專(zhuān)利名稱(chēng)：用于重油熱回收的水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高效水蒸餾方法和設(shè)備，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于重油熱回收的高效水蒸餾方法，使得在設(shè)備的長(zhǎng)期操作中堵塞和結(jié)垢最小。
在世界的許多地區(qū)，重油——一種粘度比常規(guī)原油高得多或API比重低得多(低于20°API，通常為7°-12°API)的烴材料，更難以回收，需要對(duì)地下儲(chǔ)油層使用增強(qiáng)的熱激發(fā)(thermal stimulation)技術(shù)來(lái)生產(chǎn)。具體地說(shuō)，在加拿大西部地區(qū)，重油生產(chǎn)商使用向儲(chǔ)層注入壓力為約1,500-3,000psig，某些情況下低至150psig的高壓蒸汽的技術(shù)。蒸汽熱能是由已知的蒸汽發(fā)生器設(shè)備產(chǎn)生的，蒸汽參數(shù)為60-80％，蒸汽被注入到垂直或水平井設(shè)備以降低重油的粘度。可流動(dòng)的重油收集在相鄰的生產(chǎn)井中，重油、油/水乳化液、冷凝蒸汽和形成的半咸水(brackish water)(已知為生產(chǎn)水)被產(chǎn)生到地表。使用地表設(shè)備，將重油與生產(chǎn)過(guò)程的流體分離并回收以在市場(chǎng)出售。在水/油比率為2-5下回收的生產(chǎn)水(produced water)通常被排入地下處理井(disposal well)中。來(lái)自特許(authorized)地下水源的補(bǔ)充水用于補(bǔ)充蒸汽發(fā)生器進(jìn)料所需的水。通常補(bǔ)充水經(jīng)最少的處理以降低硬度和氧化硅化合物的含量以避免蒸汽發(fā)生器換熱表面結(jié)垢以防安全方面的隱患。在某些設(shè)備中，從蒸汽發(fā)生器排出的濃縮鹽水與儲(chǔ)油層注入蒸汽分離，并被排入合適的深處理井中。這種濃縮鹽水可以認(rèn)為是高壓排污(blowdown)。這樣防止了蒸汽激發(fā)操作中將過(guò)量的不必要的熱水注入到儲(chǔ)油層中。使用蒸汽激發(fā)技術(shù)的流行重油回收實(shí)踐被稱(chēng)之為循環(huán)蒸汽激發(fā)法(Cyclic Steam Stimulation,CCS或Huffn′Puff)和蒸汽輔助重力排油(Steam Assisted Gravity Drained,SAGD)法。
公眾和法規(guī)的壓力要求重油生產(chǎn)商實(shí)現(xiàn)水回收和再利用，在某些設(shè)備中要求做到污水的零排放。這意味著所使用的水100％地回收和再利用，并消除污水的設(shè)備外排放。從油分離設(shè)備和HP(高壓)蒸汽發(fā)生器回收的生產(chǎn)水含有硬度成分、溶解和懸浮的氧化硅和膠質(zhì)化合物(粘土)，以及如氯化鈉的溶解固體。如果這些半咸水不經(jīng)處理就循環(huán)，由于堵塞和結(jié)垢，蒸汽發(fā)生器的操作是危險(xiǎn)的。
目前，使用蒸汽注入法回收重油過(guò)程中遇到的另一個(gè)問(wèn)題是由于生產(chǎn)儲(chǔ)油層的操作溫度從230°F升高到超過(guò)400°F以提高重油的回收率，回收的生產(chǎn)流體(油和水)的溫度也升高。為了實(shí)現(xiàn)常壓油水分離，當(dāng)壓力降低時(shí)產(chǎn)生了大量的蒸汽。這些蒸汽通常通過(guò)外部裝置來(lái)冷凝，如空氣冷卻器以回收冷凝水。冷凝蒸汽的熱能被排入了大氣，被浪費(fèi)掉了。
直到出現(xiàn)本發(fā)明的高效回收廢熱能與無(wú)垢水蒸餾過(guò)程的結(jié)合出現(xiàn)之前，循環(huán)重油生產(chǎn)水和濃縮鹽水處理物流一直受到技術(shù)和工業(yè)的限制。
一般說(shuō)來(lái)，對(duì)于蒸發(fā)純水并回收含有大量非揮發(fā)組分的濃縮液體或固體，水蒸餾是一種高效方法。該方法對(duì)從污染水源回收純凈水是一種有效的手段。然而，水蒸餾方法存在幾個(gè)問(wèn)題，這些問(wèn)題中，至少被蒸餾流體中的礦物質(zhì)或其它組分可能會(huì)設(shè)備堵塞或結(jié)垢。通常結(jié)垢化合物是由鈣、鎂和硅組成的。堵塞或傳熱表面的大量結(jié)垢對(duì)傳熱元件的能力有不利影響，使傳統(tǒng)蒸餾過(guò)程不能操作。
在現(xiàn)有技術(shù)中，在US4,566,947(1986年1月28日公布)中Tsuruta提出了一種蒸餾方法，但是沒(méi)有認(rèn)識(shí)到需要防止堵塞的關(guān)鍵因素或該方法在處理重油回收過(guò)程中的生產(chǎn)水方面的可應(yīng)用性。在Tsuruta專(zhuān)利的最重要的第7欄，從第55行開(kāi)始結(jié)合附圖進(jìn)行了如下描述“當(dāng)由于揮發(fā)性組分的冷凝，進(jìn)料流體會(huì)產(chǎn)生固體沉淀或者發(fā)生瀝青質(zhì)物質(zhì)的膠凝，從而引起安全事故或需要對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行麻煩的維修和維護(hù)時(shí)，以這種方式使用了蒸汽壓縮機(jī)307的該方法是有利的。使用上述設(shè)置，只有來(lái)自蒸發(fā)器307的蒸汽，因此，防止這種麻煩的發(fā)生。通過(guò)使用合適的洗滌裝置，管道350和再沸器352內(nèi)部可以保持在干凈的狀態(tài)。特別是當(dāng)塔釜流體是水時(shí)，前述方法是有利的，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)管道353補(bǔ)充不必回收的廉價(jià)的工藝水。當(dāng)在306的塔釜收集的水不含有堵塞壓縮機(jī)307內(nèi)的物質(zhì)時(shí)，可以通過(guò)管道353輸入以保持蒸發(fā)器的液位恒定?！?強(qiáng)調(diào)是后加的)Tsuruta專(zhuān)利的圖4復(fù)制在本說(shuō)明書(shū)附圖的

圖14A中，相應(yīng)于Tsuruta專(zhuān)利的圖4修改后的圖4復(fù)制在本說(shuō)明書(shū)附圖的圖14B中，引入了申請(qǐng)人的設(shè)備中以改進(jìn)其方法。
當(dāng)申請(qǐng)人的設(shè)備覆蓋在Tsuruta的示意圖上，從Tsuruta專(zhuān)利的圖4和可以明顯看出，如果強(qiáng)制循環(huán)再沸器回路添加到US′947中，并限定具體的蒸汽量，塔釜液體水可能含有堵塞物質(zhì)，可以在沒(méi)有堵塞或加熱表面不結(jié)垢的狀態(tài)下操作。
在Tsuruta專(zhuān)利的圖4中，管道340和353沒(méi)有相連。塔釜306與管道353之間沒(méi)有連接。塔中306部分被定義為塔釜，含有塔釜液體，具有預(yù)定的氨濃度。Tsuruta強(qiáng)調(diào)當(dāng)塔釜液體是水時(shí)，該方法是有利的。這些圖沒(méi)有建議或限定塔釜循環(huán)的狀態(tài)。物流34和35只是一般性地在第3欄、第19至23行中到。塔1的塔釜液體經(jīng)管道34輸送到再沸器，加熱的塔釜液體經(jīng)管道35流動(dòng)。進(jìn)一步說(shuō)，第20行指出，塔釜液體是由于接受了壓縮蒸汽的冷凝熱而被加熱的。充分閱讀公開(kāi)文件后，似乎從未提到蒸汽或蒸汽液體比率。
Tsuruta專(zhuān)利清楚地表明，在上面提到和強(qiáng)調(diào)的段落中，只要收集在塔釜中的水不含堵塞物質(zhì)，水就可以輸送到蒸發(fā)器中。本申請(qǐng)不涉及堵塞蒸發(fā)器的輸入物流的性質(zhì)。被污染物污染的水可以直接輸送到蒸發(fā)器中，而不必?fù)?dān)心堵塞或損害換熱器。事實(shí)上，正好與Tsuruta的教導(dǎo)相反?？紤]到Tsuruta專(zhuān)利中圖4的循環(huán)回路，在設(shè)備中涉及塔釜液體的所有加熱表面從未與除基本上不含堵塞污染物的水之外的其它任何物質(zhì)接觸，這些水用作從氨和水的混合物中分離氨的主要介質(zhì)。在Tsuruta專(zhuān)利的第3欄第19行是這樣描述的“……塔1塔釜中的液體經(jīng)管道34輸送到再沸器8，在其中，由于接受來(lái)自壓縮機(jī)7的壓縮蒸汽的冷凝熱而被加熱，被加熱的塔釜液體經(jīng)管道35循環(huán)到塔釜6?！比绻Y(jié)合來(lái)自第7欄和第3欄的教導(dǎo)，唯一的結(jié)果是設(shè)備將被堵塞。通過(guò)結(jié)合這些教導(dǎo)，Tsuruta專(zhuān)利提出的信息只能導(dǎo)致設(shè)備的堵塞。與此相反，這里的技術(shù)有效地提供一種系統(tǒng)，它采用負(fù)載有污染物的含水進(jìn)料物流，并將其輸送到設(shè)備中，絲毫不必?fù)?dān)心換熱器表面的堵塞。
