CN218644268U - 一种采油废液超临界水气化耦合燃烧、注汽系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采油废液超临界水气化耦合燃烧、注汽系统，包括软化水预热输送单元、油浆制备输送单元、超临界水气化单元、超临界水热燃烧注汽单元和余能利用单元；通过软化水预热输送单元输送软化水,利用油浆制备输送单元制备将采油废液和原油制备成油浆，然后通过油浆和超临界水气化制合成气，最后利用超临界水热燃烧注汽单元实现超临界水热燃烧注汽，同时，对余能进行有效利用。本实用新型采用采油废液和原油制成的油浆作为原料，采用超临界水气化耦合超临界水热燃烧热流体发生装置作为蒸汽发生器，具有原料来源方便、传热效率高、热量损失小、污染零排放的特点，本系统具有良好的运行稳定性，非常适合用于海上稠油田的开采。

Description

一种采油废液超临界水气化耦合燃烧、注汽系统

技术领域

本实用新型涉及油气资源开采技术，特别是一种采油废液超临界水热气化耦合燃烧、注汽系统。

背景技术

近年来，由于油气资源的大规模开采，传统油气资源大规模减少。非常规油气资源，特别是稠油的开采变得至关重要。在稠油开采过程中，主要的热力驱油的专用设备采用注汽锅炉，一般油田会根据当地燃料的情况使用燃煤、燃油以及燃气锅炉。稠油注汽开采中，不可避免的会产生大量采油废液，一些油田采出油的含水率达到60%-70%。并且，采油废液中含有大量有机污染物，有毒有害，难以彻底降解。针对这一系列问题，目前通常采取传统水处理方法进行油田采出水的处理，需经过隔油-浮选-过滤-生化处理等流程后再进行外排。根据不同油田出水特性和排放标准用到的处理方法包括过滤法、吸附法、浮选法、膜分离法、混凝沉淀法、电解法、超声波法、生物法等。

目前，部分油田存在深层、低渗和特超稠油等问题，传统注汽锅炉出口蒸汽参数低，难以满足这部分油田的注汽要求。除此之外，随着环保和碳排放要求的逐渐严格，部分注汽锅炉也难以达到排放标准。

另一方面，传统采油废液处理后不可避免的会产生油泥危废。油泥危废通常采用焚烧、填埋等技术来进一步处理。油泥具有一定的热值，但传统技术不但无法将其彻底资源化利用，还会导致大量的环境污染。

公开日为2017年5月10号，公开号为CN106630287A的中国专利文献，公开了一种采油废液的超临界水热燃烧处理、注汽系统，包括混凝预处理单元，混凝预处理单元连接有物料输运单元，物料输运单元连接有超临界水热燃烧单元，超临界水热燃烧单元连接有启动预热单元，超临界水热燃烧单元连接有超临界水氧化处理单元，超临界水氧化处理单元连接有蒸汽后处理单元，能无害化处理采油废液的同时提供有效的注汽介质，提高稠油采收率。

对于近年来，超临界水氧化、水热燃烧技术的研究取得不断发展，将其应用于采油废液的处置与油田注汽领域具有广泛的前景。但是，该技术的固有弊端阻碍着该技术的进一步应用——无机盐沉积及其造成的堵塞。具体来说，超临界水热燃烧需要燃料（采油废液）的入射参数超过临界条件（P=22.129MPa，T=374.15℃），然而，采油废液在预热阶段一旦超过临界状态，废液中的无机盐便会析出附着在预热器壁面上，造成堵塞、降低传热效率甚至发生爆炸事故。

实用新型内容

本实用新型的目的提供一种采油废液超临界水热气化耦合燃烧、注汽系统，通过在水热燃烧前端布置超临界水气化装置，以采油废液和原油配伍而成的油浆作为原料，结合超临界水气化和超临界水热燃烧技术，无机盐在气化过程中析出与气化残渣一同分离，并且气化产生的超临界混合工质（超临界水和小分子有机物）能够确保在结构简单的水热燃烧器中顺利起燃，在实现高效、清洁、零碳排放的基础上，能够彻底无害化处理采油废液的同时提供高效的注汽工质，提高稠油采收率，还能有效降低设备制造成本，提升装置稳定性。

