專利名稱：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，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，需要對地下儲油層使用增強的熱激發(fā)(thermal stimulation)技術(shù)來生產(chǎn)。具體地說，在加拿大西部地區(qū)，重油生產(chǎn)商使用向儲層注入壓力為約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)過程的流體分離并回收以在市場出售。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。來自特許(authorized)地下水源的補充水用于補充蒸汽發(fā)生器進料所需的水。通常補充水經(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為是高壓排污(blowdown)。這樣防止了蒸汽激發(fā)操作中將過量的不必要的熱水注入到儲油層中。使用蒸汽激發(fā)技術(shù)的流行重油回收實踐被稱之為循環(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)生器的操作是危險的。
目前，使用蒸汽注入法回收重油過程中遇到的另一個問題是由于生產(chǎn)儲油層的操作溫度從230°F升高到超過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。為了實現(xiàn)常壓油水分離，當(dāng)壓力降低時產(chǎn)生了大量的蒸汽。這些蒸汽通常通過外部裝置來冷凝，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，被浪費掉了。
直到出現(xiàn)本發(fā)明的高效回收廢熱能與無垢水蒸餾過程的結(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。
一般說來，對于蒸發(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問題，這些問題中，至少被蒸餾流體中的礦物質(zhì)或其它組分可能會設(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)垢對傳熱元件的能力有不利影響，使傳統(tǒng)蒸餾過程不能操作。
在現(xiàn)有技術(shù)中，在US 4,566,947(1986年1月28日公布)中Tsuruta提出了一種蒸餾方法，但是沒有認識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程中的生產(chǎn)水方面的可應(yīng)用性。在Tsuruta專利的最重要的第7欄，從第55行開始結(jié)合附圖進行了如下描述“當(dāng)由于揮發(fā)性組分的冷凝，進料流體會產(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壓縮機進行麻煩的維修和維護時，以這種方式使用了蒸汽壓縮機307的該方法是有利的。使用上述設(shè)置，只有來自蒸發(fā)器307的蒸汽，因此，防止這種麻煩的發(fā)生。通過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，前述方法是有利的，因為可以通過管道353補充不必回收的廉價的工藝水。當(dāng)在306的塔釜收集的水不含有堵塞壓縮機307內(nèi)的物質(zhì)時，可以通過管道353輸入以保持蒸發(fā)器的液位恒定。”(強調(diào)是后加的)Tsuruta專利的圖4復(fù)制在本說明書附圖的

圖18A中，相應(yīng)于Tsuruta專利的圖4修改后的圖4復(fù)制在本說明書附圖的圖18B中，引入了申請人的設(shè)備中以實施其方法。
當(dāng)申請人的設(shè)備覆蓋在Tsuruta的示意圖上時，從Tsuruta專利的圖4和可以明顯看出，如果強制循環(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)，可以在沒有堵塞或加熱表面不結(jié)垢的狀態(tài)下操作。
在Tsuruta專利的圖4中，管道340和353沒有相連。塔釜306與管道353之間沒有連接。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強調(diào)當(dāng)塔釜液體是水時，該方法是有利的。這些圖沒有建議或限定塔釜循環(huán)的狀態(tài)。
Tsuruta專利缺乏實用性的證據(jù)可從本專利的圖1中看出。
在該公開中，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。進一步說，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。充分閱讀公開文件后，似乎從未提到蒸汽或蒸汽液體比率。
Tsuruta專利清楚地表明，在上面提到和強調(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，而不必擔(dān)心堵塞或損害換熱器。事實上，正好與Tsuruta的教導(dǎo)相反。考慮到Tsuruta專利中圖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專利的第3欄第19行是這樣描述的“……塔l塔釜中的液體經(jīng)管道34輸送到再沸器8，在其中，由于接受來自壓縮機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。通過結(jié)合這些教導(dǎo)，Tsuruta專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)，它采用負載有污染物的含水進料物流，并將其輸送到設(shè)備中，絲毫不必擔(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濕表面上的重要性，這是可能的。眾所周知，對于一池常壓下的水，成核沸騰方式是相當(dāng)特定的區(qū)域，在該區(qū)域形成單個氣泡。這一理論建立在文獻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《傳熱原理》第498頁中，討論了穩(wěn)定膜和成核沸騰。在該頁中，圖10-2描述了成核沸騰。很明顯，在該圖所示的網(wǎng)(wire)上形成了單個氣泡。這一現(xiàn)象也描述在第二篇文獻《傳熱》第520頁的圖9-5中。在該文獻中，作者實際上在519頁承認在成核沸騰機理上存在相當(dāng)大的爭議?，F(xiàn)已認識到在這種情況下維持成核沸騰的重要性。對于保持換熱器表面的潤濕，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料物流與換熱表面接觸而不會有堵塞的任何危險的理由。當(dāng)蒸發(fā)量大于50％時，換熱器將會大量產(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料物流的方法。進料物流中的堵塞污染物可以與換熱器表面直接接觸，而不會發(fā)生堵塞。根據(jù)Tsuruta的認識，后一特征是不可能的。這一點已在上面講過了。這是對上面提到的原理的認識，該原理涉及使這一方法實現(xiàn)所希望的結(jié)果。簡單說來，Tsuruta適用于使用本發(fā)明。
