氣田採出水熱泵組合除鹽裝置及除鹽方法

2023-09-21 01:24:15

氣田採出水熱泵組合除鹽裝置及除鹽方法
【專利摘要】本發明為一種氣田採出水熱泵組合除鹽裝置及除鹽方法，包括熱泵組合強制循環蒸發裝置與結晶裝置，熱泵組合強制循環蒸發裝置通過母液管與結晶裝置連接，熱泵組合強制循環蒸發裝置與結晶裝置之間設置有母液循環管，熱泵組合強制循環蒸發裝置由熱泵及強制循環蒸發系統通過母液管連接，本發明的除鹽的方法其步驟為：1、將固物含量約3％-8％，溫度20～35℃的原液進入到熱泵，經熱泵蒸發濃縮，使其鹽濃度為20％，然後送至強制循環蒸發系統；2、強制循環蒸發系統將原液含濃縮至含鹽55％時，原液便從強制循環蒸發系統出來進入離心機；3、離心機脫水，得到固體結晶鹽。本發明節能效果好，採用外加熱強制循環蒸發進行防結垢，並且後端的強制循環蒸發裝置系統可小型化很多，便於運輸和安裝，整個系統就佔地面積小。
【專利說明】氣田採出水熱泵組合除鹽裝置及除鹽方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種氣田採出水熱泵組合除鹽裝置，屬於工業汙水處理領域。
【背景技術】
[0002]氣田在天然氣開採生產過程中，產生了大量的高鹽含油汙水，廢水裡面含有大量的Na、K、CL、Ca、Mg等離子，總鹽分含量約為18000-90000mg/l，組分複雜，且含有高粘性的有機物，處理難度較大。目前，氣田汙水主要通過兩級沉降、兩級過濾處理後回注，由於氣井分散，集中處理投資高、難度大、運行成本高，氣田汙水不能完全用於回注處理，導致未經處理直接外排，汙染了環境，另外，隨著氣田開發時間的延長，氣田產水量呈逐年上升趨勢。
[0003]現有處理技術主要為熱法蒸餾和膜法。熱法蒸餾主要以低溫多效(LT-MED)和熱泵(MVR)為代表，膜法主要有反滲透技術(RO)。
[0004]I)、膜濃縮
[0005]膜過濾是一種與膜孔徑大小相關的篩分過程，以膜兩側的壓力差為驅動力，以膜為過濾介質，在一定的壓力下，當原液流過膜表面時，膜表面密布的許多細小的微孔只允許水及小分子物質通過而成為透過液，而原液中體積大於膜表面微孔徑的物質則被截留在膜的進液側，成為濃縮液，因而實現對原液的分離和濃縮的目的。在膜過濾的處理工藝中有一個不可避免的問題就是濃縮液的處置問題。本項目廢水中的鈣、鋇離子含量極高，並含有部分高分子聚合物及石油類，試驗證明RO膜過濾在該類廢水的濃縮處理過程中無工程實用性。
[0006]2)、蒸發
[0007]蒸發工藝目前應用較為成熟的主要有多效蒸發及MVR蒸發器(熱泵)。
[0008]多效蒸發器:
[0009]多效蒸發器是將一個蒸發器蒸發出來的蒸汽引入下一蒸發器，利用其凝結放出的熱加熱蒸發器中的水，兩個或多於兩個串聯以充分利用熱能的蒸發系統，與傳統的單效蒸發具有能耗低、操作簡單等特點。
[0010]多效降膜蒸發是將料液自降膜蒸發器加熱室上管箱加入，經液體分布及成膜裝置，均勻分配到各換熱管內，並沿換熱管內壁呈均勻膜狀流下。在流下過程中，被殼程加熱介質加熱汽化，產生的蒸汽與液相共同進入蒸發器的分離室，汽液經充分分離，蒸汽進入冷凝器冷凝進入下一效蒸發器作為加熱介質，從而實現多效操作，液相則由分離室排出。