考慮到成核沸騰(nucleate boiling)和這一物理現(xiàn)象在維持包括換熱器的回路中潤(rùn)濕表面上的重要性，這是可能的。眾所周知，對(duì)于一池常壓下的水，成核沸騰方式是相當(dāng)特定的區(qū)域，在該區(qū)域形成單個(gè)氣泡。這一理論建立在文獻(xiàn)Frank Kreith的＂Principle of Heattransfer(傳熱原理)＂，第3版；和J.P.Holman的＂Heat Transfer(傳熱)＂，第7版中。
在文獻(xiàn)《傳熱原理》第498頁(yè)中，討論了穩(wěn)定膜和成核沸騰。在該頁(yè)中，圖10-2描述了成核沸騰。很明顯，在該圖所示的網(wǎng)(wire)上形成了單個(gè)氣泡。這一現(xiàn)象也描述在第二篇文獻(xiàn)《傳熱》第520頁(yè)的圖9-5中。在該文獻(xiàn)中，作者實(shí)際上在519頁(yè)承認(rèn)在成核沸騰機(jī)理上存在相當(dāng)大的爭(zhēng)議?，F(xiàn)已認(rèn)識(shí)到在這種情況下維持成核沸騰的重要性。對(duì)于保持換熱器表面的潤(rùn)濕，這一概念是很重要的，這是為什么利用含有任何堵塞污染物的進(jìn)料物流與換熱表面接觸而不會(huì)有堵塞的任何危險(xiǎn)的理由。當(dāng)蒸發(fā)量大于50％時(shí)，換熱器將會(huì)大量產(chǎn)生凝膠。
在這里提出的技術(shù)提供了一種處理含堵塞污染物的進(jìn)料物流的方法。進(jìn)料物流中的堵塞污染物可以與換熱器表面直接接觸，而不會(huì)發(fā)生堵塞。根據(jù)Tsuruta的認(rèn)識(shí)，后一特征是不可能的。這一點(diǎn)已在上面講過(guò)了。這是對(duì)上面提到的原理的認(rèn)識(shí)，該原理涉及使這一方法實(shí)現(xiàn)所希望的結(jié)果。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，Tsuruta適用于使用本發(fā)明。
水蒸餾方法中的另一常見(jiàn)問(wèn)題是需要高的能量輸入。沒(méi)有廢熱源和有效回收這一輸入能量的手段的情況下，所需要的能量等于在給定壓力/溫度下蒸發(fā)水的潛熱。在這一條件下，由于水的補(bǔ)充應(yīng)用，水的蒸餾在工業(yè)上是不可行的。重油生產(chǎn)設(shè)備通常是由適合于作為廢熱能回收高能源的物流所組成的。
為了克服傳統(tǒng)蒸餾方法中的問(wèn)題，必須考慮幾個(gè)變量。以下的三個(gè)方程式描述了水蒸餾系統(tǒng)中的基本傳熱關(guān)系Q(總)=U*A*LMTD (1)Q(顯熱)=m*Cp*(T1-T2) (2)Q(潛熱)=m*L(3)其中Q=傳遞的熱量(BTU hr-1)U=總傳熱系數(shù)或系統(tǒng)傳遞熱量的能力(BTU hr-1ft-2F-1)A=傳熱面積(ft2)LMTD=對(duì)數(shù)平均溫差或系統(tǒng)的熱驅(qū)動(dòng)力(F)m=液體或蒸汽狀態(tài)的流體質(zhì)量流量(1b hr-1)Cp=流體的比熱(BTUhr-1F-1)T1,T2=進(jìn)入或流出系統(tǒng)的流體的溫度(F)L=蒸發(fā)或冷凝的潛熱(BTUlb-1)為了有一個(gè)有效的蒸餾系統(tǒng)，用上述方程式表達(dá)的、交換和回收的熱量Q必須最大，同時(shí)，服從維持變量的實(shí)際極限并防止結(jié)垢和堵塞。對(duì)于給定的流體和流體動(dòng)力學(xué)，在給定的換熱設(shè)備內(nèi)，相對(duì)而言，變量U、Cp和L是非變量。因此，為了克服與蒸餾污染水有關(guān)的問(wèn)題，必須仔細(xì)考慮變量A、Q/A、LMTD、m以及T1和T2。
為了完全解決與來(lái)自重油熱回收設(shè)備的污染水蒸餾有關(guān)的問(wèn)題，并消除結(jié)垢，除上述基本方程式之外還要考慮的其它重要因素是●改造有效的廢熱能源；●在蒸餾系統(tǒng)內(nèi)熱傳遞的速率，已知為熱量通量或QA-1(Btuhr-1ft-1)●濃縮物中污染物的量；●相對(duì)于蒸汽流的飽和溫度，濃縮物的最終沸點(diǎn)；●濃縮物的過(guò)飽和程度和沉淀量；和●蒸發(fā)物流的蒸發(fā)量。
在本發(fā)明出現(xiàn)之前，從重油設(shè)備的有效回收廢熱能，并使水蒸餾過(guò)程中傳遞和回收的熱量最多，而沒(méi)有堵塞和結(jié)垢的傾向，在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)尚沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)已開(kāi)發(fā)了一種方法，不僅是能量有效的，而且消除了過(guò)去在污染水蒸餾中遇到的結(jié)垢問(wèn)題，水是被有機(jī)物、無(wú)機(jī)物、金屬等污染的。
本發(fā)明進(jìn)一步發(fā)展了在原有應(yīng)用中建立起來(lái)的概念。先前的概念與兩個(gè)不同概念有關(guān)，包括使用蒸汽再壓縮和結(jié)合單一熱回收回路的廢熱回收的蒸餾或多效水蒸餾。通過(guò)進(jìn)一步結(jié)合來(lái)自重油熱回收單元中低級(jí)熱能源的回收，以及唯一構(gòu)造的強(qiáng)制對(duì)流熱回收和傳遞回路，發(fā)現(xiàn)可以獲得非常有希望的結(jié)果使傳熱最大，不需壓縮能或使之最小，同時(shí)維持了所需的強(qiáng)制對(duì)流回路，對(duì)于結(jié)垢換熱器來(lái)說(shuō)是不能傳導(dǎo)的，這在實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)蒸餾方法時(shí)通常會(huì)碰到。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，可以再傳熱回路中回收來(lái)自重油回收單元的廢蒸汽能，這些低級(jí)能源可以用于減少或消除為處理廢水所必須的壓縮量，過(guò)去這些低級(jí)能源通常被作為過(guò)剩能量或不可回收能量被排放，這便大大降低了方法的工業(yè)價(jià)值。
基于這一方法，在來(lái)自高壓蒸汽分離器的高壓排放液體中可以獲得廢能源，高壓分離器閃蒸到低壓在約10-15psig下形成低級(jí)蒸汽和熱鹽水。在加熱分離器(heated separator)中，低壓蒸汽用作蒸發(fā)蒸餾水的熱源，本身進(jìn)一步冷凝成高質(zhì)量的鍋爐進(jìn)料水。濃縮的熱排放物用于在進(jìn)入加熱分離器之前預(yù)熱進(jìn)入的生產(chǎn)水進(jìn)料物流。
進(jìn)一步說(shuō)，從重油儲(chǔ)油層返回的生產(chǎn)流體的減壓可以獲得有意義的廢能源。從儲(chǔ)油層返回的生產(chǎn)液體的壓力通常為50-300psig，在脫氣分離器中被減壓到接近大氣壓。油/水生產(chǎn)流體被輸送到常規(guī)的常壓油/水分離設(shè)備，這些設(shè)備對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。廢能可以?xún)煞N方法提取。如果在井被加熱后，在重油回收操作中不使用上升氣體而僅有最少量結(jié)合氣體存在于生產(chǎn)物流中，廢物流被從脫氣缸中分離出，并被輸送到用于廢熱能回收的高效蒸餾單元。如果在井中使用上升氣體以輔助重油的生產(chǎn)，和/或有相對(duì)大量的結(jié)合氣體存在于生產(chǎn)流體中，則廢熱能就可以用任何合適的換熱裝置回收，并利用傳熱介質(zhì)流體傳遞到高效蒸餾單元以回收廢熱。在這一實(shí)例中，冷卻的生產(chǎn)流體在脫氣缸中脫氣，而沒(méi)有可觀的蒸汽損失。熱激發(fā)現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)是猛烈驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)油層以提高重油的回收率，使得生產(chǎn)井口的生產(chǎn)流體溫度較高。這一溫度超過(guò)了通常的230°F到400°F，甚至達(dá)到500°F。因此，可以獲得大量可回收的熱能以用于高效水蒸餾單元。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)的高效生產(chǎn)水回收方法，用于蒸餾含有有機(jī)、無(wú)機(jī)、金屬或其它污染化合物的水，獲得純凈水餾分并不使蒸餾設(shè)備有任何結(jié)垢。
在本發(fā)明一種方案的另一方面，提供了一種回收能量的方法，以處理用于從含有重油和水的儲(chǔ)油層中回收重油的水，該方法包括以下步驟
a)提供水進(jìn)料物流；b)處理水進(jìn)料物流以產(chǎn)生蒸汽餾分和液體餾分；c)提供用于分離蒸汽餾分和液體餾分的蒸汽分離器；d)分離蒸汽餾分和液體餾分；e)提供油-水分離器和水蒸餾設(shè)備；f)將蒸汽餾分注入儲(chǔ)油層；g)在油水分離器中收集來(lái)自?xún)?chǔ)油層的重油和生產(chǎn)水；h)從分離器收集重油和生產(chǎn)水；i)向水蒸餾設(shè)備提供含于液體餾分中的熱能；和j)用水蒸餾設(shè)備處理生產(chǎn)水。