水蒸餾方法中的另一常見問題是需要高的能量輸入。沒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)蒸餾方法中的問題，必須考慮幾個變量。以下的三個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(BTUhr-1)U＝總傳熱系數(shù)或系統(tǒng)傳遞熱量的能力(BTUhr-1ft-2F-1)A＝傳熱面積(ft2)LMTD＝對數(shù)平均溫差或系統(tǒng)的熱驅(qū)動力(F)m＝液體或蒸汽狀態(tài)的流體質(zhì)量流量(lbhr-1)Cp＝流體的比熱(BTUhrUF-1)T1，T2＝進入或流出系統(tǒng)的流體的溫度(F)L＝蒸發(fā)或冷凝的潛熱(BTUlb-1)為了有一個有效的蒸餾系統(tǒng)，用上述方程式表達的、交換和回收的熱量Q必須最大，同時，服從維持變量的實際極限并防止結(jié)垢和堵塞。對于給定的流體和流體動力學(xué)，在給定的換熱設(shè)備內(nèi)，相對而言，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)的問題，必須仔細考慮變量A、Q/A、LMTD、m以及T1和T2。
為了完全解決與來自重油熱回收設(shè)備的污染水蒸餾有關(guān)的問題，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；·相對于蒸汽流的飽和溫度，濃縮物的最終沸點；·濃縮物的過飽和程度和沉淀量；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，并使水蒸餾過程中傳遞和回收的熱量最多，而沒有堵塞和結(jié)垢的傾向，在很長的時間內(nèi)尚沒有實現(xiàn)。
現(xiàn)已開發(fā)了一種方法，不僅是能量有效的，而且消除了過去在污染水蒸餾中遇到的結(jié)垢問題，水是被有機物、無機物、金屬等污染的。
本發(fā)明進一步發(fā)展了在原有應(yīng)用中建立起來的概念。先前的概念與兩個不同概念有關(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。通過進一步結(jié)合來自重油熱回收單元中低級熱能源的回收，以及唯一構(gòu)造的強制對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，同時維持了所需的強制對流回路，對于結(jié)垢換熱器來說是不能傳導(dǎo)的，這在實施標(biāo)準蒸餾方法時通常會碰到。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，可以再傳熱回路中回收來自重油回收單元的廢蒸汽能，這些低級能源可以用于減少或消除為處理廢水所必須的壓縮量，過去這些低級能源通常被作為過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)價值。
基于這一方法，在來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，本身進一步冷凝成高質(zhì)量的鍋爐進料水。濃縮的熱排放物用于在進入加熱分離器之前預(yù)熱進入的生產(chǎn)水進料物流。
進一步說，從重油儲油層返回的生產(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)備對本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的。廢能可以兩種方法提取。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。在這一實例中，冷卻的生產(chǎn)流體在脫氣缸中脫氣，而沒有可觀的蒸汽損失。熱激發(fā)現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)是猛烈驅(qū)動儲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。這一溫度超過了通常的230°F到400°F，甚至達到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)明的一個目的是提供一種改進的高效生產(chǎn)水回收方法，用于蒸餾含有有機、無機、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油層中回收重油的水，該方法包括以下步驟a)提供水進料物流；b)處理水進料物流以產(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)將蒸汽餾分注入儲油層；g)在油水分離器中收集來自儲油層的重油和生產(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油層中回收重油的水，該方法包括以下步驟a)提供水進料物流；b)處理水進料物流以產(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)將蒸汽餾分注入儲油層；g)使重油、生產(chǎn)水減壓，形成從儲油層排出的蒸汽；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油層中回收重油的水，該方法包括以下步驟
a)提供水進料物流；b)處理水進料物流以產(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)將蒸汽餾分注入儲油層；g)用換熱器從排出儲油層的重油和生產(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自儲油層的重油和水；e)分離來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)明中一個方案的另一方面，提供了一種從重油處理過程回收能量的方法，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)水進料物流進入加熱分離器；g)使廢能進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污染的廢能物流。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，通過精確控制循環(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)，可以實現(xiàn)如下所希望的優(yōu)點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，降低了這些表面堵塞的危險；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，從而促進了良好的混合，降低了堵塞的危險；5.