纳米气溶液与所述尾矿混合包括将所述纳米气溶液地下注入到保持在尾矿池中的尾矿中。
23.一种方法，包括：
将氧纳米气溶液或ON纳米气溶液与包含硫化氢的水溶液混合；以及氧化所述硫化氢。
24.一种方法，包括：
将氧纳米气溶液或ON纳米气溶液与硫化铁和水的浆料混合；以及
将所述硫化铁氧化成氧化铁。
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