在本發(fā)明中一個(gè)方案的另一方面，提供了一種回收能量的方法，以處理用于從含有重油和水的儲(chǔ)油層中回收重油的水，該方法包括以下步驟a)提供水進(jìn)料物流；b)處理水進(jìn)料物流以產(chǎn)生蒸汽餾分和液體餾分；c)提供用于分離蒸汽餾分和液體餾分的蒸汽分離器；d)分離蒸汽餾分和液體餾分；e)提供油-水分離器和水蒸餾設(shè)備；f)將蒸汽餾分注入儲(chǔ)油層；g)使重油、生產(chǎn)水減壓，形成從儲(chǔ)油層排出的蒸汽；h)將含于蒸汽中的能量傳遞到水蒸餾設(shè)備；和i)分離重油和生產(chǎn)水。
在本發(fā)明中一個(gè)方案的再一方面，提供了一種回收能量的方法，以處理用于從含有重油和水的儲(chǔ)油層中回收重油的水，該方法包括以下步驟a)提供水進(jìn)料物流；b)處理水進(jìn)料物流以產(chǎn)生蒸汽餾分和液體餾分；
c)提供用于分離蒸汽餾分和液體餾分的蒸汽分離器；d)分離蒸汽餾分和液體餾分；e)提供油-水分離器和水蒸餾設(shè)備；f)將蒸汽餾分注入儲(chǔ)油層；g)用換熱器從排出儲(chǔ)油層的重油和生產(chǎn)水中回收熱能；h)分離重油和生產(chǎn)水；i)從換熱設(shè)備向蒸餾設(shè)備提供熱能；j)向水蒸餾設(shè)備提供含于液體餾分中的熱能；和k)用水蒸餾設(shè)備處理生產(chǎn)水。
在本發(fā)明中一個(gè)方案的又一方面，提供了一種從重油回收設(shè)備回收能量的方法，其中重油含于儲(chǔ)油層中，能量用于處理重油回收中的生產(chǎn)水，該方法包括以下步驟a)提供具有蒸汽餾分和液體餾分的蒸汽源；b)提供油水分離器和水蒸餾設(shè)備；c)向儲(chǔ)油層注入至少一部分蒸汽餾分和液體餾分以回由重油；d)在油水分離器中收集來(lái)自?xún)?chǔ)油層的重油和水；e)分離來(lái)自分離器的重油和生產(chǎn)水；f)向水蒸餾設(shè)備提供含于液體餾分中的熱能；和g)用水蒸餾設(shè)備處理生產(chǎn)水。
在本發(fā)明中一個(gè)方案的另一方面，提供了一種從重油處理過(guò)程回收能量的方法，以處理在重油回收中的生產(chǎn)水，包括以下步驟a)提供高壓排放物流；b)閃蒸高壓排放物流以形成低壓廢能物流和濃縮排放物流；c)用低壓廢能物流蒸發(fā)生產(chǎn)水；d)用濃縮排放物流預(yù)熱生產(chǎn)水進(jìn)料物流；e)提供包括流體流通連接的加熱分離器和再沸換熱器的流體循環(huán)回路；
f)使預(yù)熱的生產(chǎn)水進(jìn)料物流進(jìn)入加熱分離器；g)使廢能進(jìn)入再沸器以回收熱能；h)在再沸換熱器中用廢能蒸發(fā)生產(chǎn)水物流以產(chǎn)生蒸汽餾分和濃縮液體污染餾分；i)使至少一部分濃縮液體餾分循環(huán)通過(guò)再沸換熱器和加熱分離器，以維持濃縮物與蒸汽餾分的質(zhì)量比率在300-2之間，使得排出再沸換熱器的蒸汽餾分為約1％(質(zhì)量)至小于50％(質(zhì)量)，從而防止再沸器中的堵塞和結(jié)垢；j)用外部冷凝裝置冷凝蒸汽餾分；和k)收集冷凝的蒸汽餾分和基本上無(wú)污染的廢能物流。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，通過(guò)精確控制循環(huán)質(zhì)量比在300至約2倍于排出再沸器蒸汽餾分的范圍內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)如下所希望的優(yōu)點(diǎn)1．經(jīng)再沸器蒸發(fā)側(cè)的循環(huán)濃縮物可以含有精確控制的蒸汽餾分，為約循環(huán)濃縮物質(zhì)量的1％至50％；2．通過(guò)精確控制這一蒸汽餾分，循環(huán)濃縮物溫度的上升保持得非常低(約1°F)，在接近循環(huán)濃縮物流的溫度下，再沸換熱器表面保持濕潤(rùn)，降低了這些表面堵塞的危險(xiǎn)；3．由于控制低的蒸汽餾分，換熱器內(nèi)的濃縮流體的局部濃度因子大大降低為小于1.1，避免了結(jié)垢化合物在換熱表面局部沉淀；4．由于蒸汽在再沸器出口處形成，換熱通道中的蒸汽速度大大地提高，從而促進(jìn)了良好的混合，降低了堵塞的危險(xiǎn)；5．通過(guò)控制蒸發(fā)流體中的蒸汽餾分，通過(guò)潛熱手段實(shí)現(xiàn)了大量的傳熱，不會(huì)結(jié)垢和引起在換熱器內(nèi)的溫度交叉(atemperature cross)；6．由于再沸器蒸發(fā)側(cè)的溫度上升非常小，維持了再沸器的LMTD，因此，保持所需輸入的能量非常低；
7．通過(guò)調(diào)節(jié)熱通量，冷凝和蒸發(fā)的潤(rùn)濕表面的溫度被維持在接近于蒸發(fā)和冷凝條件下的飽和蒸汽條件下。這種類(lèi)型的沸騰處于從主要為強(qiáng)制對(duì)流到潤(rùn)濕表面穩(wěn)定成核沸騰之間；和8．通過(guò)提供再沸裝置以從重油回收設(shè)備吸收低級(jí)廢熱能，如果可以獲得足夠高壓的排放物流，壓縮所需的能量被消除。
本發(fā)明一個(gè)方案的進(jìn)一步的方面是提供一種從重油處理過(guò)程中回收能量的方法，以處理重油回收中產(chǎn)生的水，該方法包括如下步驟a)提供高壓排放物流；b)閃蒸高壓排放物流以形成低壓廢能物流和濃縮排放物流；c)用低壓廢能物流蒸發(fā)至少一部分生產(chǎn)水；d)用濃縮排放物流預(yù)熱生產(chǎn)水；e)提供包括流通連接的加熱分離器和再沸換熱器的流體回路；f)提供包括流通連接的加熱分離器、壓縮機(jī)和再沸換熱器的蒸汽回路；g)使預(yù)熱的生產(chǎn)水進(jìn)入加熱分離器；h)在再沸換熱器中用低壓廢能和壓縮蒸汽物流蒸發(fā)預(yù)熱的生產(chǎn)水，以產(chǎn)生蒸汽餾分和濃縮液體餾分；i)利用外部冷凝器通過(guò)低壓廢能處理所形成的蒸汽餾分；j)利用壓縮機(jī)回收任何剩余的蒸汽餾分；k)使至少一部分濃縮的液體餾分循環(huán)通過(guò)再沸換熱器和加熱分離器，以維持濃縮物與蒸汽餾分的質(zhì)量比率在300至接近2之間，使得排出再沸換熱器的蒸汽餾分為約1％(質(zhì)量)至小于50％(質(zhì)量)，從而防止再沸器中的堵塞和結(jié)垢；以及l(fā))收集冷凝的蒸汽餾分和基本無(wú)污染物的廢能物流。
本發(fā)明一個(gè)方案的另一方面是提供一種從重油處理過(guò)程中回收能量的方法，以處理重油回收中產(chǎn)生的水，該方法包括
a)提供高壓排放物流；b)閃蒸高壓排放物流以形成低壓廢能物流和濃縮排放物流；c)用低壓廢能物流蒸發(fā)生產(chǎn)水；d)用濃縮排放物流預(yù)熱生產(chǎn)水；e)提供包括流體流通連接的加熱分離器和再沸換熱器的流體循環(huán)回路；f)使生產(chǎn)水進(jìn)料物流通過(guò)加熱分離器；g)使低壓物流廢能進(jìn)入再沸器；h)在再沸換熱器中，用低壓廢能蒸發(fā)生產(chǎn)水以產(chǎn)生第一蒸汽餾分和濃縮液體污染餾分；i)使至少一部分濃縮的液體污染物餾分循環(huán)通過(guò)再沸換熱器和加熱分離器，以維持濃縮物與蒸汽餾分的質(zhì)量比率在300至約2之間，使得排出再沸換熱器的蒸汽餾分為約1％(質(zhì)量)至小于50％(質(zhì)量)，從而防止再沸器中的堵塞和結(jié)垢；j)提供結(jié)晶裝置和與蒸汽餾分流通連接的再沸換熱器；k)除去一部分濃縮液體污染物餾分以輸入到結(jié)晶裝置；l)使蒸汽餾分進(jìn)入再沸器，為從來(lái)自濃縮液體污染物餾分中沉淀出固體提供熱能；m)從結(jié)晶裝置產(chǎn)生第二蒸汽餾分和基本上為固體的餾分物流；n)用冷凝器冷凝第二蒸汽餾分；以及o)收集冷凝的第一蒸汽餾分、冷凝的第二蒸汽餾分和冷凝的廢能物流。
作為本方法的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，其輸入成本為零。這是由于如果可以利用足夠的低級(jí)廢能，就不需壓縮機(jī)來(lái)處理生產(chǎn)水。進(jìn)一步說(shuō)，這一方法實(shí)現(xiàn)了100％的水回收，廢水排放為零，因?yàn)槲廴疚锉晦D(zhuǎn)化成了固體。
泛泛地講，在可能的方案中，蒸餾水被蒸發(fā)，并并過(guò)網(wǎng)除去任何夾帶的液滴，在那里被外部冷凝。廢能物流進(jìn)入再沸器，在那里被冷凝成蒸餾水。通過(guò)控制循環(huán)濃縮物對(duì)蒸汽流的量在低于300至約2的范圍內(nèi)，在循環(huán)濃縮物流中產(chǎn)生小于50％，更精確地說(shuō)于小于約10％的蒸汽，熱能被傳遞給來(lái)自加熱分離器的循環(huán)濃縮物。在循環(huán)濃縮物物流中形成的蒸汽通過(guò)蒸發(fā)的潛熱吸收傳遞過(guò)來(lái)的熱量，同時(shí)使循環(huán)濃縮物的溫度上升不超過(guò)1°F。在冷凝溫度和壓力下，從外部冷凝器和再沸換熱器收集的干凈蒸餾水作為高質(zhì)量蒸汽發(fā)生器進(jìn)料水被返回。與此同時(shí)，從加熱分離器除去一部分濃縮物流，以控制非揮發(fā)污染物所需的濃度。在加熱分離器的溫度和壓力下，排出的濃縮物流通過(guò)預(yù)熱器，將剩余的顯熱能傳遞給生產(chǎn)水進(jìn)料物流。在蒸餾操作之前、之中或之后，可以應(yīng)用附加的預(yù)處理或后處理技術(shù)以間歇或連續(xù)方式來(lái)除去或包含污染物?？梢允褂胮H控制方法或添加其他化學(xué)品以使揮發(fā)性組分離子化或改變濃縮物中的溶解條件以進(jìn)一步改進(jìn)所述蒸餾方法?？梢曰厥沾罅空麴s水，通常超過(guò)進(jìn)料水物流的90％。當(dāng)進(jìn)一步使用結(jié)晶設(shè)備時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)水的100％回收。