通過控制蒸發(fā)流體中的蒸汽餾分，通過潛熱手段實現(xiàn)了大量的傳熱，不會結(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.通過調(diào)節(jié)熱通量，冷凝和蒸發(fā)的潤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。這種類型的沸騰處于從主要為強制對流到潤濕表面穩(wěn)定成核沸騰之間；和8.通過提供再沸裝置以從重油回收設(shè)備吸收低級廢熱能，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)明一個方案的進一步的方面是提供一種從重油處理過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、壓縮機和再沸換熱器的蒸汽回路；g)使預(yù)熱的生產(chǎn)水進入加熱分離器；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低壓廢能處理所形成的蒸汽餾分；j)利用壓縮機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污染物的廢能物流。
本發(fā)明一個方案的另一方面是提供一種從重油處理過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)水進料物流通過加熱分離器；g)使低壓物流廢能進入再沸器；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)使蒸汽餾分進入再沸器，為從來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。
作為本方法的進一步的優(yōu)點，其輸入成本為零。這是由于如果可以利用足夠的低級廢能，就不需壓縮機來處理生產(chǎn)水。進一步說，這一方法實現(xiàn)了100％的水回收，廢水排放為零，因為污染物被轉(zhuǎn)化成了固體。
泛泛地講，在可能的方案中，蒸餾水被蒸發(fā)，并并過網(wǎng)除去任何夾帶的液滴，在那里被外部冷凝。廢能物流進入再沸器，在那里被冷凝成蒸餾水。通過控制循環(huán)濃縮物對蒸汽流的量在低于300至約2的范圍內(nèi)，在循環(huán)濃縮物流中產(chǎn)生小于50％，更精確地說于小于約10％的蒸汽，熱能被傳遞給來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蒸發(fā)的潛熱吸收傳遞過來的熱量，同時使循環(huán)濃縮物的溫度上升不超過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)生器進料水被返回。與此同時，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預(yù)熱器，將剩余的顯熱能傳遞給生產(chǎn)水進料物流。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一步改進所述蒸餾方法?？梢曰厥沾罅空麴s水，通常超過進料水物流的90％。當(dāng)進一步使用結(jié)晶設(shè)備時，可以實現(xiàn)水的100％回收。
從該方法的廣度上來看，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)和蒸汽和氣體推進法(SAGP)。這里所列出的并不是窮盡的，僅作為例子。
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油層中回收重油的水，該方法包括以下步驟a)提供水進料物流；b)處理所述水進料物流以產(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)提供脫氣分離器；f)提供油-水分離器；g)將所述蒸汽餾分注入所述儲油層；h)產(chǎn)生重油、生產(chǎn)水和廢料蒸汽；i)在所述的脫氣分離器中閃蒸將所述的廢料蒸汽；j)在所述油水分離器中收集所述重油和生產(chǎn)水；k)從所述油水分離器中分離所述重油和生產(chǎn)水；l)將至少下述之一所含的熱能提供給蒸餾設(shè)備步驟h)所述的生產(chǎn)水和廢料蒸汽、步驟b)所述的液體餾分或步驟i)所述的廢料蒸汽；m)調(diào)節(jié)步驟h)的生產(chǎn)水；以及n)儲存已調(diào)節(jié)和蒸餾的水。
在本發(fā)明一種方案的另一方面，提供一種回收能量的方法，以處理用于從含有重油和水的儲油層中回收重油的水，該方法包括以下步驟a)提供水進料物流；b)處理所述水進料物流以產(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油層；g)在油水分離器中收集來自儲油層的重油和生產(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；j)循環(huán)步驟i)中多余的熱能，注入到所述儲油層；和
k)用所述水蒸餾設(shè)備處理生產(chǎn)水。
在本發(fā)明一種方案的另一方面，提供一種從含有污染物的進料物流中脫除污染物的方法，所述進料物流用于從含重油的儲油層中回收重油，該方法包括以下步驟a)提供水進料物流；b)預(yù)加熱在第一步中的水進料物流直至至少部分從水蒸汽中除去一些污染物，并從濃縮物和蒸餾物中回收能量；c)于已加熱的分離器中加熱已在第二加熱步驟中被預(yù)加熱的水進料物流，生成蒸汽餾分和濃縮的含污染物的液體餾分；d)在壓縮機中壓縮所述蒸汽餾分，于再沸換熱器中產(chǎn)生溫差；e)控制所述再沸換熱器中的溫差以及濃縮物的溫度，以保持泡核沸騰，其中在所述再沸換熱器內(nèi)保持濕表面；f)將所述濃縮物的至少一部分通過所述再沸換熱器和所述已加熱的分離器進行循環(huán)，保持濃縮物與蒸汽餾分的質(zhì)量比在300-2之間，所得到的離開再沸換熱器的蒸汽餾分小于1質(zhì)量％至小于50質(zhì)量％；g)冷凝所述蒸汽餾分，收集餾出液；h)提供蒸汽發(fā)生器；i)用所述餾出液在所述蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生高壓蒸汽；j)提供蒸汽渦輪，并與所述的壓縮機連接，以驅(qū)動所述的壓縮機；k)將所述蒸汽渦輪的廢蒸汽注入到所述儲油層；l)從所述儲油層收集重油和生產(chǎn)水；以及m)分離重油和生產(chǎn)水。
發(fā)現(xiàn)防結(jié)垢回路可直接連接，以利用蒸汽驅(qū)動的渦輪由高壓蒸汽驅(qū)動，而所述蒸汽又驅(qū)動防結(jié)垢回路的壓縮機。如上所述，高壓蒸汽可源自于以前所述的SAGD操作。
通過提供具有渦輪和結(jié)晶器的回路，并利用防結(jié)垢回路，有利的結(jié)果是回路能夠產(chǎn)生基本上100％的水回收、自身污染、以及顯著減少在該系列單元操作中固有的不溶性化合物直至固體的回路。另一個主要的優(yōu)點是，此等回路或者回路的組合可與重油回收操作合并，形成更強的重油回收，并降低能量需要、防結(jié)垢以及顯著提高經(jīng)濟性。