本实用新型的技术方案如下：

一种采油废液超临界水气化耦合燃烧、注汽系统，包括软化水预热输送单元、油浆制备输送单元、超临界水气化单元、超临界水热燃烧注汽单元和余能利用单元；

所述软化水预热输送单元包括软化水进口一和软化预热水出口；

所述油浆制备输送单元包括采油废液进口、原油进口和油浆出口；

所述超临界水气化单元包括超临界水气化炉、高压排渣锁斗和混合工质分流器，其中，超临界水气化炉设置有气化剂进口、物料进口、残渣出口、合成气出口，气化剂进口与软化预热水出口相连，物料进口与油浆出口相连，残渣出口连接至高压排渣锁斗，合成气出口连接至混合工质分流器的进口，混合工质分流器设置有第一混合工质分流出口和第二混合工质分流出口；

所述超临界水热燃烧注汽单元包括超临界水热燃烧热流体发生器、注汽混合器、空压机二、混合水给水泵，超临界水热燃烧热流体发生器的上部设置有燃料进口一、氧化剂进口一，氧化剂进口一与第二混合工质分流出口相连，注汽混合器的侧壁设置有混合气进口与混合水进口，混合气进口与混合水进口分别与空压机二的出口、混合水给水泵的出口相连；所述注汽混合器的出口输出超临界混合工质，为采油废液超临界水气化耦合燃烧、注汽系统进行注汽；

所述余能利用单元包括空压机一、空气预热器、空气分流器、超临界水热燃烧器、软化水换热器、余热回收透平、发电机、气液分离器、中水储罐，空压机一设置有空气进口和压缩空气出口，压缩空气出口连接至空气预热器的冷侧进口一，空气预热器的热侧进口一与第一混合工质分流出口相连，空气预热器的冷侧出口一连接至空气分流器的进口，空气预热器的热侧出口一连接至超临界水热燃烧器的燃料进口二，空气分流器的第一空气分流出口连接至超临界水热燃烧器的氧化剂进口二，空气分流器的第二空气分流出口连接至氧化剂进口一，超临界水热燃烧器的出口连接至软化水换热器的热侧进口二，软化水换热器的软化水进口二与软化水预热输送单元相连，软化水预热输送单元为软化水换热器提供软化水给水，软化水换热器的冷侧出口二连接至气化剂进口，软化水换热器的热侧出口二连接至余热回收透平的进口，余热回收透平的出口连接至气液分离器的进口，发电机与余热回收透平通过主轴相连，气液分离器的液相出口连接至中水储罐的进口，气液分离器的气相出口连接至空压机二的进口。

进一步的，所述软化水预热输送单元包括软化水给水泵、软化水电预热器、软化水电过热器，软化水给水泵的进口为软化水进口，软化水给水泵的出口连接至软化水电预热器的进口，软化水电预热器的出口连接至软化水电过热器的进口，软化水电过热器的出口为软化预热水出口。

进一步的，所述软化水给水泵的出口与软化水电预热器的进口之间的连接管路上设置有切换阀一。

进一步的，所述软化水换热器的软化水进口二与软化水给水泵的出口相连，在相连的管路上设置有切换阀二。

进一步的，所述油浆制备输送单元包括油浆配伍池、油浆储罐、高压油浆泵，采油废液进口、原油进口设置于油浆配伍池上，高压油浆泵的出口为油浆出口；油浆配伍池的出口连接至油浆储罐的进口，油浆储罐的出口连接至高压油浆泵的进口。

进一步的，所述输送超临界水热燃烧热流体发生器与注汽混合器为一体结构，超临界水热燃烧热流体发生器位于注汽混合器上端。

进一步的，所述超临界水热燃烧注汽单元还设置有水冷壁给水泵，一体结构的侧壁设置有水冷壁冷却水进口，水冷壁冷却水进口连接至水冷壁给水泵的出口。

进一步的，所述软化水电过热器输出工质的指标为25MPa、600℃。

进一步的，所述注汽混合器输出的超临界混合工质的温度指标为400℃。

本实用新型的工作原理以及工作过程为：

油浆超临界水气化制合成气：原油和采油废液在油浆配伍池中经添加分散剂配制成高浓度的油浆，经管道输送到油浆储罐中进行保存，油浆储罐中的油浆经高压油浆泵输送到超临界水气化炉的原料进口处进入气化炉；软化水由软化水给水泵输送进入系统。在启动阶段，软化水经软化水电预热器进行预热，经软化水电过热器加热到25MPa、600℃，进入超临界水气化炉中与油浆混合发生气化反应；正常运行阶段，软化水经软化水换热器进行预热，经软化水换热器后进入超临界水热气化炉中；