從該方法的廣度上來(lái)看，可以用于任何使用蒸汽熱激發(fā)的的重油回收操作，如常規(guī)蒸汽注入、循環(huán)蒸汽激發(fā)(CSS或Huff n′Puff)、蒸汽輔助重力排油法(SAGD)和蒸汽和氣體推進(jìn)法(SAGP)。這里所列出的并不是窮盡的，僅作為例子。
已有了上述描述，現(xiàn)參照附圖所示的優(yōu)選方案進(jìn)行說(shuō)明。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明如下圖1是本發(fā)明一個(gè)方案的總體示意圖；圖2是本發(fā)明另一方案的總體示意圖；圖3是本發(fā)明所述方案中的水處理單元的示意圖；圖4是圖2的一個(gè)變化方案；圖5是圖3的另一變化方案；
圖6示意地描述了蒸發(fā)部件周?chē)某Ｓ脺囟群蛪毫l件；圖7是系統(tǒng)再沸換熱器的過(guò)程冷凝/蒸發(fā)曲線；圖8示意地描述了再沸器板/板換熱器的流動(dòng)樣式；圖9是說(shuō)明存在于循環(huán)流體中的再沸器中的蒸發(fā)量與循環(huán)流體質(zhì)量與蒸汽量比率之間關(guān)系的圖；圖10是描述再沸器內(nèi)局部濃縮程度隨蒸汽餾分變化的圖；圖11是說(shuō)明從中試蒸餾單元獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖；圖12是本發(fā)明另一方案的總體示意圖；圖13是本發(fā)明另一方案的總體示意圖；和圖14A為T(mén)suruta專(zhuān)利的圖4；圖14B為修改后的Tsuruta專(zhuān)利的圖4。
在說(shuō)明書(shū)中，類(lèi)似的數(shù)碼用于表示類(lèi)似的元件。
參看圖1，示出了本發(fā)明一個(gè)方案的一個(gè)實(shí)施例。蒸汽發(fā)生器125的進(jìn)料水被收集在進(jìn)料水儲(chǔ)罐110中。水可以是來(lái)自合適的地下水源105，或由常規(guī)水處理方法在100循環(huán)或補(bǔ)充而來(lái)，如石灰或堿軟化、離子交換軟化或蒸餾。重要的是必須使如鈣、鎂、和硅的硬度組分從進(jìn)料水中除去，以防止高壓蒸汽發(fā)生器125結(jié)垢。另外還應(yīng)考慮到，溶解固體必須低于8,000ppm(w)以產(chǎn)生所需的蒸汽參數(shù)為80％的高壓蒸汽?？偟娜芙夤腆w(total dissolved solids,TDS)主要由氯化鈉組成。對(duì)于中試重油熱處理設(shè)備，水的量可以低至每天10,000桶(barrels per day,BPD)，對(duì)于工業(yè)重油熱處理設(shè)備可以超過(guò)100,000BPD。
來(lái)自110的調(diào)整過(guò)的水通過(guò)一系列進(jìn)料泵115泵送到高壓蒸汽發(fā)生器125。一般來(lái)說(shuō)，蒸汽發(fā)生器125產(chǎn)生蒸汽參數(shù)為60-80％的蒸汽，其壓力為1,000psig至3,000psig或更高，這取決于儲(chǔ)油層的狀況。這種油田蒸汽發(fā)生器對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員是熟知的，由于其固有的設(shè)計(jì)和管結(jié)垢所產(chǎn)生的限制，其蒸汽參數(shù)被限小于100％。如果可以獲得高質(zhì)量水，如蒸餾水的話(huà)，可以使用其它鍋爐，常規(guī)蒸汽鍋爐或聯(lián)合(Cogeneration)熱回收鍋爐產(chǎn)生飽蒸汽，100％蒸汽參數(shù)的蒸汽或過(guò)熱蒸汽。
某些重油儲(chǔ)油層，例如使用SAGD技術(shù)的重油儲(chǔ)油層，在不影響油回收性能的情況下，不能向儲(chǔ)油層傳遞蒸汽參數(shù)小于100％的蒸汽。在這些操作中，高壓蒸汽分離器130用于將飽和蒸汽135與高壓液相140分離，高壓液相也稱(chēng)過(guò)熱鹽水。一些設(shè)備通過(guò)在120處與蒸汽發(fā)生器進(jìn)料水115換熱，在泄壓之前利用一部可以從140中獲得的能量?；厥盏臒崃侩S135處的壓力而變化，但通常限于一小部分。因此，對(duì)于大多數(shù)SAGD重油設(shè)備，在物流140中具有大量可利用的廢熱能，其使用受到限制，通常被拒絕到冷卻塔或冷卻器內(nèi)作為廢熱。這一廢能可以輸送到高效水蒸餾單元180以處理生產(chǎn)水175，對(duì)降低水處理的工業(yè)成本和改進(jìn)重油的生產(chǎn)成本具有明顯的效果。然而，最明顯的效果是環(huán)境上的益處，補(bǔ)充水和要處理的污染水被消除了，大量的廢能被回收，從而降低了燃?xì)獾南暮拖蚩諝庵锌偱欧拧?br> 高壓蒸汽135通過(guò)井的鉆孔150被注入儲(chǔ)油層145。根據(jù)所使用的重油回收技術(shù)的種類(lèi)，井的構(gòu)造是不同的。圖1圖示了典型的SAGD裝置，蒸汽被注入到水平井鉆孔中，重油生產(chǎn)流體在相鄰的水平井鉆孔155中回收。生產(chǎn)流體在地表收集，并經(jīng)生產(chǎn)管道160輸送到油回收設(shè)備165。低于20°API但高于7°API的重油被除去并出售以進(jìn)行石油煉制。
通常在水油比率為2-5下收集的生產(chǎn)水175被輸送到水處理單元180。生產(chǎn)水中含有氯化鈉、氧化硅、溶解的有機(jī)烴、鈣和鎂，它們主要來(lái)自于儲(chǔ)油層和原始補(bǔ)充水源。
濃縮的廢鹽水或固體可以從水處理單元180中以物流185提取出來(lái)。這一物流通常不具工業(yè)價(jià)值，需要定點(diǎn)或在廠外處理，這取決于重油設(shè)備的位置。
一般來(lái)說(shuō)，高效蒸餾水處理單元180可以純蒸餾水物流100回收80％-100％的生產(chǎn)水。
參看圖2，圖示了本發(fā)明另一方案的實(shí)施例。在該實(shí)施例所表示的重油回收設(shè)備中，在生產(chǎn)井鉆孔155和井口160之后，要求生產(chǎn)流體的熱條件高于常規(guī)的230°F，接近400°F至500°F，以提高重油的回收性能。熱的生產(chǎn)流體通過(guò)脫氣分離器161，其壓力在162處降低，并輸入到油/水分離單元。通常在40-60psig(通常低于100psig)的壓力下從脫氣分離器161中產(chǎn)生蒸汽163。這一低級(jí)蒸汽163被輸送到高效水蒸餾單元180，用于從生產(chǎn)水中蒸發(fā)蒸餾水。如果相對(duì)于在生產(chǎn)流體160中產(chǎn)生的蒸汽結(jié)合和/或注入的提升氣體量少，則可以使用這一熱回收技術(shù)。
如果在重油中有相當(dāng)高的結(jié)合氣含量，這不常遇到，和/或提升氣體再生產(chǎn)井孔155被人工注入，則需要替代的熱能回收技術(shù)。該熱生產(chǎn)流體將傳遞通過(guò)任何合適的換熱裝置至再進(jìn)入脫氣分離器161之前的溫度降低。廢熱能采用合適的熱交換介質(zhì)從164中提取出，并由165傳遞到高效水蒸餾單元180，以將水生產(chǎn)為蒸餾水。
當(dāng)圖2所示，應(yīng)用物流140和165的兩種熱回收方法可以單獨(dú)或結(jié)合使用，這取決于重油儲(chǔ)油層145的操作條件以及每一方法獲得的效益。
現(xiàn)在參看圖3，圖示了由180所表示的高效蒸餾單元方案的一個(gè)實(shí)施例。
生產(chǎn)水進(jìn)料物流175被引入到預(yù)處理步驟12，以除去可溶物、揮發(fā)物和/或調(diào)節(jié)pH值或調(diào)整步驟以準(zhǔn)備進(jìn)料物流175。揮發(fā)組分以物流14從進(jìn)料物流中排放，同時(shí)不易揮發(fā)的組分以物流16從進(jìn)料物流中排出。然后，從12排出的預(yù)處理的進(jìn)料物流進(jìn)入預(yù)加熱器18以提高進(jìn)料物流的溫度，在引入到加熱分離器20之前增加顯熱的回收。進(jìn)料物流可以分為多股物流，以通過(guò)第二顯熱回收預(yù)熱器，從而最大限度地利用該單元的回收潛力。這種設(shè)置對(duì)本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是可以理解的。多個(gè)預(yù)熱器可以構(gòu)造為單個(gè)多伺(single multi-service)預(yù)熱器，或者是如18和26所示的獨(dú)立單元。分開(kāi)的進(jìn)料物流再合并，在進(jìn)入加熱分離器20之前，被加熱到接近加熱分離器的條件。如果必要的話(huà)，進(jìn)料物流也可以引入強(qiáng)制循環(huán)物流以在再沸器中產(chǎn)生局部稀釋的效果。加熱分離器可以包括多個(gè)分離單元，如旋風(fēng)分離器。在其下部22，可以使?jié)饪s物和排放物中固體物質(zhì)回旋并懸浮起來(lái)，這些物質(zhì)稱(chēng)之為“排放物”或濃縮物，用管線24表示。排放物24可以連續(xù)或分批排放，其流量控制了加熱分離器20中組分的濃度，從而調(diào)節(jié)了濃縮物的飽和度、過(guò)飽和度、由此導(dǎo)致的固體沉淀以及加熱分離器20中的沸騰溫度。排放物24一以分離器20中的溫度和濃度—經(jīng)管道28進(jìn)入第二預(yù)熱器26以回收熱量。排放物流24的溫度降低約3°F之內(nèi)至接近來(lái)自12的進(jìn)料物流的溫度，并以物流185排放。