已有了上述描述，現(xiàn)參照附圖所示的優(yōu)選方案進行說明。
附圖的簡要說明如下圖1是本發(fā)明一個方案的總體示意圖；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)部件周圍的常用溫度和壓力條件；圖7是系統(tǒng)再沸換熱器的過程冷凝/蒸發(fā)曲線；圖8示意地描述了再沸器板/板換熱器的流動樣式；圖9是說明存在于循環(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是說明從中試蒸餾單元獲得的試驗數(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；圖14是圖1和2中所示方法的另一變化方案；圖15是圖14的另一變化方案的示意圖；圖16是根據(jù)另一個實施方案的方法的變化方案；圖17是根據(jù)再一個實施方案的本發(fā)明的又一個實施方案；和圖18A為Tsuruta專利的圖4；圖18B為修改后的Tsuruta專利的圖4。
在說明書中，類似的數(shù)碼用于表示類似的元件。
參看圖1，示出了本發(fā)明一個方案的一個實施例。蒸汽發(fā)生器125的進料水被收集在進料水儲罐110中。水可以是來自合適的地下水源105，或由常規(guī)水處理方法在100循環(huán)或補充而來，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。總的溶解固體(total dissolved solids，TDS)主要由氯化鈉組成。對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)，對于工業(yè)重油熱處理設(shè)備可以超過100,000BPD。
來自110的調(diào)整過的水通過一系列進料泵115泵送到高壓蒸汽發(fā)生器125。一般來說，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，這取決于儲油層的狀況。這種油田蒸汽發(fā)生器對本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員是熟知的，由于其固有的設(shè)計和管結(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，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)的蒸汽或過熱蒸汽。
某些重油儲油層，例如使用SAGD技術(shù)的重油儲油層，在不影響油回收性能的情況下，不能向儲油層傳遞蒸汽參數(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，高壓液相也稱過熱鹽水。一些設(shè)備通過在120處與蒸汽發(fā)生器進料水115換熱，在泄壓之前利用一部可以從140中獲得的能量。回收的熱量隨135處的壓力而變化，但通常限于一小部分。因此，對于大多數(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，對降低水處理的工業(yè)成本和改進重油的生產(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，從而降低了燃氣的消耗和向空氣中總排放。
高壓蒸汽135通過井的鉆孔150被注入儲油層145。根據(jù)所使用的重油回收技術(shù)的種類，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、溶解的有機烴、鈣和鎂，它們主要來自于儲油層和原始補充水源。
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。這一物流通常不具工業(yè)價值，需要定點或在廠外處理，這取決于重油設(shè)備的位置。
一般來說，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)明另一方案的實施例。在該實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)流體將傳遞通過任何合適的換熱裝置至再進入脫氣分離器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或結(jié)合使用，這取決于重油儲油層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實施例。
生產(chǎn)水進料物流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)整步驟以準備進料物流175。揮發(fā)組分以物流14從進料物流中排放，同時不易揮發(fā)的組分以物流16從進料物流中排出。然后，從12排出的預(yù)處理的進料物流進入預(yù)加熱器18以提高進料物流的溫度，在引入到加熱分離器20之前增加顯熱的回收。進料物流可以分為多股物流，以通過第二顯熱回收預(yù)熱器，從而最大限度地利用該單元的回收潛力。這種設(shè)置對本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是可以理解的。多個預(yù)熱器可以構(gòu)造為單個多伺(single multi-service)預(yù)熱器，或者是如18和26所示的獨立單元。分開的進料物流再合并，在進入加熱分離器20之前，被加熱到接近加熱分離器的條件。如果必要的話，進料物流也可以引入強制循環(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，這些物質(zhì)稱之為“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-以分離器20中的溫度和濃度—經(jīng)管道28進入第二預(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)至接近來自12的進料物流的溫度，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的組分，則蒸汽可以變?yōu)檫^飽和。這一概念作為沸點升高或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。
壓縮機或鼓風(fēng)機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。來自壓縮機32的實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。離開壓縮機32的蒸汽主要是過熱蒸汽。過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輸入的過熱度。