超临界水热燃烧注汽：油浆发生超临界水气化反应后生成的超临界水混合工质从气化炉出来后经混合工质分流器分成两路，一路进入超临界水热燃烧热流体发生器，与空气分流器出来的空气混合发生超临界水热燃烧反应，生成由超临界水、CO₂、N₂为主的混合工质，进入注汽装置，并在注汽装置中与来自混合水用水泵和空压机二掺混的水和CO₂混合形成400℃的超临界混合工质来注汽；

余能利用：空气经空压机一加压后，进入空气预热器进行预热，预热后经空气分流器分流后，一路进入超临界水热燃烧反应器与超临界水混合工质混合发生水热燃烧反应；另一路进入超临界水热燃烧器，与来自空气预热器热侧出口的超临界水混合燃料发生水热燃烧反应，生成高温工质在预热软化水换热器中加热软化水，从软化水换热器出来后进入余热回收透平进行膨胀做功，余热回收透平通过主轴带动发电机转动发电；从余热回收透平出来的低温汽水混合物进入气液分离器中进行分离，液相物质进入中水储罐中储存，气相产物进入空压机二经加压后进入注汽装置中注汽；中水储罐连接有水冷壁给水泵和混合水给水泵，分别向超临界水气化炉的水冷壁和注汽混合器供水。

本实用新型的有益效果如下：

（1）本系统不仅能够实现燃料能源的高效利用，而且通过采用采油废液和原油制成的油浆作为原料，能有效解决采油废液难处理的难题，不会产生油泥危废；

（2）本系统采用超临界水气化耦合超临界水热燃烧热流体发生装置作为蒸汽发生器，能够实现污染物的零排放，不需传统注汽锅炉末端的脱硫、脱硝、除尘装置：配伍浆液首先在超临界水气化反应器中被气化为以CH₄、CO、H₂等小分子有机物和超临界水为主的混合工质，C在超临界水气化过程中主要转化为CO和CH₄，随后在超临界水热燃烧过程中充分燃烧成为CO₂，最后随注汽过程注入油井中；S将会以硫酸根离子的形式最终剥离在残渣液中；N以硝酸根离子的形式存在于残渣液中；研究结果表明，在超临界水气化过程中，重金属将会被矿化，以残渣的形态被排出，可直接填埋；

（3）本系统采用超临界水气化耦合水热燃烧技术，有机物最终在超临界水环境中充分氧化燃烧，由于超临界水的特有性质，有机物与氧气能够在超临界水中实现互溶，从而进行均相反应，因此反应速率高，燃烧后释放的热量迅速传递给超临界水，实现了能量的高效利用，由于没有烟气的排放，因此，整个过程也没有传统注汽锅炉的排烟热损失；

（4）本系统具有良好的运行稳定性：采用先进行气化在进行燃烧的方式，一方面，超临界水气化过程剥离了浆液中的无机盐，无机盐随气化残液排出，不会进入水热燃烧反应器；另一方面，超临界水气化过程出口混合工质参数为600℃、25MPa，即使到达井下水热燃烧热流体发生装置过程中有一定的热量损失，也能够确保实现水热火焰的稳定燃烧，从而为井下装置的结构简化提供了条件；

（5）本系统中的热流体发生装置设置在井下，可解决目前由于稠油矿大井深带来的注汽参数不足的问题；另外，由于系统规模小，燃料易获取，无采油废水产生，可用于海上稠油田的开采；

（6）本系统中较高参数的CO₂与超临界水混合工质与传统注汽工质相比：可进一步降低油水界面张力，降低驱油阻力：CO₂极易溶于油，其在有种的溶解度是水中的3-9倍；可降低原油粘度：当原油粘度溶解CO₂时原油粘度会明显下降；可增加油层压力：高温高压的超临界水混合工质进入油层后，由于CO₂与超临界水均能与原油混溶，从而使原有体积迅速膨胀，提升油层压力；