加熱分離器20的上部含有幾乎飽和的水蒸汽，專(zhuān)用于蒸汽/液體的分離，可以包括如網(wǎng)格墊或葉片填料(未示出)之類(lèi)的零件以從蒸汽物流中接受液滴。從加熱分離器20排出的蒸汽由管線30表示，由環(huán)境質(zhì)量的餾分組成，根據(jù)存在于進(jìn)料物流中的組分，可以含有可飲用的水或鍋爐質(zhì)量的供水。一部分蒸汽被輸送到壓縮機(jī)32，以將蒸汽物流的壓力和溫度提高到加熱分離器20之上。蒸汽物流可在任何壓力下離開(kāi)加熱分離器，包括真空。在加熱分離器20的條件下，這一蒸汽基本上處于飽和狀態(tài)，然而，如果濃縮物含有足夠高濃度的能提高蒸汽沸點(diǎn)的組分，則蒸汽可以變?yōu)檫^(guò)飽和。這一概念作為沸點(diǎn)升高或BPR是已知的，也是可以理解的，因此壓縮得到了適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。傳給了蒸汽物流的附加能量建立了再沸換熱器34內(nèi)影響熱傳導(dǎo)所需的LMTD或熱驅(qū)動(dòng)力。剩余的任何一部分蒸汽46被輸送到任何合適的外部冷凝裝置58以回收蒸汽作為蒸餾水48。
壓縮機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)32可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何裝置，它可以是能向蒸汽引起約3-5psi的壓頭并使蒸汽以一定的速度流動(dòng)。來(lái)自壓縮機(jī)32的實(shí)際壓頭由加熱分離器20中每一單元的蒸發(fā)條件以及再沸器34所需的LMDT所決定。離開(kāi)壓縮機(jī)32的蒸汽主要是過(guò)熱蒸汽。過(guò)熱程度取決于排放壓力和壓縮裝置32的效率。低壓飽和蒸汽(通常低于100psig，特別是低于50pisg)形式中的廢能可以在進(jìn)入再沸換熱器34之前加入到壓縮蒸汽中。合并后的物流可以降低由壓縮機(jī)輸入的過(guò)熱度。
再沸換熱器34用于冷凝來(lái)自壓縮機(jī)32和廢能源50的合并蒸汽，并從再沸器34向冷凝物接受器36排出蒸餾水。這一步驟捕集了合并后的蒸汽物流中的過(guò)熱和潛熱，并通過(guò)熱驅(qū)動(dòng)將其傳遞給了循環(huán)的濃縮物流38。聚集在接受器36中的蒸餾水，在特定的溫度和壓力條件下通常是飽和液體。通過(guò)使熱的蒸餾水流經(jīng)泵40返回通過(guò)預(yù)熱器18，蒸餾水中的附加顯熱被回收，其中排出物流冷卻約3°F，接近進(jìn)料物流12的溫度。在進(jìn)入預(yù)熱器18之前，來(lái)自接受器36和48的蒸餾水可以合并以回收顯熱，然后，以物流100釋放。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使用濃縮物循環(huán)泵42以使前述量的濃縮物從加熱分離器20循環(huán)通過(guò)再沸換熱器34，能得到有意義的結(jié)果，不會(huì)使?jié)饪s物過(guò)度濃縮，不會(huì)發(fā)生換熱器表面被堵塞或結(jié)垢的危險(xiǎn)。特別選擇循環(huán)濃縮物與蒸汽的質(zhì)量比率，使之在小于300至接近2之間，在排出再沸換熱34的物流38中精確地產(chǎn)生接近1％至小于50％的蒸汽餾分。通過(guò)使用控制裝置44，這一質(zhì)量流量可以改變并設(shè)定在所需的參數(shù)范圍內(nèi)。更具體地說(shuō)，考慮到大多數(shù)污染的進(jìn)料物流，在排出的循環(huán)物流38中蒸汽餾分的所需目標(biāo)，小于10％的蒸汽餾分。在物流38中產(chǎn)生的蒸汽在質(zhì)量上等于回收的蒸餾水100。在再沸換熱器34中產(chǎn)生的蒸汽盡管其質(zhì)量非常小(小于約循環(huán)質(zhì)量的10％)，吸收了從再沸器34的冷凝側(cè)傳遞的大部分熱量。蒸汽餾分和濃縮物循環(huán)流量的選擇對(duì)降低堵塞和結(jié)垢、防止流體在換熱器中的過(guò)度濃縮是一個(gè)重要的因素。為了在濃縮物循環(huán)物流中建立非常低的溫度升高，以在再沸換熱器34兩側(cè)維持有效的LMTD，而沒(méi)有溫度交叉(temperature cross)，這一參數(shù)在很大程度上是最重要的。任何溫度的上升都很快地消除LMTD，傳熱將停止。例如，如果在再沸器中循環(huán)濃縮物的壓力上升以至于流體不能產(chǎn)生一些蒸汽，由于顯熱吸收溫度將上升，直到?jīng)]有LMTD或熱驅(qū)力存在，因此，傳熱將下降。濃縮物循環(huán)系統(tǒng)的反壓一包括靜和磨擦壓頭損失，被設(shè)計(jì)得最小。事實(shí)上，當(dāng)換熱器的動(dòng)壓降最小時(shí)，反壓基本上等于垂直換熱器的靜壓頭損失。然后選擇循環(huán)濃縮的流量以實(shí)現(xiàn)在出口管道38中接近1％-10％的蒸汽餾分。所得到的溫度上升非常低，LMTD維持在設(shè)計(jì)值。
圖3圖示了一實(shí)施例，其中飽和廢蒸汽與壓縮蒸汽合并，以在單個(gè)再沸器34中吸收廢熱能。合并的蒸汽被冷凝形成冷凝蒸餾水。如果可獲得的廢蒸汽壓力是不諧調(diào)的，或不能使之諧調(diào)，則要提供特別設(shè)計(jì)的單獨(dú)的濃縮物循環(huán)回路和再沸換熱器以適應(yīng)于每一熱源。進(jìn)一步說(shuō)，如果廢熱只能通過(guò)非冷凝傳熱流體獲得，則設(shè)計(jì)廢熱交換以從未冷凝成蒸餾水的傳熱流體中提取熱量。再沸器的這一關(guān)鍵設(shè)計(jì)特征應(yīng)當(dāng)維持優(yōu)選的液體與蒸汽的質(zhì)量比率，以在蒸發(fā)流體中產(chǎn)生1％至10％的蒸汽。
參看圖4，它是另一替代方法的示意流程圖，允許調(diào)節(jié)來(lái)自加熱分離器20的排出物流24，直到系統(tǒng)的總濃縮效果或濃縮因子(CF)相對(duì)于任何一種或多種引起沉淀的組分產(chǎn)生過(guò)飽和濃縮物。當(dāng)形成固體或固體在加熱分離器20中積累時(shí)，使排出物24通過(guò)固/液分離裝置50，以除去固體或淤漿。另外，固/液分離裝置50可以位于再沸器的泵42與換熱器34之間，可以是滑流或全流(slipstream or totalflow)設(shè)置?；厥盏囊后w以物流52進(jìn)一步循環(huán)到加熱分離器20，一部分作為排出物進(jìn)一步通過(guò)預(yù)熱器26以回收熱量，并冷卻物流175至約3°F。固/液分離裝置50可以任何形式的裝置，如本領(lǐng)域中已知的過(guò)濾器、旋液分離器、離心沉降分離器、重力沉降分離器、離心機(jī)、潷析分離器。當(dāng)主要目的是回收固體化合物或當(dāng)這些化合物具有明顯的工業(yè)價(jià)值時(shí)，這一方法是特別有吸引力的。
參看圖5，它是另一變例，蒸汽物流中可以含有一部分來(lái)自進(jìn)料物流中的特定污染物。加熱分離器20配有分餾塔54，它位于壓縮機(jī)32和附加蒸汽管道46之前。塔54利用干凈的冷卻水回流56分多級(jí)分餾和洗滌污染物?；亓骺梢詮念A(yù)熱器18的上游或下游排出，或者結(jié)合從上游和下游排出，這取決于所需的回流溫度。當(dāng)進(jìn)料物流含有如烴、乙二醇、氨、胺等的揮發(fā)性物質(zhì)時(shí)，這一變例方法特別有吸引力。
圖6示出了本方法圍繞蒸發(fā)部分的各種物流的典型壓力和溫度關(guān)系。在討論時(shí)參考數(shù)字來(lái)自于圖2到圖4。盡管具體工藝參數(shù)作為實(shí)例示出，但為了適應(yīng)于具體的蒸餾應(yīng)用，它們是可變的。它示意地表示了以流體沸點(diǎn)不會(huì)上升為基礎(chǔ)的條件，加熱分離器20在稍微高于大氣壓力，即在16psia和212.5°F的條件下操作。再沸器的壓力降為2.5psi時(shí)循環(huán)濃縮物的溫度升高為約1°F。循環(huán)物流的蒸汽餾分為約10％。再沸換熱器34周?chē)臈l件由圖7所示的蒸發(fā)/冷凝曲線表示。在換熱器的冷凝側(cè)，來(lái)自壓縮機(jī)的約289°F和21.0psia(C1點(diǎn))的過(guò)熱物流與飽和廢熱物流源(C2點(diǎn))合并，在C′點(diǎn)處在蒸汽飽和壓力下一約232°F和21.0psia冷凝。這一區(qū)域通常稱(chēng)之為去過(guò)熱區(qū)域，由約2％的交換面積組成，剩余的區(qū)域是釋放冷凝潛熱的面積。隨飽和廢熱與壓縮蒸汽的比率升高，所需要的去過(guò)熱面積下降。由于換熱器固有的壓力降，通過(guò)換熱器34會(huì)引起壓力和溫度的輕微下降。出口處的條件變到約231.8°F和20.9psia。冷凝側(cè)的表面溫度低于進(jìn)入蒸汽的飽和溫度，因此，在換熱器表面形成了冷凝的膜。因此傳熱發(fā)生，脫離濕壁條件，保持在蒸汽飽和溫度下膜的有效溫度。蒸餾水從換熱器排出到冷凝器的接受器36(D點(diǎn))，保持再沸器中沒(méi)有液體，并將所有換熱表面暴露于冷凝過(guò)程。