[0011]多效降膜蒸發器由各效加熱蒸發器、各效分離器、冷凝器、熱壓泵、殺菌器、保溫管、真空系統、各效料液輸送泵、冷凝排水泵、操作平臺、電器儀表控制櫃及閥門、管路等系統組成。設備整個加熱系統由於蒸汽加熱均勻、料液為液膜式流動蒸發，具有傳熱效率高加熱時間短等主要特點，同時各效真空度、蒸汽溫度、和物料液位可調節，能耗低，操作方便，維修量少，佔地面積小等優點。
[0012]MVR 蒸發器:
[0013]MVR蒸發器其工作過程是低溫位的蒸汽經壓縮機壓縮，溫度、壓力提高，熱焓增加，然後進入換熱器冷凝，以充分利用蒸汽的潛熱。除開車啟動外，整個蒸發過程中無需生蒸汽。
[0014]MVR蒸發器處理的溶液在一個降膜蒸發器裡，通過物料循環泵在加熱管內循環。初始蒸汽用新鮮蒸汽在管外供熱，將溶液加熱沸騰產生二次汽，產生的二次汽由渦輪增壓風機吸入，經增壓後，二次汽溫度提高，作為加熱熱源進入加熱室循環蒸發。正常啟動後，渦輪壓縮機將二次蒸汽吸入，經增壓後變為加熱蒸汽，就這樣源源不斷進行循環蒸發。蒸發出的水分最終變成冷凝水排出，從蒸發器出來的二次蒸汽，經壓縮機壓縮，壓力、溫度升高，熱焓增加，然後送到蒸發器的加熱室當作加熱蒸汽使用，使料液維持沸騰狀態，而加熱蒸汽本身則冷凝成水。這樣，原來要廢棄的蒸汽就得到了充分的利用，回收了潛熱，又提高了熱效率，生蒸汽的經濟性相當於多效蒸發的30效。為使蒸發裝置的製造儘可能簡單和操作方便，經常使用單效離心再壓縮器，也可以是高壓風機或透平壓縮器。這些機器在1: 1.2到1: 2壓縮比範圍內其體積流量較高。對於低的蒸發速率，也可用活塞式壓縮機、滑片壓縮機或是螺杆壓縮機。蒸發設備緊湊，佔地面積小、所需空間也小。又可省去冷卻系統。
[0015]熱法蒸餾(四效蒸發)處理工藝簡述:
[0016]四效蒸發器採用真空蒸髮結晶分離工藝，將廢水中鹽和水分離開來。
[0017]蒸髮結晶系統由四效蒸發構成。廢水由泵輸送至混料池(離心母液、地面衝洗水也匯集到此)，混合料液用混料泵泵出來一部分直接進入IV蒸發罐，另一部分經混合冷凝水預熱器預熱後一部分直接 進入I1、III效蒸發罐，另一部分通過I效冷凝水預熱器預熱後進入I效蒸發罐。即整個進料系統採用平流進料方式，確保運行平穩可靠，同時採用分級預熱，提高進罐料液溫度，減少升溫熱，提高蒸發經濟，節能降耗。
[0018]結晶鹽漿由I效蒸發罐轉排到II效蒸發罐，II效蒸發罐鹽漿轉排到III效蒸發罐，III效蒸發罐鹽漿轉排到末效蒸發罐集中排出系統，目的為降低排出系統的熱量；鹽漿經離心脫水後暫儲於溼鹽儲鬥待銷。
[0019]母液排放:由I效蒸發罐轉排到II效蒸發罐，II效蒸發罐轉排到III效蒸發罐，III效蒸發罐轉排到末效蒸發罐集中排出系統到母液儲桶，澄清後打到井區注井，較少粉鹽溶化後回蒸發系統，少量石膏固體集中晾乾後送飼料、水泥廠出售。
[0020]鍋爐來蒸汽進入I效加熱室加熱，I效蒸發罐產生的二次蒸汽再到II效加熱室加熱，依次傳遞，末效二次蒸汽被循環水冷凝後由真空泵將不凝氣帶出系統。
[0021]以上技術為較成熟技術，但都存在有如下幾個方面的不足:
[0022]I)容易結垢，系統運行不平穩
[0023]2)能耗聞，運打費用較聞。
[0024]3)佔地面積大，受場地條件限制多，需要較為寬敞的安裝與調試佔地面積，需要有較大的設備運行場地。

【發明內容】

