專利名稱：從海水中除去氧的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降低海水中溶解氧含量的裝置和方法，例如將供入海水中的約Sppm降低為排出海水中的約IOppb或更少。特別地，該方法滿足了高壓注射到儲(chǔ)油層(oilreservoir)中以從那些儲(chǔ)油層中回收油的海水中的溶解氧含量降低的需求。
背景技術(shù)：
儲(chǔ)油層在海底被發(fā)現(xiàn)。在一些情況下，這些油層位于相當(dāng)深的地方，或者低于深層水或者深深地低于海底或者兩者。因此，到達(dá)這些油層，以回收油，需要使用復(fù)雜的且昂貴的上層海油平臺(tái)，來(lái)定位油層并從其中提取油。使用油層天然存在的壓力能夠從海底油層下回收油。通過(guò)將海水高壓注射到油層中，從而壓出額外的油可回收額外的油。然而，海水中溶解的氧，其數(shù)量依賴于溫度，會(huì)引起裝置例如注水管線的腐蝕。而且，高濃度的氧降低了油層中油的質(zhì)量。因此，不期望在注射到油層的海水中，存在天然數(shù)量的溶解氧。已經(jīng)采取了一些方法來(lái)降低海水中溶解氧的數(shù)量，特別是考慮將去氧的海水注射到海底的油層中。使用常規(guī)的逆流氣液接觸器的燃料氣體汽提是降低海水中溶解氧的便利方法。然而，該方法需要很大的塔，且該設(shè)備占地面積很大。因此該方法對(duì)于非常需要空間的海上(off-shore)平臺(tái)是低效的。減壓塔用來(lái)從液體中分離溶解的氣體。另外，該方法需要使用至少一個(gè)較大的塔。此外，該方法運(yùn)行成本很高。

注射到海水中的脫氧劑與溶解氧發(fā)生反應(yīng)，從而降低了氧含量。然而，用作脫氧劑的化學(xué)制品很昂貴，顯著影響著運(yùn)行海水注射系統(tǒng)的成本。用于從海水中再生性的氮?dú)馄嵫醯难b置的一些商用設(shè)計(jì)，例如下文所述的來(lái)自Minox的那些，可容許比燃料氣體汽提或減壓塔方法使用更少的空間，該方法比使用脫氧化合物的成本更低。然而，使用該方法需要包含裝置和方法，以補(bǔ)救會(huì)出現(xiàn)的運(yùn)行問(wèn)題，例如弄污下游裝置的泡沫和夾帶，會(huì)影響整體加工過(guò)程的性能。以下的專利和網(wǎng)站描述了示例性的方法。美國(guó)專利4，565，634(1986)中，Lydersen描述了使用減壓塔從海水中分離溶解氧。實(shí)質(zhì)上，溶解的氣體在減壓下從海水中解吸出來(lái)。正如該專利的圖中所示，用作汽提氣體的氮?dú)馀c水并流地向下流過(guò)塔，且從一階段底部抽出的氣流加壓到在先階段的壓力并重新注射。凈效應(yīng)是從裝置底部抽出的海水的氧含量降低到約0.04ppm(40ppb)。這里及全文中所有這類數(shù)值(百分比、ppm、ppb )都以重量份表示。Bland和Palmer在美國(guó)專利4，612，021 (1986)中描述了通過(guò)與另一種氣體接觸降低液體中不想要?dú)怏w的方法。實(shí)質(zhì)上，第二氣體用作汽提氣體，例如隨著所述海水注射到主氣體噴射器中，通過(guò)供入氮?dú)鈦?lái)降低海水中的氧。在例示該專利的裝置的圖中，在位于主氣體噴射器上方的輔助氣體噴射器中，夾帶的氮?dú)獾娜芙庵脫Q了海水中的溶解氧，然后在催化燃燒器中反應(yīng)。然后提供補(bǔ)充的氮?dú)狻：Ｋ腥芙獾难踅档偷郊s0.25ppm (250ppb)。Henriksen在美國(guó)專利4，752，306 (1988)中描述了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)中惰性汽提氣體與海水成湍流并流地泵送以除去溶解氧。分離得到的氣體混合物與液體，然后處理氣體混合物以除去氧，然后將汽提氣體返回來(lái)處理更多的海水。用這種方式，溶解在海水中的氧降低到約0.1ppm (IOOppb)0此外，當(dāng)?shù)獨(dú)鉃槎栊云釟怏w時(shí),方法的效率和成本依賴于氮?dú)獾募兌?。該方法的顯著特征在于，通過(guò)該方法再循環(huán)之前，經(jīng)過(guò)在分離催化反應(yīng)室內(nèi)脫氧對(duì)使用后的氮?dú)饧兓?