在蒸發(fā)側(cè)，在通過(guò)循環(huán)泵42之后，濃縮物從底部逆流進(jìn)入換熱器(A點(diǎn))-約212.5°F和18.0psia。調(diào)節(jié)循環(huán)流量以使?jié)饪s物的質(zhì)量流量至少10倍于蒸汽的流量。濃縮物流體的溫度上升到A′點(diǎn)，然后再到達(dá)B點(diǎn)時(shí)穩(wěn)定在約213.2°F，其中克服靜壓頭，壓力降低到15.5psia。同時(shí)濃縮物在換熱器34中上升，由于強(qiáng)制對(duì)流形成蒸汽，吸收傳遞過(guò)來(lái)的潛熱。通過(guò)提高蒸發(fā)側(cè)的液體質(zhì)量流量，直到循環(huán)質(zhì)量與蒸汽質(zhì)量的比率落入所需范圍內(nèi)，沸騰效果被控制在強(qiáng)制對(duì)流和穩(wěn)定成核沸騰的狀態(tài)下。由于液體的流量高，傳熱表面在相當(dāng)于新形成的蒸汽的飽和溫度的溫度下保持潤(rùn)濕。通過(guò)進(jìn)一步保證換熱器的通量(QA-1)小于6000BTU hr-1ft-2，蒸發(fā)側(cè)的溫度上升可以保持低于1°F，維持濕膜表面，因此，消除了結(jié)垢的危險(xiǎn)。如果通量太高，即時(shí)蒸汽加速壓降暫時(shí)超過(guò)可能獲得的靜壓頭，會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定的暫時(shí)反流，并可能打破潤(rùn)濕的換熱表面。這樣可能會(huì)導(dǎo)致傳熱表面的結(jié)垢。熱通量低于6000BTU hr-1ft-2，并且在循環(huán)濃縮物質(zhì)量與蒸汽質(zhì)量小于300的范圍內(nèi)，則在穩(wěn)定操作中存在液體和蒸汽共存的區(qū)域，在再沸器的蒸發(fā)側(cè)保持完全潤(rùn)濕的傳熱表面，不存在堵塞或結(jié)垢的危險(xiǎn)。
參看圖8中的A點(diǎn)至D點(diǎn)。
圖8是高效傳熱換熱器34的正視圖，是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的板框式換熱器，其中多排垂直疊放的墊板60位于兩個(gè)堅(jiān)固的框架62和64之間。這些裝置是已知的，它們具有緊湊的結(jié)構(gòu)和非常高的U值或總體傳熱系數(shù)。這種類(lèi)型的單程逆流結(jié)構(gòu)設(shè)置的換熱器很適合于本發(fā)明，尤其在本發(fā)明中提供了如下優(yōu)點(diǎn)
1．板式換熱器具有低的、固定的靜壓頭，在濃縮物循環(huán)流體側(cè)或蒸發(fā)側(cè)具有非常低的壓降，同時(shí)提供了相對(duì)高的傳熱系數(shù)；2．通過(guò)向給定的框架內(nèi)添置更多表面積或板，能容易地調(diào)節(jié)熱通量；3．板框結(jié)構(gòu)的冷凝側(cè)自由排出并具有低的壓降，維持了相對(duì)高的傳熱系數(shù)；4．相對(duì)高的傳熱系數(shù)使得表面溫度非常接近兩側(cè)流體的溫度，降低了結(jié)垢的危險(xiǎn)；5．高度擾動(dòng)和相當(dāng)?shù)母吡黧w速度導(dǎo)致了低的結(jié)垢，使固體在通過(guò)換熱器時(shí)保持均勻的懸??；6．對(duì)于板框結(jié)構(gòu)沒(méi)有熱點(diǎn)或冷點(diǎn)，沒(méi)有死角，降低了堵塞或結(jié)垢的危險(xiǎn)；7．板是平的，并被拋光，降低了堵塞的危險(xiǎn)；并且8．流體的停留時(shí)間短，降低了沉淀的危險(xiǎn)，因?yàn)樗鼈儧](méi)有足夠的時(shí)間達(dá)到平衡并產(chǎn)生結(jié)垢污染物。
更一般地說(shuō)，板式換熱器是非常緊湊的，可以由特殊的(exotic)合金板制成，以防止脫鹽應(yīng)用中經(jīng)常發(fā)生的流體腐蝕和應(yīng)力腐蝕破裂。倘若要維持本發(fā)明的具體要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以考慮應(yīng)用其它類(lèi)型的換熱器，如殼管型、雙管型、翅管型、盤(pán)管型(spiraltype)。
圖9示出了循環(huán)濃縮物與蒸汽質(zhì)量流量之比的由66所示的優(yōu)選設(shè)計(jì)范圍。這一所需范圍為約10至100，使得蒸汽分?jǐn)?shù)小于10％至約1％。
圖10示出了換熱器內(nèi)對(duì)與過(guò)飽和以及沉淀危險(xiǎn)有關(guān)的局部濃度因子CF換熱器的影響。一般說(shuō)來(lái)，系統(tǒng)的濃度因子是這樣表示的CF總=CF排放物·CF換熱器在加熱分離器內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的濃度是由穩(wěn)定地除去蒸汽所產(chǎn)生的，蒸汽與從加熱分離器連續(xù)排出物達(dá)到平衡。CF總的值通常在小于5至約20倍的數(shù)量級(jí)，取決于進(jìn)料物流中的污染物的量和種類(lèi)。根據(jù)離開(kāi)再沸器的蒸汽的量，確定所得到的CF換熱器(1.0至1.1之間)，調(diào)節(jié)排出流量使再沸器中的所需濃度水平不過(guò)高。典型的例子如下●進(jìn)料物流含有20,000TDS，要求濃縮物中不超過(guò)100,000TDS。
●確定最有效的質(zhì)量比率為20，由圖7，導(dǎo)致蒸汽分?jǐn)?shù)為5％。
●在圖8中找到CF換熱器，為約1.07。計(jì)算CF總為(100,000/20,000)=5。
●計(jì)算CF排出物為(5/1.07)=4.7。
●因此，修正排出流量為進(jìn)料物流的(1/4.7)=21％。
因此，通過(guò)使用蒸汽再壓縮和廢熱回收方法與強(qiáng)制對(duì)流傳熱系統(tǒng)相結(jié)合，以及接下來(lái)仔細(xì)選擇循環(huán)系統(tǒng)質(zhì)量流量與蒸汽物流質(zhì)量流量的比率小于300到約2，特別是約10至約100，選擇熱通量小于6000BTU hr-1ft-2，調(diào)節(jié)排出物流以得到所需濃度因子(CF)，其結(jié)果是非常有效的水蒸餾單元，在長(zhǎng)期操作下不易發(fā)生堵塞和結(jié)垢。通過(guò)結(jié)合兩種已知的工藝方案，并引入帶有獨(dú)特?fù)Q熱結(jié)構(gòu)的廢熱回收方案，更具體地說(shuō)，是帶有特定濃縮物循環(huán)比率的、非現(xiàn)有技術(shù)所教導(dǎo)的方案，本發(fā)明提供了有效的方法以蒸餾出不含污染物的水，沒(méi)有堵塞和結(jié)垢的危險(xiǎn)。
以下實(shí)施例用于解釋本發(fā)明。
實(shí)施例1這一實(shí)施例的計(jì)算是證明在再沸換熱器周?chē)鸁崃科胶獾囊环N手段。這一實(shí)施例代表設(shè)計(jì)用來(lái)從污染物水源回收53,000USGPD清潔蒸餾水的蒸餾單元的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。
換熱器信息表面積 3,200ft2類(lèi)型密封(gasketed)板框式U 542BTU hr-1ft-2F-1校正LMTD10.40F計(jì)算負(fù)荷(3,200)*(542)*(10.40)18,041,224BTU hr-1計(jì)算熱通量 (18,041,224)/(3200)5638BTU hr-1ft-2冷凝側(cè)人口條件289°F@21.0psia(過(guò)熱)出口條件231.8°F@20.9psia飽和冷凝溫度232.0°F@21.0psia冷凝潛熱957.4 BTUlb-1@21.0psia蒸汽流量36.7 USgpm=18,352lb hr-1Q去過(guò)熱(18,352)*(0.45)*(289-232)471,131BTU hr-1Q冷凝(18,041,224-471,131)17,570,093BTU hr-1計(jì)算流量(17,570,093)/(957.4)18,352lb hr-1蒸發(fā)側(cè)入口條件212.2°F@18.0psia出口條件213.6°F@15.5psia蒸發(fā)潛熱968.9BTU hr-1@15.5psia循環(huán)質(zhì)量與蒸汽質(zhì)量比率 10濃縮物循環(huán)流量 370USgpm
184,926lb hr-1蒸汽流量 18,352lb hr-1蒸汽百分比 (18,352/184,926)=10％Q蒸發(fā)(18,352)*(968.9)17,782,328BTU hr-1Q顯熱(184,926)*(1.0)*(213.6-212.2)258,896BTU hr-1Q總(17,782,328)+(258,896)18,041,224BTU hr-1這一實(shí)施例說(shuō)明在循環(huán)流體中產(chǎn)生10％的蒸汽餾份能捕集從冷凝側(cè)傳遞過(guò)來(lái)的99％的熱量，并使循環(huán)流體的溫度升高約1°F，即使在10倍質(zhì)量的循環(huán)流體。