[0025]本發明的一種氣田採出水熱泵組合除鹽裝置，包括熱泵組合強制循環蒸發裝置與結晶裝置，熱泵組合強制循環蒸發裝置通過母液管與結晶裝置連接，由熱泵組合強制循環蒸發裝置將蒸發後的母液輸入結晶裝置。
[0026]熱泵組合強制循環蒸發裝置與結晶裝置之間還設置有母液循環管，將離心機分離出的母液返回熱泵組合強制循環蒸發裝置繼續處理。[0027]熱泵組合強制循環蒸發裝置由熱泵、強制循環蒸發系統組成，熱泵、強制循環蒸發系統通過母液管連接，熱泵將原液經過蒸發濃縮後輸入強制循環蒸發系統繼續蒸發。
[0028]如上所述的一種氣田採出水熱泵組合除鹽裝置，進一步說明為:熱泵由原液池、預熱器、加熱器、閃蒸室、壓縮機經管道依次串接組成，閃蒸室有兩條母液管輸出管，其中一條母液輸出管與預熱器的母液管道合併後，經過輸送泵連接加熱器，另一條母液輸出管連接強制循環蒸發系統。
[0029]新蒸氣發生裝置通過蒸氣管與加熱器內的加熱管束連接，為加熱器供熱；閃蒸室、壓縮機、加熱器內的加熱管束、冷凝罐通過蒸氣管串接。冷凝罐、預熱器的加熱管束、冷凝水槽通過水管連接。
[0030]氣田採出水熱泵組合除鹽的方法，其步驟為:
[0031 ] (I)、將固物含量約3 % -8 %，溫度20~35°C的原液進入到熱泵，經熱泵蒸發濃縮，使其鹽濃度為20%，然後送至強制循環蒸發系統；
[0032](2)、強制循環蒸發系統將原液含濃縮至含鹽55%時，原液便從強制循環蒸發系統出來進入離心機；
[0033](3)、離心機脫水，得到固體結晶鹽；
[0034](4)、上述步驟I熱泵處理步驟進一步包括:
[0035]將固物含量約3% _8%，溫度20~35°C的原液進入預熱器，被冷凝罐出來的107 °C的冷凝水加熱升溫；
[0036]經過加熱後的原液與閃蒸室出來的母液混合；並送至加熱器加熱升溫後送進入閃
蒸室閃蒸；
[0037]閃蒸室底部90%的母液送至加熱器繼續加熱升溫；閃蒸室底部10%的濃鹽水被送至強制循環蒸發系統；
[0038](5)、上述熱泵處理步驟中的蒸汽流程為:
[0039]機器啟動時，158°C的新蒸汽進入加熱器加熱母液，閃蒸室產生的95°C二次蒸汽經蒸汽壓縮機加壓升溫至110°C以上，進入加熱器加熱升溫母液；
[0040]蒸汽與母液換熱後成為107°C冷凝水，進入冷凝罐；
[0041]冷凝水從冷凝罐出來進入預熱器加熱升溫原液。
[0042]有益效果
[0043]一、為節能採用熱泵預濃縮技術。
[0044]二、為防結垢採用外加熱強制循環蒸發進行後段繼續濃縮蒸發。
[0045]三、由於採用可撬裝式安裝的熱泵預濃縮後，原液體積減小了 2-4倍，後端的強制循環蒸發裝置系統可小型化很多，便於運輸和安裝，整個系統就佔地面積小，易於偏僻地點模塊化設備式就地快速組裝。
[0046]四、料液鹽濃度約為3-8%，原液經熱泵初步濃縮，濃縮達到20%後才進入多效蒸發器，目的是利用液體濃度較低時不容易結垢，粘性不是很高的情況下，液體表面張力不強時利用熱泵技術節約能源並達到蒸發濃縮的目標。
【專利附圖】

【附圖說明】[0047]圖1是熱泵組合強制循環蒸發裝置結構圖。
[0048]圖2是除鹽工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0049]如圖1，在循環蒸發裝置中，原液經過如下方式進行處理:
[0050](I)原液(固含量約3% _8%，溫度20~35°C )進入預熱器，被冷凝罐出來的冷凝水(107°C )加熱升溫；
[0051](2)經過加熱後的原液與閃蒸室出來的母液混合；
[0052](3)混合後的液體被循環泵送至加熱器加熱升溫；
[0053](4)升溫後的母液由上循環管輸送進入閃蒸室閃蒸；
[0054](5)大部分母液從閃蒸室底部沿下循環管被循環泵送至加熱器繼續加熱升溫；
[0055](6)當母液的鹽含量濃度達到設定值(含鹽20% )時，蒸發系統進入穩定工作狀態，此時，閃蒸室底部佔總量10%的濃鹽水被送至強制循環蒸發系統。
[0056]蒸汽流程:
[0057]原液經熱泵初步濃縮後才進入強制循環蒸發系統，料液鹽濃度約為3-8 %，濃縮達到20%後才進入多效蒸發器，目`的是利用液體濃度較低時不容易結垢，粘性不是很高的情況下，液體表面張力不強時利用熱泵技術節約能源並達到蒸發濃縮的目標。
[0058]A.機器啟動時，新蒸汽(158°C )進入加熱器作為加熱介質使母液升溫(新蒸汽僅機器啟動時使用，之後加熱器的熱源為閃蒸室產生的二次蒸汽)；
[0059]B.閃蒸室產生的二次蒸汽(95°C )經蒸汽壓縮機加壓升溫(大於110°C )後進入加熱器加熱升溫母液；
[0060]C.蒸汽與母液換熱後成為冷凝水(107°C )進入冷凝罐；
[0061]D.冷凝水(107°C )從冷凝罐出來進入預熱器加熱升溫原液(固含量約3%，溫度20 ~35? )；
[0062]E.與原液換熱後的冷凝水進入冷凝水槽。
[0063]在圖2中，母液流經循環結晶裝置，其處理工藝流程如下:
[0064]母液流程:
[0065](I)從MVR蒸發系統閃蒸室出來的含鹽20%的母液與I效閃蒸室出來的母液混
八
口 ο
[0066](2)混合後的母液被循環泵送至I效加熱器加熱升溫。
[0067](3)加熱升溫後的母液由上循環管輸送進入I效蒸發罐進行閃蒸。
[0068](4)大部分未被蒸發的母液從I效蒸發罐底部沿下循環管被循環泵送至I效加熱器繼續加熱升溫。
[0069](5)當母液濃度達到一定值時，母液便從I效蒸發罐出來與II效蒸發罐出來的母液混合。
[0070](6)混合後的母液被循環泵送至II效加熱器加熱升溫。
[0071](7)加熱升溫後的母液由上循環管輸送進入II效蒸發罐進行閃蒸。
[0072](8)大部分未被蒸發的母液從II效蒸發罐底部沿下循環管被循環泵送至II效加熱器繼續加熱升溫。[0073](9)當母液濃度達到一定值時，母液便從II效蒸發罐出來與III效蒸發罐出來的母液混合。
[0074](10)混合後的母液被循環泵送至III效加熱器加熱升溫。
[0075](11)加熱升溫後的母液由上循環管輸送進入III效蒸發罐進行閃蒸。
[0076](12)大部分未被蒸發的母液從III效蒸發罐底部沿下循環管被循環泵送至III效加熱器繼續加熱升溫。
[0077](13)當母液濃度達到一定值(含鹽55%以上)時，母液便從III效蒸發罐出來進入離心機。
[0078](14)離心機甩出的母液進入母液槽。
[0079](15)母液槽中的母液經母液泵輸送到強制循環分離室循環系統進一步排鹽。
[0080](16)離心機排除固體結晶鹽。
[0081]蒸汽流程:
[0082]a.外部提供的158°C飽和蒸汽進入到強制循環結晶蒸發器組的I效加熱器為其內部管束加熱母液。
[0083]b.蒸汽與 母液在I效加熱器裡換熱後成為冷凝水進入冷凝水槽。
[0084]c.1效蒸發罐裡的少量母液被蒸發形成的二次蒸汽進入II效加熱器為其內部管束加熱母液。
[0085]d.蒸汽與母液在II效加熱器裡換熱後成為冷凝水進入冷凝水槽。
[0086]e.1I效蒸發罐裡的少量母液被蒸發形成的二次蒸汽進入III效加熱器為其內部管束加熱母液。
[0087]f.蒸汽與母液在III效加熱器裡換熱後成為冷凝水進入冷凝水槽。
[0088]g.1II效蒸發罐裡的少量母液被蒸發形成的二次蒸汽進入冷凝器冷凝。
[0089]h.冷凝後的冷凝水進入冷凝水槽。
【權利要求】
1.氣田採出水熱泵組合除鹽裝置，包括熱泵組合強制循環蒸發裝置與結晶裝置，熱泵組合強制循環蒸發裝置通過母液管與結晶裝置連接，由熱泵組合強制循環蒸發裝置將蒸發後的母液輸入結晶裝置； 熱泵組合強制循環蒸發裝置與結晶裝置之間還設置有母液循環管，將離心機分離出的母液返回熱泵組合強制循環蒸發裝置繼續處理； 熱泵組合強制循環蒸發裝置由熱泵、強制循環蒸發系統組成，通過母液管將熱泵和強制循環蒸發系統連接，熱泵將原液經過蒸發濃縮後輸入強制循環蒸發系統繼續蒸發。
2.如權利要求1所述的氣田採出水熱泵組合除鹽裝置，其特徵在於，所述的熱泵由原液池、預熱器、加熱器、閃蒸室、壓縮機經管道依次串接組成，閃蒸室有兩條母液管輸出管，其中一條母液輸出管與預熱器的母液管道合併後，經過輸送泵連接加熱器，另一條母液輸出管連接強制循環蒸發系統； 新蒸氣發生裝置通過蒸氣管與加熱器內的加熱管束連接，為加熱器供熱；閃蒸室、壓縮機、加熱器內的加熱管束、冷凝罐通過蒸氣管串接；冷凝罐、預熱器的加熱管束、冷凝水槽通過水管連接。
3.氣田採出水熱泵組合除鹽的方法，其步驟為: (1)、將固物含量約3%-8%，溫度20~35°C的原液進入到熱泵，經熱泵蒸發濃縮，使其鹽濃度為20%，然後送至強制循環蒸發系統； (2)、強制循環蒸發系統將原 液含濃縮至含鹽55%時，原液便從強制循環蒸發系統出來進入離心機； (3)、離心機脫水，得到固體結晶鹽； (4)、上述步驟I熱泵處理步驟進一步包括: 將固物含量約3% -8%，溫度20~35°C的原液進入預熱器，被冷凝罐出來的107°C的冷凝水加熱升溫； 經過加熱後的原液與閃蒸室出來的母液混合；並送至加熱器加熱升溫後送進入閃蒸室閃蒸； 閃蒸室底部90%的母液送至加熱器繼續加熱升溫；閃蒸室底部10%的濃鹽水被送至強制循環蒸發系統； (5)、上述熱泵處理步驟中的蒸汽流程為: 機器啟動時，158°C的新蒸汽進入加熱器加熱母液，閃蒸室產生的95°C二次蒸汽經蒸汽壓縮機加壓升溫至110°C以上，進入加熱器加熱升溫母液； 蒸汽與母液換熱後成為107°C冷凝水，進入冷凝罐； 冷凝水從冷凝罐出來進入預熱器加熱升溫原液。
【文檔編號】C02F1/04GK103693702SQ201310755452
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月26日 優先權日:2013年9月21日
【發明者】萬代聰, 陳暉 , 卿尚偉, 鄧衷友, 付烈, 許春山, 周輝, 廖智英俊 申請人:四川運輝環保工程有限公司