，分離催化反應(yīng)室在‘306文獻(xiàn)的圖1中標(biāo)示為20。Mandrin和Keller在美國(guó)專利5，006，133(1991)中描述了一種方法和裝置，其中包含天然氣的燃料既用作汽提氣體從海水中除去氧氣，又用作在催化過(guò)程中通過(guò)所述汽提的氧進(jìn)行氧化的燃料。提供了用于再循環(huán)氧消耗的汽提氣體到脫氧器中的傳送裝置，從而降低海水的氧含量。值得注意的是，天然氣中的甲烷不容易氧化，因此甲醇或氫用于引發(fā)該方法的催化燃燒部分。因此海水中溶解的氧得以減少到約lOppb。Norinco (http://norinc0.c0.1n/NCMS/)描述了一種 Minox 脫氧系統(tǒng),其包括兩個(gè)分離器和用于將海水氧含量從約9.1ppm降低到約5.2ppb的催化反應(yīng)器。該裝置是緊湊型的，并能通過(guò)使用適當(dāng)?shù)耐鈿ぴ谖ｋU(xiǎn)和無(wú)危險(xiǎn)的場(chǎng)所使用。Minox 脫氧方法包括一系列的階段。將甲醇加入到第一階段汽提氣流的排出物中，氣體混合物在催化劑之上加熱，以使甲醇與氧反應(yīng)形成二氧化碳和水。然后脫氧的汽提氣體返回到第二階段以進(jìn)一步使用。此類再循環(huán)系統(tǒng)存在的問(wèn)題是，催化劑和下游設(shè)備容易被夾帶的鹽水弄污。發(fā)明概述簡(jiǎn)介本發(fā)明公開(kāi)了一種用于從海水中除去溶解氧的單程汽提氣體方法。單階段的實(shí)施方式包括單個(gè)混合器和相應(yīng)單個(gè)分離器的組合。雙階段的實(shí)施方式包 括依次使用的兩個(gè)這種組合。在每個(gè)實(shí)施方式中，混合器的運(yùn)行壓力高于大氣壓力，并比分離器中的壓力高至少25psi。在進(jìn)入混合器之前加熱海水，然后與汽提氣體混合。因?yàn)樯婕暗酱蟮脑O(shè)備，可以知曉的是，難以在混合器中包括加熱器。因此，優(yōu)選預(yù)加熱海水。然后將混合物噴射到分離器中，在那里分離脫氧的海水和氣體。優(yōu)選地，在單階段實(shí)施方式中，混合器中的壓力約30psig，分離器中的壓力約IOOmmHgo在雙階段實(shí)施方式中，第一混合器的壓力優(yōu)選在約60psig，相應(yīng)的分離器和第二混合器的壓力在約30psig，第二分離器的壓力約lOOmmHg。加熱海水到約30°C _60°C的溫度范圍，與未加熱海水相比提高了氧的除去。汽提氣體可以是可燃?xì)怏w，例如輕質(zhì)烴類如燃料氣體(典型的燃料氣體組分包括72%甲燒、16%的乙烷和12%的丙燒，以及85%甲燒、10%乙烷和5%丙烷)或天然氣，或者惰性氣體如氮?dú)饣蛩鼈兊幕旌?。通常，燃料氣體和氮?dú)庠谟糜趶暮５子蛯踊厥找簾N的海上平臺(tái)處可容易地獲得。因此，根據(jù)在平臺(tái)的可用性和成本，汽提氣體選自燃料氣體、氮?dú)饣蛩鼈兊慕M合。當(dāng)可燃?xì)怏w為汽提氣體時(shí)，來(lái)自分離器的排出氣體在用于增加引入海水溫度的加熱器中燃燒，使得不必要純化所述燃料氣體就可以重新使用。因此，汽提氣體是單程的，從而避免了下游裝置的弄污。
溶解氧含量降低的排出海水適用于注射到海底部的儲(chǔ)油層中。


為了更完全的理解本發(fā)明以及其另外的目的和優(yōu)點(diǎn)，可結(jié)合附圖參照以下的描述。圖1是用于使用氮?dú)庾鳛槠釟怏w以降低海水中溶解氧含量方法的裝置的第一實(shí)施方式示意圖，該裝置具有單個(gè)混合器及隨后的單個(gè)分離器，其中分離器水平地進(jìn)行設(shè)置。圖2是用于使用氮?dú)庾鳛槠釟怏w以降低海水中溶解氧含量方法的裝置的第二實(shí)施方式示意圖，該裝置具有依次使用的混合器及隨后的分離器的兩個(gè)組合。圖3是用于使用燃料氣體作為汽提氣體以降低海水中溶解氧含量方法的裝置的第三實(shí)施方式示意圖，該裝置具有一個(gè)混合器及隨后的一個(gè)分離器。圖4是用于使用燃料氣體作為汽提氣體以降低海水中溶解氧含量方法的裝置的第四實(shí)施方式示意圖，該裝置具有依次使用的混合器及隨后分離器的兩個(gè)組合。圖5顯示了對(duì)于兩種不同的汽提氣體、氮?dú)夂腿剂蠚怏w，氣體汽提率與溫度的關(guān)系O發(fā)明詳述每一種實(shí)施方式都具有一些共同的特征。