再沸換熱器34用于冷凝來自壓縮機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熱和潛熱，并通過熱驅(qū)動將其傳遞給了循環(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。通過使熱的蒸餾水流經(jīng)泵40返回通過預(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，接近進料物流12的溫度。在進入預(yù)熱器18之前，來自接受器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)通過再沸換熱器34，能得到有意義的結(jié)果，不會使?jié)饪s物過度濃縮，不會發(fā)生換熱器表面被堵塞或結(jié)垢的危險。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，考慮到大多數(shù)污染的進料物流，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)流量的選擇對降低堵塞和結(jié)垢、防止流體在換熱器中的過度濃縮是一個重要的因素。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—包括靜和磨擦壓頭損失，被設(shè)計得最小。事實上，當(dāng)換熱器的動壓降最小時，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)計值。
圖3圖示了一實施例，其中飽和廢蒸汽與壓縮蒸汽合并，以在單個再沸器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)計的單獨的濃縮物循環(huán)回路和再沸換熱器以適應(yīng)于每一熱源。進一步說，如果廢熱只能通過非冷凝傳熱流體獲得，則設(shè)計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)相對于任何一種或多種引起沉淀的組分產(chǎn)生過飽和濃縮物。當(dāng)形成固體或固體在加熱分離器20中積累時，使排出物24通過固/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進一步循環(huán)到加熱分離器20，一部分作為排出物進一步通過預(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)域中已知的過濾器、旋液分離器、離心沉降分離器、重力沉降分離器、離心機、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)價值時，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自進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)進料物流含有如烴、乙二醇、氨、胺等的揮發(fā)性物質(zhì)時，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。在討論時參考數(shù)字來自于圖2到圖4。盡管具體工藝參數(shù)作為實例示出，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不會上升為基礎(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周圍的條件由圖7所示的蒸發(fā)/冷凝曲線表示。在換熱器的冷凝側(cè)，來自壓縮機的約289°F和21.0psia(C1點)的過熱物流與飽和廢熱物流源(C2點)合并，在C′點處在蒸汽飽和壓力下—約232°F和21.0psia冷凝。這一區(qū)域通常稱之為去過熱區(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，所需要的去過熱面積下降。由于換熱器固有的壓力降，通過換熱器34會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)，保持再沸器中沒有液體，并將所有換熱表面暴露于冷凝過程。
在蒸發(fā)側(cè)，在通過循環(huán)泵42之后，濃縮物從底部逆流進入換熱器(A點)—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，然后再到達B點時穩(wěn)定在約213.2°F，其中克服靜壓頭，壓力降低到15.5psia。同時濃縮物在換熱器34中上升，由于強制對流形成蒸汽，吸收傳遞過來的潛熱。通過提高蒸發(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制對流和穩(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濕。通過進一步保證換熱器的通量(QA-1)小于6000 BTU 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。如果通量太高，即時蒸汽加速壓降暫時超過可能獲得的靜壓頭，會導(dǎo)致不穩(wěn)定的暫時反流，并可能打破潤濕的換熱表面。這樣可能會導(dǎo)致傳熱表面的結(jié)垢。熱通量低于6000 BTU 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)保持完全潤濕的傳熱表面，不存在堵塞或結(jié)垢的危險。
參看圖8中的A點至D點。
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位于兩個堅固的框架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，同時提供了相對高的傳熱系數(shù)；2.通過向給定的框架內(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，維持了相對高的傳熱系數(shù)；4.相對高的傳熱系數(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；5.高度擾動和相當(dāng)?shù)母吡黧w速度導(dǎo)致了低的結(jié)垢，使固體在通過換熱器時保持均勻的懸??；6.對于板框結(jié)構(gòu)沒有熱點或冷點，沒有死角，降低了堵塞或結(jié)垢的危險；7.板是平的，并被拋光，降低了堵塞的危險；并且8.流體的停留時間短，降低了沉淀的危險，因為它們沒有足夠的時間達到平衡并產(chǎn)生結(jié)垢污染物。
更一般地說，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)用其它類型的換熱器，如殼管型、雙管型、翅管型、盤管型(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)計范圍。這一所需范圍為約10至100，使得蒸汽分數(shù)小于10％至約1％。
圖10示出了換熱器內(nèi)對與過飽和以及沉淀危險有關(guān)的局部濃度因子CF換熱器的影響。一般說來，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)排出物達到平衡。CF總的值通常在小于5至約20倍的數(shù)量級，取決于進料物流中的污染物的量和種類。根據(jù)離開再沸器的蒸汽的量，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高。典型的例子如下·進料物流含有20,000TDS，要求濃縮物中不超過100,000TDS。