（7）本系统具有原料来源方便、传热效率高、热量损失小、污染零排放的特点。

附图说明

图1为本实用新型的系统原理框架图。

其中：1-软化水给水泵，2-切换阀一，3-软化水电预热器，4-软化水电过热器，5-油浆配伍池，6-油浆储罐，7-高压油浆泵，8-空压机，9-空气预热器，10-空气分流器，11-超临界水气化炉，12-高压排渣锁斗，13-混合工质分流器，14-超临界水热燃烧热流体发生器，15-注汽混合器，16-超临界水热燃烧器，17-软化水预热器，18-余热回收透平，19-气液分离器，20-空压机，21-中水储罐，22-水冷壁用水泵，23-混合水用水泵，24-发电机，25-切换阀二。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种采油废液超临界水气化耦合燃烧、注汽系统，包括软化水预热输送单元、油浆制备输送单元、超临界水气化单元、超临界水热燃烧注汽单元和余能利用单元。

所述软化水预热输送单元包括软化水进口一和软化预热水出口。

所述油浆制备输送单元包括采油废液进口、原油进口和油浆出口。

所述超临界水气化单元包括超临界水气化炉11、高压排渣锁斗12和混合工质分流器13，其中，超临界水气化炉11设置有气化剂进口、物料进口、残渣出口、合成气出口，气化剂进口与软化预热水出口相连，物料进口与油浆出口相连，残渣出口连接至高压排渣锁斗12，合成气出口连接至混合工质分流器13的进口，混合工质分流器13设置有第一混合工质分流出口和第二混合工质分流出口。

所述超临界水热燃烧注汽单元包括超临界水热燃烧热流体发生器14、注汽混合器15、空压机二20、混合水给水泵23，超临界水热燃烧热流体发生器14的上部设置有燃料进口一、氧化剂进口一，氧化剂进口一与第二混合工质分流出口相连，注汽混合器15的侧壁设置有混合气进口与混合水进口，混合气进口与混合水进口分别与空压机二20的出口、混合水给水泵23的出口相连；所述注汽混合器15的出口输出超临界混合工质，为采油废液超临界水气化耦合燃烧、注汽系统进行注汽。

所述余能利用单元包括空压机一8、空气预热器9、空气分流器10、超临界水热燃烧器16、软化水换热器17、余热回收透平18、发电机24、气液分离器19、中水储罐21，空压机一8设置有空气进口和压缩空气出口，压缩空气出口连接至空气预热器9的冷侧进口一，空气预热器9的热侧进口一与第一混合工质分流出口相连，空气预热器9的冷侧出口一连接至空气分流器10的进口，空气预热器9的热侧出口一连接至超临界水热燃烧器16的燃料进口二，空气分流器10的第一空气分流出口连接至超临界水热燃烧器16的氧化剂进口二，空气分流器10的第二空气分流出口连接至氧化剂进口一，超临界水热燃烧器16的出口连接至软化水换热器17的热侧进口二，软化水换热器17的软化水进口二与软化水预热输送单元相连，软化水预热输送单元为软化水换热器17提供软化水给水，软化水换热器17的冷侧出口二连接至气化剂进口，软化水换热器17的热侧出口二连接至余热回收透平18的进口，余热回收透平18的出口连接至气液分离器19的进口，发电机24与余热回收透平18通过主轴相连，气液分离器19的液相出口连接至中水储罐21的进口，气液分离器19的气相出口连接至空压机二20的进口。

进一步的，所述软化水电过热器4输出工质的指标为25MPa、600℃。

进一步的，所述注汽混合器15输出的超临界混合工质的温度指标为400℃。

实施例2

在实施例1的基础上，所述软化水预热输送单元包括软化水给水泵1、软化水电预热器3、软化水电过热器4，软化水给水泵1的进口为软化水进口，软化水给水泵1的出口连接至软化水电预热器3的进口，软化水电预热器3的出口连接至软化水电过热器4的进口，软化水电过热器4的出口为软化预热水出口。