在每一種情況下，單程使用汽提氣體，這樣不會(huì)產(chǎn)生由于夾帶的鹽弄污下游設(shè)備引起的操作問(wèn)題。在第一和第二實(shí)施 方式中的汽提氣體是惰性氣體，這些實(shí)施方式將描述的是一些氮?dú)馐瞧釟怏w的應(yīng)用。第三和第四實(shí)施方式描述的是汽提氣體是輕質(zhì)烴類，特別是燃料氣體的一些應(yīng)用。出于例示的目的，選擇了這些氣提氣體，因?yàn)樵趶暮５變?chǔ)油層回收烴類資源的平臺(tái)上它們通常都是現(xiàn)成的。在裝置的第一和第三實(shí)施方式中，使用了單階段工藝，即單個(gè)混合器和隨后單個(gè)分離器的組合。海水和汽提氣體在高于大氣壓力，優(yōu)選約30psig運(yùn)行的混合器中混合，并將該混合物在低于大氣壓力，優(yōu)選約IOOmmHg下運(yùn)行的分離器中分離。在第二和第四實(shí)施方式中，該裝置包括用于該工藝的依次使用的混合器加隨后分離器的兩個(gè)組合。在這些實(shí)施方式中，第一混合器的運(yùn)行壓力優(yōu)選約60psig,高于第一分離器的壓力，第二混合器,優(yōu)選約30psig，且第二分離器的壓力低于大氣壓力，優(yōu)選為約IOOmm Hg。純化的氮?dú)夂腿剂蠚怏w中的一種或兩種通常在從海底儲(chǔ)油層回收液烴的平臺(tái)上是現(xiàn)成的。燃料氣體的典型組分包括72%的甲烷、16%的乙烷和12%的丙烷。本發(fā)明的不同實(shí)施方式解決了低成本現(xiàn)成的無(wú)論哪種氣體都可用作汽提氣體。雖然使用特定的汽提氣體來(lái)描述各實(shí)施方式，但可以知曉，在不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的情況下，其他汽提氣體或者汽提氣體的混合物都是可以使用的。參照?qǐng)D1至4，在本發(fā)明的裝置的幾個(gè)示例性實(shí)施方式中，提供加熱器432，用于加熱供入海水26到約30°C至60°C之間的規(guī)定溫度。下面可以看到，加熱海水26到該溫度范圍的一溫度提高了從所述海水26中除去溶解氧的效率。參考圖1，裝置100用于從海水26中除去溶解氧，其第一實(shí)施方式具有單個(gè)的混合器28和單個(gè)的分離器10。
已經(jīng)確定，混合器28可以是典型的鼓泡塔型設(shè)計(jì)，其包含氣體分配器以在塔底部附近產(chǎn)生均勻分布的小氣泡。填料，或者無(wú)規(guī)則或者規(guī)則類型，都安裝在分配器上方以保持均勻的氣泡分布并防止氣泡合并。汽提氣體的一部分溶解到海水中，且在混合器中的停留時(shí)間足夠保證排出的混合物具有接近氣-液平衡的溶解氣體的液體組合物。分離器10有第一分配器12、第二分配器14、第一填充床16、第二填充床18、氣流出口 20和液體出口 22。優(yōu)選地，分配器10具有水平取向，以使第一填充床16和第二填充床18的可用氣-液接觸區(qū)域最大化。然而，可以認(rèn)識(shí)到，分離器10也可以具有垂直取向，同樣的操作原理將適用于任何一個(gè)方向。通過(guò)混合器28之前，在加熱器432中被加熱的海水26與汽提氣體24混合，以形成混合物30(可以理解的是，海水和汽提氣體兩者可以分別送入到混合器中。然而，在進(jìn)入混合器之前混合更方便)，然后送入分離器10。出于非限制性說(shuō)明目的，圖1中，汽提氣體24是氮?dú)?。然而，該方法的效率和其成本取決于所用氮?dú)獾募兌?，這將通過(guò)下面描述的實(shí)施例示出。通常，97%-99.9%的氮?dú)馐褂媚し蛛x方法可現(xiàn)場(chǎng)獲得。然而，氮?dú)鉂舛仍礁撸a(chǎn)率越低，即氮?dú)鉂舛仍礁咴桨嘿F。混合物30通過(guò)第一床16和第二床18中間位置的入口經(jīng)由管線32輸送到分離器10中，并因而進(jìn)入第二分配器14，從它噴向第二床18。床16通常包括多層每單位填充體積高比表面積的高效規(guī)則填料或不規(guī)則填料，而床18優(yōu)選包括每單位填充體積較低比表面積的高空隙率規(guī)則填料或格柵(grid)。將混合器28維持在高于大氣壓的壓力。分離器10內(nèi)的壓力低于大氣壓力。