·確定最有效的質(zhì)量比率為20，由圖7，導(dǎo)致蒸汽分數(shù)為5％。
·在圖8中找到CF換熱器，為約1.07。計算CF總為(100,000/20,000)＝5。
·計算CF排出物為(5/1.07)＝4.7。
·因此，修正排出流量為進料物流的(1/4.7)＝21％。
因此，通過使用蒸汽再壓縮和廢熱回收方法與強制對流傳熱系統(tǒng)相結(jié)合，以及接下來仔細選擇循環(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6000 BTU 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，在長期操作下不易發(fā)生堵塞和結(jié)垢。通過結(jié)合兩種已知的工藝方案，并引入帶有獨特換熱結(jié)構(gòu)的廢熱回收方案，更具體地說，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，沒有堵塞和結(jié)垢的危險。
以下實施例用于解釋本發(fā)明。
實施例1這一實施例的計算是證明在再沸換熱器周圍熱量平衡的一種手段。這一實施例代表設(shè)計用來從污染物水源回收53,000USGPD清潔蒸餾水的蒸餾單元的設(shè)計基礎(chǔ)。
換熱器信息表面積 3,200ft2類型 密封(gasketed)板框式U542 BTU hr-1ft-2F-1校正LMTD 10.40F計算負荷 (3,200)*(542)*(10.40)18,041,224 BTU hr-1計算熱通量 (18,041,224)/(3200)5638 BTU hr-1ft-2
冷凝側(cè)入口條件 289°F@21.0psia(過熱)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 BTU lb-1@21.0psia蒸汽流量 36.7 USgpm＝18,352 lbhr-1Q去過熱(18,352)*(0.45)*(289-232)471,131 BTU hr-1Q冷凝(18,041,224-471,131)17,570,093 BTU hr-1計算流量 (17,570,093)/(957.4)18,352 lbhr-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 968.9 BTU 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 370USgpm184,926 lbhr-1蒸汽流量 18,352 lbhr-1蒸汽百分比 (18,352/184,926)＝10％Q蒸發(fā)(18,352)*(968.9)17,782,328 BTU hr-1Q顯熱(184,926)*(1.0)*(213.6-212.2)258,896 BTU hr-1Q總(17,782,328)+(258,896)18,041,224 BTU hr-1
這一實施例說明在循環(huán)流體中產(chǎn)生10％的蒸汽餾份能捕集從冷凝側(cè)傳遞過來的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。
實施例2設(shè)計并制造一種樣機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)備在長時間內(nèi)測試，在這期間收集詳細的性能測試數(shù)據(jù)。中試操作成功地進行了四個月，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，其壓差為3.0psia。在測試期間還使用了單程板框式換熱器。
瀝出液進料、濃縮排出物和處理過的流出物的特征如下
參數(shù) 單位 瀝出液 排出物 處理的進料(2)約10％(2)流出物(2)BOD mg l-126 88 ＜10COD mg l-1277 1,207 11TOC mg l-159 549 6TSS mg l-133 145 ＜2VSS mg l-115 29 ＜2TDS mg l-15,473 53,000 ＜50鈣mg l-196 435 ＜0.05鎂mg l-1228 1,990 ＜0.05鈉mg l-1550 4,650 ＜2鐵mg l-15 469 .6總p mg l-11.5 1.5 ＜0.01以N表示的 mg l-153 124 0.38(1)氨以CaCO3表mg l-12,353 2,930 1示的堿度氯mg l-1217 784 0.2硫酸根mg l-1350 20,000 ＜2總酚 mg l-10.080.45 .017總大腸菌 個/100cc 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際上超過所有法規(guī)的要求。在各種性能點，包括停止和循環(huán)條件下，測量壓縮機所消耗的功率并記錄下來。測量的功率消耗畫在圖10中，作為每1,000 USgal的各種蒸餾水的功率消耗。針對壓縮機在流動范圍內(nèi)的無效功校正測試數(shù)據(jù)曲線，導(dǎo)出均勻的功率消耗為50 KW-hr/1,000USgal。如果標(biāo)準壓縮機的效率為約77％，高效蒸餾單元所需的功率消耗為約65 KW-hr/1,000 USgal。在整個測試期間，排出物流平均占進料物流的約10％，平均濃度因子(CF)為約10。在測試后，肉眼檢測，在加熱分離器和再沸器設(shè)備內(nèi)沒有結(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，來自圖1所示高壓蒸汽分離器130的過熱鹽水排出物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通過再沸換熱器205，被冷凝成蒸餾水，并收集在儲缸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。來自物流203的廢能被傳遞到來自加熱分離器的循環(huán)濃縮物中，通過將循環(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％，更準確地說小于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，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約1°F，維持沒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。
如果對于特定重油點，廢能203的量小于蒸餾所需生產(chǎn)水245所要求的能量，則提供單獨的壓縮機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％，更準確地說小于10％的蒸汽。
在加熱分離器250中產(chǎn)生的過量的蒸汽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程加熱。冷凝水流物流320和360收集在冷凝水儲缸325和365中，使用泵220、330、和375進一步合并以形成蒸汽發(fā)生器125的蒸餾水循環(huán)進料水。通過使用上述方法，可以實現(xiàn)大于85％的水回收率。