进一步的，所述软化水给水泵1的出口与软化水电预热器3的进口之间的连接管路上设置有切换阀一2。

进一步的，所述软化水换热器17的软化水进口二与软化水给水泵1的出口相连，在相连的管路上设置有切换阀二25。

实施例3

在实施例1或2的基础上，所述油浆制备输送单元包括油浆配伍池5、油浆储罐6、高压油浆泵7，采油废液进口、原油进口设置于油浆配伍池5上，高压油浆泵7的出口为油浆出口；油浆配伍池5的出口连接至油浆储罐6的进口，油浆储罐6的出口连接至高压油浆泵7的进口。

实施例4

在实施例1-3任一结构的基础上，所述输送超临界水热燃烧热流体发生器14与注汽混合器15为一体结构，超临界水热燃烧热流体发生器14位于注汽混合器15上端。

进一步的，所述超临界水热燃烧注汽单元还设置有水冷壁给水泵，一体结构的侧壁设置有水冷壁冷却水进口，水冷壁冷却水进口连接至水冷壁给水泵22的出口。

综合上述实施例本实用新型的工作原理以及工作过程为：

油浆超临界水气化制合成气：原油和采油废液在油浆配伍池5中经添加分散剂配制成高浓度的油浆，经管道输送到油浆储罐6中进行保存，油浆储罐6中的油浆经高压油浆泵7输送到超临界水气化炉11的原料进口处进入气化炉；软化水由软化水给水泵1输送进入系统。在启动阶段，软化水经软化水电预热器3进行预热，经软化水电过热器4加热到25MPa、600℃，进入超临界水气化炉11中与油浆混合发生气化反应；正常运行阶段，软化水经软化水换热器17进行预热，经软化水换热器17后进入超临界水热气化炉11中；

超临界水热燃烧注汽：油浆发生超临界水气化反应后生成的超临界水混合工质从气化炉11出来后经混合工质分流器13分成两股，一股进入超临界水热燃烧热流体发生器14，与空气分流器10出来的空气混合发生超临界水热燃烧反应，生成由超临界水、CO₂、N₂为主的混合工质，进入注汽装置15，并在注汽装置15中与来自混合水用水泵23和空压机二20掺混的水和CO₂混合形成400℃的超临界混合工质来注汽；

余能利用：空气经空压机一8加压后，进入空气预热器9进行预热，预热后经空气分流器10分流后，一路进入超临界水热燃烧反应器14与超临界水混合工质混合发生水热燃烧反应；另一路进入超临界水热燃烧器16，与来自空气预热器9热侧出口的超临界水混合燃料发生水热燃烧反应，生成高温工质在预热软化水换热器17中加热软化水，从软化水换热器17出来后进入余热回收透平18进行膨胀做功，余热回收透平18通过主轴带动发电机24转动发电；从余热回收透平18出来的低温汽水混合物进入气液分离器19中进行分离，液相物质进入中水储罐21中储存，气相产物进入空压机二20经加压后进入注汽装置15中注汽。中水储罐连接有水冷壁给水泵22和混合水给水泵23，分别向超临界水气化炉11的水冷壁和注汽混合器15供水。

Claims (9)

1.一种采油废液超临界水气化耦合燃烧、注汽系统，其特征在于：包括软化水预热输送单元、油浆制备输送单元、超临界水气化单元、超临界水热燃烧注汽单元和余能利用单元；

所述软化水预热输送单元包括软化水进口一和软化预热水出口；

所述油浆制备输送单元包括采油废液进口、原油进口和油浆出口；

所述超临界水气化单元包括超临界水气化炉（11）、高压排渣锁斗（12）和混合工质分流器（13），其中，超临界水气化炉（11）设置有气化剂进口、物料进口、残渣出口、合成气出口，气化剂进口与软化预热水出口相连，物料进口与油浆出口相连，残渣出口连接至高压排渣锁斗（12），合成气出口连接至混合工质分流器（13）的进口，混合工质分流器（13）设置有第一混合工质分流出口和第二混合工质分流出口；