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，保持混合器28內(nèi)的壓力在約30psig，分離器10內(nèi)的壓力在約IOOmmHg,對(duì)于裝置的運(yùn)行是有利的。人們也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)混合器28和分離器10之間的壓力差約30psi時(shí)，第二分配器14非常有效地運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生均勻分布的細(xì)霧34。應(yīng)當(dāng)注意的是，本發(fā)明中公開(kāi)的壓力和溫度是所述實(shí)施例獲得良好性能的示例性數(shù)值。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，溶解在海水中的殘余氧的量，是混有汽提氣體的供入海水的溫度、分離器的運(yùn)行壓力和氣提氣體的流速的函數(shù)。當(dāng)溫度增加或壓力減少時(shí)，降低了要達(dá)到溶解氧目標(biāo)量的汽提氣體的流速。本文所描述的實(shí)施方式需要?dú)馓釟怏w相對(duì)較低的流速，因?yàn)樗鼈冊(cè)诠┤牒Ｋ母邷睾惋@著低于大氣壓力的分離器壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)。所述溫度和壓力的組合促成了使用單程氣提氣體可經(jīng)濟(jì)應(yīng)用的方法。任選地，可以將消泡劑60注入到流入混合器28的液體中。在分離器10中，混合物30作為細(xì)霧34從第二分配器14中分配出來(lái)，然后落向第二床18。第二床18用于將混合物30分離成液體流(其包括下降通過(guò)第二床18的溶解氧含量38降低的海水)和氣流(包含向第一床16上升的氣提氣體和氧)。排出海水38的大部分經(jīng)由管線40輸送至海水噴射泵，如箭頭62所示，以注入海底儲(chǔ)油層。排出海水38的少部分經(jīng)由泵42抽出，并通過(guò)管線44重新注入到第一分配器
12,以形成細(xì)霧36,落向第一床16。第一床16用于從第二床18向第一床16之上上升的氣流中去夾帶(de-entrain)的霧。通過(guò)來(lái)自第一分配器12的噴霧濕潤(rùn)第一床16,增強(qiáng)了第一床16從上升氣流中去夾帶霧的能力。
雖然絕大多數(shù)的海水將被送入到第二床18，但是取決于噴霧噴嘴的壓力降，仍然有可能會(huì)有一些不可避免的微細(xì)霧沫(在較高的壓力差下會(huì)有更細(xì)更多的霧)，其會(huì)向第一床16上升。為此，我們包括了去夾帶部分(12+16)，以消除淡水夾帶。任選地，少量的脫氧劑64可以注入脫氧的排出海水38中，以進(jìn)一步降低殘留痕量的氧。為了確保從海水26中高效除氧，理想的是，混合物30被加熱至約40-55°C，如下面參考圖5所描述的。為了實(shí)現(xiàn)最佳的接觸和快速傳質(zhì)，分配器14和12用于傳送分離器10中的細(xì)小液滴34和36。產(chǎn)生細(xì)小液滴的方式對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是已知的，如由Peters在美國(guó)專利6，830，608 (2002)和6，918，949中描述的非限制性實(shí)施例。然而，這種結(jié)合床如床16和床18的方式并未描述。分離器20包括第三填充床46，在其之上，管線48供應(yīng)淡水50以濕潤(rùn)所述第三床46。第三床46可作為精處理單元，在離開(kāi)分離器10的氣流中進(jìn)一步去夾帶的霧，且淡水50清洗在第三床46收集的任意鹽水，然后將其返還到分離器10中。離開(kāi)分離器20的氣流中的一小部分水蒸氣在熱交換器66中冷凝，并在進(jìn)入真空泵54之前，作為氣-液分離滾筒(吸鼓)52中的液體水70除去。將冷卻水88供給到熱交換器66中，并供送溫水89以處理。冷凝水70也可送去處理。任選地，冷凝水70的一部分可通過(guò)管線87再循環(huán)，以減少需要的淡水50的量。氣流中水含量的減少降低了泵54上的負(fù)載。