如果在冷凝過程中在物流210、320和360中形成不能冷凝的揮發(fā)物，則可以分別通過217、335和370自動排放蒸汽。
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。在這個方案中，通過使用換熱器400以及泵回路415和420，一部分來自200的廢熱能202和/或過量蒸汽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/或過量蒸汽255中的能量超過結(jié)晶器操作所需的能量時，則可以使用外部冷凝器以進行冷凝。
濃縮物排出物流275和加熱的分離濃縮物流265被輸入結(jié)晶進料缸280。接近飽和鹽水由進料泵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)晶器進料儲缸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Υ嬖O(shè)備中，并送去處理。收集在儲存區(qū)域455或蒸發(fā)池的任何污染水可以通過泵460循環(huán)回結(jié)晶器進料儲缸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)進料水。通過使用上述方法，可以使回收率達到100％，實現(xiàn)零排放。
現(xiàn)在針對圖14，所示的是本發(fā)明的另一個實施方案，其中由參考號180表示的高效率水蒸餾裝置是插入至回路中，且特別定位以用于處理任何來源的水，例如地層水，生產(chǎn)水或地下水。這個變化可使用來自SAGD回路的所有廢水源以匹配在100處所要求的補償蒸餾水量。另外，這個回路可包括一個由參考號190表示的常規(guī)的水軟化裝置，其用于軟化從油/水分離器165得到的生產(chǎn)水175。由參考號192表示的生產(chǎn)水(其已由裝置190軟化且因此基本上沒有硬性化合物)含有平衡量的TDS或氯化鈉且是與由參考號100表示的蒸餾水結(jié)合，從蒸餾裝置中180排出以產(chǎn)生鍋爐進料水。蒸餾水100是基本上等于以由參考號195表示的淤渣從水軟化裝置190離開軟化器的水損失和在185處從蒸餾裝置180的任何排出物。
作為這個回路的一個優(yōu)點，廢熱能可由高壓蒸汽分離器130在140處的過熱鹵水，閃蒸廢流163，脫氣分離器161或還由從上述的儲存器排出的熱生產(chǎn)流160而實現(xiàn)。廢能可通過使用合適熱介質(zhì)166和合適的熱交換裝置164而提供。將意識到，來自鹵水的熱能的量可通過綜合一些或所有來自交換器120出的鍋爐進料水的熱量調(diào)整或?qū)⑺械臒崃克椭琳麴s裝置180。蒸汽產(chǎn)生器125(其可以是幾個，但在圖中只示出一個)可以是本領(lǐng)域熟練人員公知的任何合適的鍋爐，其實例是蒸汽鼓鍋爐，直流式鍋爐，尤其是流化鍋爐。
參照圖15，所示的是在圖14中所示的方法的另一個實施方案。圖15應(yīng)參考圖16，其中兩種方法均相關(guān)于高壓蒸汽135。
參照圖15。由參考號150表示的一部分高壓蒸汽是引入至高效率蒸餾裝置180中以驅(qū)動蒸餾裝置180。由參考號510廢物流(當(dāng)然是處于相對于高壓蒸汽500的降低壓力下)可再循環(huán)至物流505中以從儲存器145中排出油和水。
參照圖16，前面已描述的蒸汽再壓縮裝置可由SAGD方法增加。這是通過利用在圖15中引用的高壓蒸汽500以由參考號525表示的驅(qū)動渦輪。反過來，渦輪525是特別適用于驅(qū)動305，其針對用于防止結(jié)垢的回路已在前面描述。
在圖16中所示的回路的特別合適的優(yōu)點之一是如下事實一部分高壓蒸汽135(在圖15中又被示為參考號500)是處于這樣一個壓力，超過了油田注入條件通常所需的值(在1900和2400psig之間)。這個壓力富余量是特別適用于供應(yīng)驅(qū)動能量至單級渦輪機525。應(yīng)理解的是，渦輪機525在圖16中的表示僅僅是單個渦輪機的示意。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解根據(jù)高壓蒸汽500的性質(zhì)，可采用任何數(shù)目和類型的渦輪機來實現(xiàn)這一目的。由蒸汽渦輪機525排出的廢物流530的壓力適用于油田注入壓力，典型地在可接受的1200-1700psig壓力。降低壓力的物流由數(shù)字510指示。圖16中的所有組分在本文以前部分均有描述，圖16意在描述高壓蒸汽用于驅(qū)動渦輪機的可適性，其具有降低高壓蒸汽的額外優(yōu)點，從而可用于增加不僅在圖15而且在本文前述其它附圖中所示的SAGD運行裝置。因此這具有降低整個運行成本及增進效率的優(yōu)點。
參照圖17，此圖示出本文上述防結(jié)垢回路與壓縮和渦輪裝置的聯(lián)合并進一步包括一結(jié)晶回路。
如上所述由數(shù)字500代表的高壓蒸汽135的一部分的現(xiàn)場注入壓力在1200psig-1700psig之間，將其壓力降低并用于帶動渦輪機525，該渦輪機隨即驅(qū)動壓縮機305。控制廢物流530處于低壓(約50psig)以提供結(jié)晶再沸器400的熱源。典型地壓力約為300-800psig的降低壓力的汽流500被冷凝成鍋爐供應(yīng)水560并由泵570返回蒸餾水循環(huán)。從250蒸發(fā)的蒸餾水的質(zhì)量構(gòu)成了壓縮機305的載荷及隨后的渦輪功率要求和蒸汽載荷500。這導(dǎo)致濃縮流265的質(zhì)量被匹配以適合在470的結(jié)晶器405的其余水蒸發(fā)載荷。結(jié)晶器405特別用于降低污染或溶解生產(chǎn)水175中的固體成為流445的固體，其被分離器440分離。
再沸器400負責(zé)蒸汽渦輪機廢氣545的冷凝，其結(jié)果是一質(zhì)量和能量平衡系統(tǒng)，從而將幾乎所有生產(chǎn)水175作為蒸餾水100回收。一個特別的優(yōu)點是，本發(fā)明的方法消耗常規(guī)蒸餾單元在使用單段蒸汽渦輪時的正常蒸汽需求量的20-30％，而如果使用高效多段蒸汽渦輪時在為其需求量的10-20％。
圖17整合了在此所述的防結(jié)垢蒸發(fā)回路的能量平衡優(yōu)點以及渦輪/結(jié)晶器回路的多重優(yōu)點，實現(xiàn)了極其有效的不結(jié)垢蒸餾單元，該單元是自含式的，而且達到幾乎100％的水回收，并減少了不溶性化合物直至固體。
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/鼓風(fēng)機、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也是容易理解的。