所述超临界水热燃烧注汽单元包括超临界水热燃烧热流体发生器（14）、注汽混合器（15）、空压机二（20）、混合水给水泵（23），超临界水热燃烧热流体发生器（14）的上部设置有燃料进口一、氧化剂进口一，氧化剂进口一与第二混合工质分流出口相连，注汽混合器（15）的侧壁设置有混合气进口与混合水进口，混合气进口与混合水进口分别与空压机二（20）的出口、混合水给水泵（23）的出口相连；所述注汽混合器（15）的出口输出超临界混合工质，作为采油废液超临界水气化耦合燃烧、注汽系统的注汽；

所述余能利用单元包括空压机一（8）、空气预热器（9）、空气分流器（10）、超临界水热燃烧器（16）、软化水换热器（17）、余热回收透平（18）、发电机（24）、气液分离器（19）、中水储罐（21），空压机一（8）设置有空气进口和压缩空气出口，压缩空气出口连接至空气预热器（9）的冷侧进口一，空气预热器（9）的热侧进口一与第一混合工质分流出口相连，空气预热器（9）的冷侧出口一连接至空气分流器（10）的进口，空气预热器（9）的热侧出口一连接至超临界水热燃烧器（16）的燃料进口二，空气分流器（10）的第一空气分流出口连接至超临界水热燃烧器（16）的氧化剂进口二，空气分流器（10）的第二空气分流出口连接至氧化剂进口一，超临界水热燃烧器（16）的出口连接至软化水换热器（17）的热侧进口二，软化水换热器（17）的软化水进口二与软化水预热输送单元相连，软化水预热输送单元为软化水换热器（17）提供软化水给水，软化水换热器（17）的冷侧出口二连接至气化剂进口，软化水换热器（17）的热侧出口二连接至余热回收透平（18）的进口，余热回收透平（18）的出口连接至气液分离器（19）的进口，发电机（24）与余热回收透平（18）通过主轴相连，气液分离器（19）的液相出口连接至中水储罐（21）的进口，气液分离器（19）的气相出口连接至空压机二（20）的进口。

2.根据权利要求1所述的采油废液超临界水气化耦合燃烧、注汽系统，其特征在于：所述软化水预热输送单元包括软化水给水泵（1）、软化水电预热器（3）、软化水电过热器（4），软化水给水泵（1）的进口为软化水进口，软化水给水泵（1）的出口连接至软化水电预热器（3）的进口，软化水电预热器（3）的出口连接至软化水电过热器（4）的进口，软化水电过热器（4）的出口为软化预热水出口。

3.根据权利要求2所述的采油废液超临界水气化耦合燃烧、注汽系统，其特征在于：所述软化水给水泵（1）的出口与软化水电预热器（3）的进口之间的连接管路上设置有切换阀一（2）。

4.根据权利要求2所述的采油废液超临界水气化耦合燃烧、注汽系统，其特征在于：所述软化水换热器（17）的软化水进口二与软化水给水泵（1）的出口相连，在相连的管路上设置有切换阀二（25）。

5.根据权利要求2所述的采油废液超临界水气化耦合燃烧、注汽系统，其特征在于：所述油浆制备输送单元包括油浆配伍池（5）、油浆储罐（6）、高压油浆泵（7），采油废液进口、原油进口设置于油浆配伍池（5）上，高压油浆泵（7）的出口为油浆出口；油浆配伍池（5）的出口连接至油浆储罐（6）的进口，油浆储罐（6）的出口连接至高压油浆泵（7）的进口。

6.根据权利要求1所述的采油废液超临界水气化耦合燃烧、注汽系统，其特征在于：所述超临界水热燃烧热流体发生器（14）与注汽混合器（15）为一体结构，超临界水热燃烧热流体发生器（14）位于注汽混合器（15）上端。

7.根据权利要求1所述的采油废液超临界水气化耦合燃烧、注汽系统，其特征在于：所述超临界水热燃烧注汽单元还设置有水冷壁给水泵（22），一体结构的侧壁设置有水冷壁冷却水进口，水冷壁冷却水进口连接至水冷壁给水泵（22）的出口。

8.根据权利要求1或2所述的采油废液超临界水气化耦合燃烧、注汽系统，其特征在于：所述软化水预热输送单元输出工质的指标为25MPa、600℃。

9.根据权利要求8所述的采油废液超临界水气化耦合燃烧、注汽系统，其特征在于：所述注汽混合器（15）输出的超临界混合工质的温度指标为400℃。

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