真空泵54用于保持分離器10內(nèi)的低壓，并將氣流從分離器20傳送到出口 56處理。通過(guò)使用沿不同管線控制流體流速的壓力控制閥(圖中未示出)，可以控制裝置100各部分的壓力。設(shè)置加熱器432加熱進(jìn)入的海水26，以使混合物30的溫度達(dá)到規(guī)定值。在加熱海水26與氣提氣體24混合之前，加熱器432通常通過(guò)燃料氣體的燃燒來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。圖2示出了本發(fā)明裝置的第二實(shí)施方式200，其具有兩個(gè)依次運(yùn)轉(zhuǎn)的分離器210、220。分離器210，220的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在性質(zhì)和目的上與圖1中所示分離器10中的那些基本上類似。分離器210設(shè)置用于從海水中26粗步除去氧，分離器220設(shè)置用于精細(xì)除去剩余的氧。海水26與氣提氣體24在混合器28A中混合，并輸送至分離器210。部分脫氧的海水238A和經(jīng)由管線230輸送的額外氣提氣體24在混合器28B中混合，并輸送至分離器220。第二實(shí)施方式200的所有其他部件的作用基本類似于圖1所示的第一實(shí)施方式100的對(duì)應(yīng)部件。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)混合器28A的壓力約60psig、分離器210和混合器28B的壓力約30psig、分離器220的壓力約IOOmmHg時(shí)，第二實(shí)施方式200高效運(yùn)轉(zhuǎn)，并有效地從海水26
中除去氧。圖3和圖4分別示出了本發(fā)明裝置的第三實(shí)施方式300和第四實(shí)施方式400。在第三實(shí)施方式300和第四實(shí)施方式400中，氣提氣體324都是燃料氣體，通常在海底鉆井平臺(tái)是可獲得的，所述氣提氣體324通常包括約72%的甲烷、16%的乙烷和12%的丙烷。第三實(shí)施方式300具有跟隨相應(yīng)混合器28的一個(gè)分離器310，第四實(shí)施方式400具有相應(yīng)混合器28A，28B之后的兩個(gè)分離器410，420，每個(gè)分離器與圖1示出的第一實(shí)施方式100的分配器10在元件和功能上是類似的。另外，圖3中混合器28和分離器310的運(yùn)行壓力與第一實(shí)施方式100中混合器28和分離器10的運(yùn)行壓力基本上類似。同樣地，圖4中所示的混合器28A，28B和分離器410， 420的運(yùn)行壓力與所述第二實(shí)施方式200的混合器28A，28B和分離器210，220的運(yùn)行壓力基本類似。參照?qǐng)D3和4，從分離器310 (圖3)和420 (圖4)中除去的氣體，包括從海水26中汽提的氧和氣提燃料氣體324。來(lái)自真空泵54的氣流是不排出的，相反，它通過(guò)管線330向加熱器432供給?？梢蕴砑友a(bǔ)充燃料氣體434，以使加熱器432加熱海水26到規(guī)定溫度。規(guī)定的溫度優(yōu)選在40°C _60°C，最優(yōu)選在45°C -55°C之間。如果需要的話，在加熱器432中海水26被加熱到的溫度也可以由燃料氣體和氮?dú)饣旌衔锏钠釟怏w控制。下面將描述在混合器中與汽提氣體24或324混合之前預(yù)熱海水26的優(yōu)點(diǎn)。圖5A，5B，5C顯示了對(duì)于海水總質(zhì)量流速在約1，320, 000kg/h，汽提氣體流速可到5000kg/h(即在單階段實(shí)施方式中，相當(dāng)于20萬(wàn)桶每天)時(shí)，海水脫氧率和溫度之間的關(guān)系。在每種情況下，分離器內(nèi)的壓力保持在lOOmmHg。圖5A顯示了使用了包含0.6%氧的氮?dú)馄嶂?，溶解在海水中的殘余氧。圖5B顯示了用純化氮?dú)猱a(chǎn)生的改善，它僅包含0.1%的氧。圖5C顯示了使用燃料氣體作為汽提氣體獲得的優(yōu)越性能。在所有的情況中，從海水中除去溶解氧的速率隨溫度的升高而增加。值得注意的是，溶解在海水中的IOppb的殘余氧的目標(biāo)在50°C時(shí)用每種汽提氣體都是可以實(shí)現(xiàn)的。