實(shí)施例2設(shè)計(jì)并制造一種樣機(jī)以從垃圾瀝出液的污水池中回收10,000USgpd干凈的蒸餾水。該設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)測(cè)試，在這期間收集詳細(xì)的性能測(cè)試數(shù)據(jù)。中試操作成功地進(jìn)行了四個(gè)月，在再沸器和加熱分離內(nèi)檢查到的堵塞可以忽略。在中試中使用的設(shè)備包括SpencerTMModel GF36204E鼓風(fēng)式壓縮機(jī)，其壓差為3.0psia。在測(cè)試期間還使用了單程板框式換熱器。
瀝出液進(jìn)料、濃縮排出物和處理過(guò)的流出物的特征如下
參數(shù) 單位 瀝出液 排出物 處理的進(jìn)料(2) 約10％(2) 流出物(2)BOD mgl-126 88 ＜10COD mgl-1277 1,20711TOC mgl-159 549 6TSS mgl-133 145 ＜2VSS mgl-115 29 ＜2TDS mgl-15,473 53,000 ＜50鈣 mgl-196 435 ＜0.05鎂 mgl-1228 1,990＜0.05鈉 mgl-1550 4,650＜2鐵 mgl-15 469 6總p mgl-11.5 1.5 ＜0.01以N表示的 mgl-153 124 0.38(1)氨以CaCO3表 mgl-12,353 2,9301示的堿度氯 mgl-1217 784 0.2硫酸根 mgl-1350 20,000 ＜2總酚mgl-10.080.45 .017總大腸菌個(gè)/l00cc 673 ＜3 0色值TCU 166 800 ＜5濁度NTU 131 220 0.1注(1)-pH預(yù)調(diào)節(jié)以控制氨。
注(2)-所示的為測(cè)試期間的平均值。
流出物應(yīng)具有這樣的質(zhì)量可以排放到表面水體并實(shí)際上超過(guò)所有法規(guī)的要求。在各種性能點(diǎn)，包括停止和循環(huán)條件下，測(cè)量壓縮機(jī)所消耗的功率并記錄下來(lái)。測(cè)量的功率消耗畫(huà)在圖10中，作為每1,000USgal的各種蒸餾水的功率消耗。針對(duì)壓縮機(jī)在流動(dòng)范圍內(nèi)的無(wú)效功校正測(cè)試數(shù)據(jù)曲線，導(dǎo)出均勻的功率消耗為50KW-hr/1,000USgal。如果標(biāo)準(zhǔn)壓縮機(jī)的效率為約77％，高效蒸餾單元所需的功率消耗為約65KW-hr/1,000USgal。在整個(gè)測(cè)試期間，排出物流平均占進(jìn)料物流的約10％，平均濃度因子(CF)為約10。在測(cè)試后，肉眼檢測(cè)，在加熱分離器和再沸器設(shè)備內(nèi)沒(méi)有結(jié)垢的跡象。
參看圖12，顯示本發(fā)明的另一變化方案。在這一方案中，來(lái)自圖1所示高壓蒸汽分離器130的過(guò)熱鹽水排出物140被接受并輸送到高效水蒸餾單元180中。
排出物流140在低壓分離器200中閃蒸成低壓(通常為10-15psig)廢能物流203和低壓濃縮物排出物流235。廢能物流203通過(guò)再沸換熱器205，被冷凝成蒸餾水，并收集在儲(chǔ)缸215中。
高壓濃縮排出物流235與240換熱，以將生產(chǎn)水175預(yù)熱成245。冷卻的濃縮排出物以物流185釋放。來(lái)自物流203的廢能被傳遞到來(lái)自加熱分離器的循環(huán)濃縮物中，通過(guò)將循環(huán)質(zhì)量與蒸汽質(zhì)量的比控制在小于300至約2的范圍內(nèi)，在從再沸器排出的物流230中產(chǎn)生小于50％，更準(zhǔn)確地說(shuō)小于10％的蒸汽。在循環(huán)物流中形成的蒸汽吸收蒸發(fā)潛熱，同時(shí)，在再沸換熱器205內(nèi)不允許循環(huán)濃縮物的溫度升高超過(guò)約1°F，維持沒(méi)有溫度交叉的有效的LMTD。
循環(huán)濃縮物以控制的流量由泵270從265除去，并在243中與一部分生產(chǎn)水241換熱。在進(jìn)入加熱的換熱器250之前，預(yù)熱的一部分生產(chǎn)水244與主要部分的預(yù)熱的生產(chǎn)水245合并。
如果對(duì)于特定重油點(diǎn)，廢能203的量小于蒸餾所需生產(chǎn)水245所要求的能量，則提供單獨(dú)的壓縮機(jī)305和再沸器315的回路。相同的蒸汽循環(huán)量小于300至約2，在從再沸器排出的物流350中產(chǎn)生小于50％，更準(zhǔn)確地說(shuō)小于10％的蒸汽。
在加熱分離器250中產(chǎn)生的過(guò)量的蒸汽255用外部冷凝器355冷凝。能量可以傳輸用于增熱或其它合適的過(guò)程加熱。冷凝水流物流320和360收集在冷凝水儲(chǔ)缸325和365中，使用泵220、330、和375進(jìn)一步合并以形成蒸汽發(fā)生器125的蒸餾水循環(huán)進(jìn)料水。通過(guò)使用上述方法，可以實(shí)現(xiàn)大于85％的水回收率。
如果在冷凝過(guò)程中在物流210、320和360中形成不能冷凝的揮發(fā)物，則可以分別通過(guò)217、335和370自動(dòng)排放蒸汽。
可以選擇加熱分離器中的操作壓力和相應(yīng)溫度，以在從完全真空至50psig的寬范圍內(nèi)操作，可以選擇更為典型的壓力為稍高于或低于常壓，12psia真空至2psig壓力。
參看圖13，是本發(fā)明的另一變化方案。在這個(gè)方案中，通過(guò)使用換熱器400以及泵回路415和420，一部分來(lái)自200的廢熱能202和/或過(guò)量蒸汽255作為能源用于結(jié)晶器405。結(jié)晶器在至少10°F的沸騰條件下操作，最希望在20°F至30°F之間，在低于來(lái)自加熱分離器250的物流的溫度下操作。結(jié)晶器可以在高于或低于常壓下操作。當(dāng)廢能物流202和/或過(guò)量蒸汽255中的能量超過(guò)結(jié)晶器操作所需的能量時(shí)，則可以使用外部冷凝器以進(jìn)行冷凝。
濃縮物排出物流275和加熱的分離濃縮物流265被輸入結(jié)晶進(jìn)料缸280。接近飽和鹽水由進(jìn)料泵425輸送到結(jié)晶器循環(huán)回路410中。用泵435移出一股循環(huán)漿液410并經(jīng)固/液分離裝置440或直接輸送到蒸發(fā)池。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的典型固/液分離裝置可以是過(guò)濾器、壓濾器、重力沉降槽、澄清器、旋液分離器、潷析缸和離心器。
濾液450循環(huán)回結(jié)晶器進(jìn)料儲(chǔ)缸280。從固/液分離器440排出的固體物料445被收集在適當(dāng)?shù)膬?chǔ)存設(shè)備中，并送去處理。收集在儲(chǔ)存區(qū)域455或蒸發(fā)池的任何污染水可以通過(guò)泵460循環(huán)回結(jié)晶器進(jìn)料儲(chǔ)缸280中。
冷凝水物流210、405和490可以收集并合并以形成蒸汽發(fā)生器125的蒸餾水循環(huán)進(jìn)料水。通過(guò)使用上述方法，可以使回收率達(dá)到100％，實(shí)現(xiàn)零排放。
根據(jù)可以在系統(tǒng)中應(yīng)用的設(shè)備，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地理解加熱分離器、預(yù)熱器、再沸器、泵、壓縮機(jī)/鼓風(fēng)機(jī)、結(jié)晶器等是非常必要的。在不脫離本發(fā)明范圍的情況下其它改進(jìn)也是容易理解的。
盡管在前面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本發(fā)明不限于此，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，只要不脫離本發(fā)明權(quán)利要求的精神、性質(zhì)和范圍，各種改進(jìn)是很明顯的。
權(quán)利要求
1．一種回收能量的方法，以處理用于從含有重油和水的儲(chǔ)油層中回收重油的水，該方法包括以下步驟a)提供水進(jìn)料物流；b)處理所述水進(jìn)料物流以產(chǎn)生蒸汽餾分和液體餾分；c)提供用于分離所述蒸汽餾分和所述液體餾分的蒸汽分離器；d)分離所述蒸汽餾分和所述液體餾分；e)提供油-水分離器和水蒸餾設(shè)備；f)將所述蒸汽餾分注入儲(chǔ)油層；g)在油水分離器中收集來(lái)自?xún)?chǔ)油層的重油和生產(chǎn)水；h)從分離器分離所述重油和生產(chǎn)水；i)向水蒸餾設(shè)備提供含于液體餾分中的熱能；和j)用水蒸餾設(shè)備處理生產(chǎn)水。
2．權(quán)利要求1的方法，其中，在與所述蒸汽發(fā)生器接觸之前，所述水進(jìn)料物流被調(diào)整。
3．權(quán)利要求2的方法，其中，所述水進(jìn)料物流被調(diào)整以除去礦物質(zhì)。
4．權(quán)利要求1的方法，其中，所述步驟h)的來(lái)自重油具有7°至20°的API值。
5．權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括提供換熱器以回收所述液體餾分中至少一部分所述熱能的步驟。
6．權(quán)利要求5的方法，進(jìn)一步包括用至少一部分從所述換熱器回收的能量預(yù)熱所述水進(jìn)料物流的步驟。