盡管在前面對本發(fā)明進行了描述，但本發(fā)明不限于此，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，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油層中回收重油的水，該方法包括以下步驟a)提供水進料物流；b)處理所述水進料物流以產(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油層；g)將來自所述儲油層的重油、生產(chǎn)水和蒸汽減壓；h)通過閃蒸將所述蒸汽中所含的能量轉(zhuǎn)移到所述水蒸餾設(shè)備；以及i)分離所述的重油和生產(chǎn)水。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，所述水進料物流包括地下水、地層水和生產(chǎn)水。
3.權(quán)利要求1的方法，其中，所述重油具有7°至20°的API值。
4.權(quán)利要求1的方法，其中，還包括將所述液體餾分中所含熱能提供給所述水蒸餾設(shè)備的步驟。
5.權(quán)利要求4的方法，其中，還包括用所述水蒸餾設(shè)備處理所述生產(chǎn)水的步驟。
6.一種回收能量的方法，以處理用于從含有重油和水的儲油層中回收重油的水，該方法包括以下步驟a)提供水進料物流；b)處理所述水進料物流以產(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)提供脫氣分離器；f)提供油-水分離器；g)將所述蒸汽餾分注入所述儲油層；h)產(chǎn)生重油、生產(chǎn)水和廢料蒸汽；i)在所述的脫氣分離器中閃蒸將所述的廢料蒸汽；j)在所述油水分離器中收集所述重油和生產(chǎn)水；k)從所述油水分離器中分離所述重油和生產(chǎn)水；l)將至少下述之一所含的熱能提供給蒸餾設(shè)備步驟h)所述的生產(chǎn)水和廢料蒸汽、步驟b)所述的液體餾分或步驟i)所述的廢料蒸汽；m)調(diào)節(jié)步驟h)的生產(chǎn)水；以及n)儲存已調(diào)節(jié)和蒸餾的水。
7.權(quán)利要求6的方法，其中，所述水進料物流包括地下水、地層水和生產(chǎn)水。
8.權(quán)利要求6的方法，其中，還包括提供換熱器和傳熱介質(zhì)的步驟，以使步驟i)所得的熱量傳遞到所述蒸餾設(shè)備。
9.權(quán)利要求6的方法，其中，來自步驟h)的所述重油具有7°至20°的API值。
10.權(quán)利要求6的方法，其中，所述重油回收包括蒸汽輔助重力排油(SAGD)回收。
11.權(quán)利要求6的方法，其中，所述重油回收包括循環(huán)蒸汽激發(fā)(CSS)回收。
12.權(quán)利要求6的方法，其中，所述重油回收包括蒸汽和氣體推進法(SAGP)回收。
13.一種回收能量的方法，以處理用于從含有重油和水的儲油層中回收重油的水，該方法包括以下步驟a)提供水進料物流；b)處理所述水進料物流以產(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油層；g)在油水分離器中收集來自儲油層的重油和生產(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；j)循環(huán)步驟i)中多余的熱能，注入到所述儲油層；和k)用所述水蒸餾設(shè)備處理生產(chǎn)水。
14.權(quán)利要求13的方法，其中，步驟i)中所述蒸汽餾分具有的壓力高于注入到所述儲油層所需的壓力。
15.權(quán)利要求14的方法，其中，步驟j)中所述蒸汽餾分具有的壓力適于注入到所述儲油層。
16.權(quán)利要求14的方法，其中，所述的壓力在1900-2400psig之間。
17.權(quán)利要求15的方法，其中，所述的壓力在1200-1700psig之間。
18.權(quán)利要求13的方法，其中，用所述液體餾分的熱能經(jīng)換熱器加熱所述水進料物流。
19.權(quán)利要求13的方法，其中，來自步驟h)的所述重油具有7°至20°的API值。
20.權(quán)利要求13的方法，其中，所述重油回收包括蒸汽輔助重力排油(SAGD)回收。
21.權(quán)利要求13的方法，其中，所述重油回收包括循環(huán)蒸汽激發(fā)(CSS)回收。
22.權(quán)利要求13的方法，其中，所述重油回收包括蒸汽和氣體推進法(SAGP)回收。
23.一種從含有污染物的進料物流中脫除污染物的方法，所述進料物流用于從含重油的儲油層中回收重油，該方法包括以下步驟a)提供水進料物流；b)在加熱步驟中于已加熱的分離器中加熱所述水進料物流，生成基汽餾分和濃縮的含污染物的液體餾分；c)在壓縮機中壓縮所述蒸汽餾分，于再沸換熱器中產(chǎn)生溫差；d)控制所述再沸換熱器中的溫差以及濃縮物的溫度，以保持泡核沸騰，其中在所述再沸換熱器內(nèi)保持濕表面；e)將所述濃縮物的至少一部分通過所述再沸換熱器和所述已加熱的分離器進行循環(huán)，保持濃縮物與蒸汽餾分的質(zhì)量比在300-2之間，所得到的離開再沸換熱器的蒸汽餾分小于1質(zhì)量％至小于50質(zhì)量％；f)冷凝所述蒸汽餾分，收集餾出液；g)提供蒸汽發(fā)生器；h)用所述餾出液在所述蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生高壓蒸汽；i)提供蒸汽渦輪，并與所述的壓縮機連接，以驅(qū)動所述的壓縮機；j)將所述蒸汽渦輪的廢蒸汽注入到所述儲油層；k)從所述儲油層收集重油和生產(chǎn)水；以及l(fā))分離重油和生產(chǎn)水。
24.權(quán)利要求23的方法，其中，還包括與步驟a)至f)相應(yīng)的、處理所述生產(chǎn)水的步驟。
25.權(quán)利要求23的方法，其中，步驟i)中所述蒸汽餾分具有的壓力高于注入到所述儲油層所需的壓力。
26.權(quán)利要求25的方法，其中，所述廢物流的壓力在1200-1700psig之間。
27.權(quán)利要求24的方法，其中，還包括將所述廢物流通過一固體結(jié)晶器，以提取所述廢物流中所含的能量，在所述結(jié)晶器中從存在于所述濃縮的含污染物的液體餾分中和所述的蒸汽餾分中、不揮發(fā)的化合物中生成固體污染物。
28.權(quán)利要求27的方法，其中，還包括從所述蒸汽餾分中將揮發(fā)性的組分冷凝到冷凝器中的步驟。
29.權(quán)利要求27的方法，其中，來自步驟k)的所述重油具有7°至20°的API值。
30.權(quán)利要求23的方法，其中，還包括在與所述結(jié)晶器接觸前，將所述高壓蒸汽的壓力降低的步驟。
全文摘要
處理來自重油熱回收單元的生產(chǎn)水的方法和設(shè)備以實現(xiàn)水循環(huán)量80%～100%,達到零排放。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。另一實施方案將防結(jié)垢方法學(xué)與SAGD型重油回收結(jié)合為一體。在另一個實施方案中,回路中增加了結(jié)晶器從而具備進一步的優(yōu)點。
文檔編號E21B43/34GK1358671SQ0111793
公開日2002年7月17日 申請日期2001年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月3日
發(fā)明者史蒂夫·克雷森亞克, 亞力克斯·布朗 申請人:阿卡純風(fēng)險投資公司, 艾伯塔能量公司