此外，汽提氣體流速非常高的時(shí)候，大大超過(guò)目標(biāo)。對(duì)于使用含0.1%氧的氮?dú)?最低可接受的殘余氧的含量lOppb，僅在非常高的流速時(shí)實(shí)現(xiàn)，而用燃料氣體作為汽提氣體，非常低的殘余氧的含量，到約2ppb，在較低的、非常中等的汽提氣體流速時(shí)實(shí)現(xiàn)。為了使管線的腐蝕和油層中油質(zhì)降低的影響最小化，必須要求注射到海底儲(chǔ)油層的海水氧含量低于lOppb。圖5顯示了使用本發(fā)明裝置的每種實(shí)施方式都可獲得該低濃度。然而，對(duì)于含0.6%氧的氮?dú)?，海水的脫氧要求兩高溫，至?0°C，或非常高的汽提氣體流速，或者兩者(圖5A)。當(dāng)?shù)獨(dú)馄釟怏w含有較低初始量的氧(0.1%)時(shí)，在溫度高于40°C，且在50°C時(shí)，殘余氧可以減少到低于lOppb，并可在低汽提氣體流速時(shí)實(shí)現(xiàn)(圖5B)。圖5C顯示了輕質(zhì)烴混合物的使用，如包含85%(重量)甲烷、10%(重量)的乙烷和5% (重量)的丙烷的組合的燃料氣體，在溫度高于約30°C，汽提氣體流速比使用氮?dú)獾秃芏鄷r(shí)，能夠減少到非常低的殘余氧的含量。通常，純化的氮?dú)夂腿剂蠚怏w中的一種或兩種在用于從海底儲(chǔ)油層回收液烴的平臺(tái)上是現(xiàn)成的。本發(fā)明的不同實(shí)施方式設(shè)法使用低成本可獲得的任何氣體用作汽提氣體。當(dāng)汽提氣體是燃料氣體時(shí)， 它可在加熱器中燃燒，用于在進(jìn)入混合器之前加熱進(jìn)入的海水。任選地，燃料氣體和氮?dú)獾幕旌衔锟捎米髌釟怏w，且包含燃料氣體的排出混合物可供入到加熱器中。在每一種情況下，單程汽提氣體的使用使它沒(méi)有必要純化所述汽提氣體來(lái)重新使用。另外，由于汽提氣體是單程使用的，下游設(shè)備的弄污或大大減少或可以避免。對(duì)比本發(fā)明不同實(shí)施方式的運(yùn)行參數(shù)和汽提氣體質(zhì)量的數(shù)據(jù)列于下面的實(shí)施例中。因此，使用本發(fā)明有著顯著的優(yōu)勢(shì)，使用現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)其中任何一個(gè):.水平校準(zhǔn)的分離器的使用提供了較高的氣-液界面面積，便于分離和去夾帶，從而提供更高的處理量。顯然，垂直塔可用在低流量的情況，其中空間可用性是一個(gè)考慮因素。.在進(jìn)入氣液混合器之前加熱海水到約30°C _60°C之間的溫度，增加了所述海水的脫氧程度，為了高效和安全運(yùn)行，優(yōu)選在45 °C -55 °C。.雖然汽提氣體選自燃料氣體、惰性氣體如氮?dú)庖约八鼈兊幕旌衔?，但?dāng)?shù)獨(dú)饪傻统杀精@得時(shí)，混合物是優(yōu)選的。燃料氣體是單程使用的，然后在進(jìn)入混合器之前于燃燒器中燃燒，以提供增加海水的溫度的熱量。選擇氮?dú)馀c燃料氣體的比例，以使汽提氣體在空氣中可燃，選擇燃料氣體的濃度，以便有足夠的熱量達(dá)到海水的最佳溫度。當(dāng)存在過(guò)量的燃料氣體時(shí)，也可以排氣。 在單個(gè)混合器和單個(gè)分離器的組合的情況下，混合器中的壓力大于一個(gè)大氣壓，優(yōu)選約30psig，分離器中的壓力低于一個(gè)大氣壓，優(yōu)選約lOOmmHg。在有兩個(gè)連續(xù)的混合器和相應(yīng)分離器的組合時(shí)，分離器和混合器的各自組合之間的壓力差均為約30psi。這些特征的組合使得脫氧海水中殘留氧的量減少到非常低的水平，通常低于IOppb,或低達(dá) 2ppb?？梢哉J(rèn)識(shí)到，在不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)下，所述實(shí)施方式可以修改，因此，出于例示的目的來(lái)描述本說(shuō)明的方法和裝置，而非限制性的。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1在第一種情況下，海水在具有單個(gè)混合器和單個(gè)分離器的裝置中進(jìn)行脫氧，如圖1所示。表I中示出了供入和排出流速。從該裝置回收的脫氧海水中的氧濃度低于lOppb。溶解在海水中的天然存在的氮濃度取決于溫度，約12ppm?？梢哉J(rèn)識(shí)到，海水中的氮濃度在加熱和與汽提氣體混合后改變。然而，氮濃度的變化不顯著影響下面所給出的數(shù)據(jù)。表I較高流速下使用99.9%的N2作為汽提氣體的海水的脫氧情況