7．權(quán)利要求1的方法，其中，所述重油回收包括蒸汽輔助重力排油(SAGD)回收。
8．權(quán)利要求1的方法，其中，所述重油回收包括循環(huán)蒸汽激發(fā)(CSS)。
9．權(quán)利要求1的方法，其中，所述重油回收包括蒸汽和氣體推進(jìn)法(SAGP)回收。
10．一種從重油回收設(shè)備回收能量的方法，其中，所述重油包含于儲(chǔ)油層中，所述能量用于處理重油回收中的生產(chǎn)水，該方法包括以下步驟a)提供具有蒸汽餾分和液體餾分的蒸汽源；b)提供油水分離器和水蒸餾設(shè)備；c)向所述儲(chǔ)油層注入至少一部分所述蒸汽餾分和所述液體餾分以回收所述重油；d)在所述油水分離器中收集來(lái)自所述儲(chǔ)油層的重油和水；e)分離來(lái)自所述分離器的所述重油和生產(chǎn)水；f)向所述水蒸餾設(shè)備提供含于液體餾分中的熱能；和g)用水蒸餾設(shè)備處理所述生產(chǎn)水。
11．一種從重油處理過(guò)程回收能量的方法，以處理在重油回收中生產(chǎn)的水，包括以下步驟a)提供高壓排放物流；b)閃蒸所述高壓排放物流以形成低壓廢能物流和濃縮排放物流；c)用低壓廢能物流蒸發(fā)產(chǎn)生水；d)用濃縮排放物流預(yù)熱所述生產(chǎn)水進(jìn)料物流；e)提供包括流體流通連接的加熱分離器和再沸換熱器的流體循環(huán)回路；f)使預(yù)熱的生產(chǎn)水進(jìn)料物流進(jìn)入加熱分離器；g)使所述廢能進(jìn)入再沸器以回收熱能；h)在所述再沸換熱器中用所述廢能蒸發(fā)所述生產(chǎn)水物流以產(chǎn)生蒸汽餾分和濃縮液體污染餾分；i)使至少一部分濃縮液體餾分循環(huán)通過(guò)再沸換熱器和加熱分離器，以維持濃縮物與蒸汽餾分的質(zhì)量比率在300-2之間，使得排出再沸換熱器的蒸汽餾分為約1％(質(zhì)量)至小于50％(質(zhì)量)，從而防止再沸器中的堵塞和結(jié)垢；j)用外部冷凝裝置冷凝所述蒸汽餾分；和k)收集冷凝的蒸汽餾分和基本上無(wú)污染的廢能物流。
12．權(quán)利要求11的方法，其中，該方法選擇性地包括以下步驟包括當(dāng)所述廢能的能量對(duì)于所述加熱分離器不足時(shí)，用壓縮機(jī)冷凝一部分所述蒸汽餾分形成蒸餾水。
13．權(quán)利要求11的方法，其中，該方法包括以下步驟使所述蒸汽餾分通過(guò)固體結(jié)晶器以提取含于所述蒸汽餾分中的能量，以在所述結(jié)晶器內(nèi)從存在于所述濃縮液體污染餾分中的非揮發(fā)化合物生產(chǎn)固體污染物。
14．權(quán)利要求11的方法，其中，該方法包括使所述蒸汽餾分通過(guò)外部冷凝器以將所述蒸汽餾分冷凝成液體。
15．權(quán)利要求11的方法，其中，在所述方法中處理的污染廢水的量與由所述方法形成的所述廢能的量相當(dāng)。
16．權(quán)利要求11的方法，其中，所述進(jìn)料物流在所述預(yù)熱之前經(jīng)預(yù)處理。
17．權(quán)利要求16的方法，其中，所述預(yù)處理選自過(guò)濾、離子交換、重力分離、化學(xué)處理和汽提的步驟。
18．權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一包括將所述冷凝的蒸餾水經(jīng)后處理的步驟。
19．權(quán)利要求18的方法，其中，所述后處理包括選自過(guò)濾、離子交換、高級(jí)氧化、吸附和曝氣。
20．權(quán)利要求11的方法，其中，所述物質(zhì)含有約10％質(zhì)量濃度的蒸汽。
21．權(quán)利要求11的方法，其中，所述蒸汽在板板式換熱器中冷凝。
22．一種從重油處理過(guò)程中回收能量的方法，以處理所述重油回收中產(chǎn)生的水，該方法包括a)提供高壓排放物流；b)閃蒸所述高壓排放物流以形成低壓廢能物流和濃縮排放物流；c)用低壓廢能物流蒸發(fā)至少一部分所述生產(chǎn)水；d)用所述濃縮排放物流預(yù)熱所述生產(chǎn)水；e)提供包括流通連接的加熱分離器和再沸換熱器的流體回路；f)提供包括流通連接的所述加熱分離器、壓縮機(jī)和所述再沸換熱器的蒸汽回路；g)使預(yù)熱的生產(chǎn)水進(jìn)入所述加熱分離器；h)在所述再沸換熱器中用所述低壓廢能和壓縮蒸汽物流蒸發(fā)所述預(yù)熱的生產(chǎn)水，以產(chǎn)生蒸汽餾分和濃縮液體餾分；i)利用外部冷凝器通過(guò)所述低壓廢能處理所形成的所述蒸汽餾分；j)利用所述壓縮機(jī)回收任何剩余部分的所述蒸汽餾分；k)使至少一部分所述濃縮的液體餾分循環(huán)通過(guò)所述再沸換熱器和所述加熱分離器，以維持濃縮物與蒸汽餾分的質(zhì)量比率在300-約2之間，使得排出所述再沸換熱器的蒸汽餾分為約1％(質(zhì)量)至小于50％(質(zhì)量)，從而防止所述再沸器中的堵塞和結(jié)垢；和l)收集所述冷凝的蒸汽餾分和基本無(wú)污染物的所述廢能物流。
23．一種從重油處理過(guò)程中回收能量的方法，以處理所述重油回收中產(chǎn)生的水，該方法包括a)提供高壓排放物流；b)閃蒸所述高壓排放物流以形成低壓廢能物流和濃縮排放物流；c)用所述低壓廢能物流蒸發(fā)所述生產(chǎn)水；d)用所述濃縮排放物流預(yù)熱所述生產(chǎn)水；e)提供包括流體流通連接的加熱分離器和再沸換熱器的流體回路；f)使所述生產(chǎn)水進(jìn)料物流通過(guò)所述加熱分離器；g)使所述低壓物流廢能進(jìn)入所述再沸器；h)在所述再沸換熱中，用所述低壓廢能蒸發(fā)所述生產(chǎn)水以產(chǎn)生第一蒸汽餾分和濃縮液體污染餾分；i)使至少一部分所述濃縮的液體污染物餾分循環(huán)通過(guò)所述再沸換熱器和所述加熱分離器，以維持濃縮物與蒸汽餾分的質(zhì)量比率在300-約2之間，使得排出所述再沸換熱器的蒸汽餾分為約1％(質(zhì)量)至小于50％(質(zhì)量)，從而防止所述再沸器中的堵塞和結(jié)垢；j)提供結(jié)晶裝置和與所述蒸汽餾分流通連接的再沸換熱器；k)除去一部分所述濃縮液體污染物餾分以輸入到所述結(jié)晶裝置；l)使所述蒸汽餾分進(jìn)入所述再沸器，為從來(lái)自所述濃縮液體污染物餾分中沉淀出固體提供熱能；m)從所述結(jié)晶裝置產(chǎn)生第二蒸汽餾分和基本上為固體的餾分物流；n)用冷凝器冷凝所述第二蒸汽餾分；和o)收集冷凝的第一蒸汽餾分、冷凝的第二蒸汽餾分和冷凝的廢能物流。
24．一種回收能量的方法，以處理用于從含有重油和水的儲(chǔ)油層中回收重油的水，該方法包括以下步驟a)提供水進(jìn)料物流；b)處理所述水進(jìn)料物流以產(chǎn)生蒸汽餾分和液體餾分；c)提供用于分離所述蒸汽餾分和所述液體餾分的蒸汽分離器；d)分離所述蒸汽餾分和所述液體餾分；e)提供油-水分離器和水蒸餾設(shè)備；f)將所述蒸汽餾分注入所述儲(chǔ)油層；g)使重油、生產(chǎn)水和從所述儲(chǔ)油層排出的蒸汽減壓；h)通過(guò)閃蒸將含于所述蒸汽中的能量傳遞到所述的水蒸餾設(shè)備；和i)分離所述重油和生產(chǎn)水。
25．權(quán)利要求24的方法，進(jìn)一步包括將含于所述液體餾分中的熱能提供給所述水蒸餾設(shè)備的步驟。
26．權(quán)利要求24的方法，進(jìn)一步包括用所述水蒸餾設(shè)備處理所述生產(chǎn)水的步驟。
27．一種回收能量的方法，以處理用于從含有重油和水的儲(chǔ)油層中回收重油的水，該方法包括以下步驟a)提供水進(jìn)料物流；b)處理所述水進(jìn)料物流以產(chǎn)生蒸汽餾分和液體餾分；c)提供用于分離所述蒸汽餾分和所述液體餾分的蒸汽分離器；d)分離所述蒸汽餾分和所述液體餾分；e)提供油-水分離器和水蒸餾設(shè)備；f)將所述蒸汽餾分注入所述儲(chǔ)油層；g)用換熱器從排出所述儲(chǔ)油層的所述重油和所述生產(chǎn)水中回收熱能；h)分離所述重油和生產(chǎn)水；i)從所述換熱設(shè)備向所述蒸餾設(shè)備提供熱能；j)向所述水蒸餾設(shè)備提供含于所述液體餾分中的熱能；和k)用所述水蒸餾設(shè)備處理所述生產(chǎn)水。
全文摘要
處理來(lái)自重油熱回收單元的生產(chǎn)水的方法和設(shè)備以實(shí)現(xiàn)水循環(huán)量80%～100%,達(dá)到零排放。包括從位于蒸汽發(fā)生器下游的高壓蒸汽分離器捕集廢熱能的初始步驟。再將熱能傳遞到加熱分離器和再沸換熱器以蒸餾儲(chǔ)油層生產(chǎn)水,回收蒸餾水和濃縮鹽水或固體產(chǎn)品。加熱分離器的濃縮物流經(jīng)再沸換熱器循環(huán),其返回物流中維持1%～50%質(zhì)量的蒸汽以防結(jié)垢。該設(shè)備包括與強(qiáng)制循環(huán)回路相結(jié)合的低壓廢能分離器、加熱分離器和蒸汽壓縮機(jī)以產(chǎn)生蒸餾水。
文檔編號(hào)E21B43/24GK1300717SQ00107840
公開(kāi)日2001年6月27日 申請(qǐng)日期2000年6月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月22日
發(fā)明者史蒂夫·克雷森亞克, 亞歷克斯·布朗 申請(qǐng)人:阿卡純風(fēng)險(xiǎn)投資公司, 艾伯塔能量公司