權(quán)利要求
1.一種單程降低海水中溶解氧含量的方法，包括: (a)在引入混合器前將海水加熱到約30°C到60°C的溫度范圍內(nèi)的一溫度； (b)在壓力保持高于大氣壓力的混合器中，混合加熱的海水形成混合物，其中溶解在加熱海水中的汽提氣體濃度處于接近混合器溫度下的平衡值； (c)將加熱海水和汽提氣體的混合物從混合器中供給到相應(yīng)的分離器，所述分離器在低于相應(yīng)混合器的壓力下運(yùn)行，以提供氣流和包含溶解氧含量降低的海水的液流，其中海水的溫度以及海水與汽提氣體的流速進(jìn)行選擇，以將海水中的溶解氧含量降低到預(yù)定的數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在分離器內(nèi)，將混合物噴霧到填充床上，以將包含汽提氣體和氧的氣流與包含溶解氧含量降低的海水的液流分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述混合器和相應(yīng)的分離器包括單個(gè)的混合器和相應(yīng)的單個(gè)分離器，其中混合器在高于大氣壓力下運(yùn)行，分離器在低于大氣壓力下運(yùn)行，使得混合器和分離器之間的 壓差約為30psi。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述汽提氣體選自燃料氣體、天然氣、氮?dú)饧捌浠旌衔锝M成的組。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述混合器中的壓力約為30psi，分離器中的壓力約為100_ Hg。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，在引入混合器前加熱海水。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，將海水加熱到約40°C到約55°C的溫度范圍內(nèi)的一溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述混合器和相應(yīng)的分離器依次包括第一混合器、第一分離器、第二混合器和第二分離器，第一混合器和第一分離器的組合用于降低加熱海水中溶解氧的含量，第二混合器和第二分離器的組合用于進(jìn)一步降低所述溶解氧的含量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，第一和第二兩分離器中，將混合物噴霧到填充床上，以將包含汽提氣和氧的氣流與包含溶解氧含量降低的海水的液流分離。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一混合器的運(yùn)行壓力約為60psig，所述第一分離器和所述第二混合器的壓力約30psig，所述第二分離器的壓力約IOOmm Hg。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在引入到混合器之前加熱海水。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中將海水加熱到約40°C到約55°C的溫度范圍內(nèi)的一溫度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中汽提氣體選自燃料氣體、天然氣、氮?dú)饧捌浠旌衔锝M成的組。
14.一種用于降低海水中溶解氧含量的裝置，包括: 加熱器，將海水加熱到約30°C到60°C的溫度范圍內(nèi)的一溫度， 混合器，其壓力保持在大氣壓力之上，用于混合海水和汽提氣體，和對(duì)應(yīng)的分離器，用于將包含溶解氧含量降低的海水的液流與包含汽提氣的氣流進(jìn)行分離，所述分離器的壓力低于對(duì)應(yīng)混合器的壓力。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述分離器包含將混合物噴霧到填充床上的分配器，以將包含汽提氣和氧的氣流與包含溶解氧含量降低的海水的液流分離。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中，混合器和對(duì)應(yīng)的分離器包括單個(gè)的混合器和對(duì)應(yīng)的單個(gè)分離器，其中混合器在高于大氣壓力下運(yùn)行，分離器在低于大氣壓力下運(yùn)行，使得混合器和分離器之間的壓差約為30psi。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中，混合器的壓力約為30psi，分離器中的壓力約為 IOOmm Hg。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中混合器和對(duì)應(yīng)的分離器依次包括第一混合器、第一分離器、第二混合器和第二分離器，第一混合器和第一分離器的組合用于降低加熱海水中溶解氧的含量，第二混合器和第二分離器的組合用于進(jìn)一步降低所述溶解氧的量。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中第一和第二分離器每個(gè)都包括有將混合物噴霧到填充床上的分配器，以將包含汽提氣體和氧的氣流與包含溶解氧含量降低的海水的液流分離。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝 置，其中第一混合器的運(yùn)行壓力約為60psig，第一分離器和第二混合器的壓力約30psig，第二分離器的壓力約IOOmm Hg。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述分離器包括主體，其包括第一分配器、第二分配器、設(shè)置在第一分配器和第二分配器之間的第一填充床、位于第二分配器下方的第二填充床、位于第一分配器上方的氣流出口、位于第二填充床下方的液流出口、位于所述第一床和所述第二床之間的入口以供送來(lái)自所述混合器的海水和汽提氣體的混合物，所述混合物供給到第二分配器中，從所述第二分配器將混合物噴向第二填充床，在那里將它分離成下行通過(guò)第二填充床的包含溶解氧含量降低的海水的液流以及朝所述第一床上行的氣流，其中流出液體出口的大部分液流作為排出物除去，流出液體出口的少部分液流重新注入到分離器中并進(jìn)入第一分配器中，形成朝第一填充床落下的噴霧，第一填充床用于從第二填充床上方朝第一填充床上升的氣流中去夾帶霧。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述分離器沿著水平方向設(shè)置。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中第一填充床包括多層高效的每單位填充體積具有高表面積的規(guī)則填料和不規(guī)則填料，第二填充床包括每單位填充體積較低比表面積的高空隙率規(guī)則填料或格柵。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于將海水中的溶解氧含量從供入海水中的約8ppm降低到約10ppb或更低的方法和裝置。顯著優(yōu)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)使用一種水平排列的分離器以提供大的分離用氣液接觸面積并在分離器內(nèi)部去夾帶，從而獲得了更高的生產(chǎn)率；并加熱海水到至少30℃并最高到60℃，以提高從海水中的氧去除；并且使用了單程燃料氣體作為汽提氣體，燃料氣體隨后燃燒用于加熱海水，提供了高效率和污物的減少。這些特征的組合能使脫氧海水中剩余的氧量減少到10ppb以下以及低達(dá)2ppb。
文檔編號(hào)E21B43/20GK103209929SQ201180055195
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者卡爾·T·莊, 亞當(dāng)·T·李, 愛(ài)德華·K·劉, 林賽·翁, 吳匡宇 申請(qǐng)人:Amt國(guó)際有限公司