一種以氮氣為氣源的壓力溶氣氣浮除油方法及裝置的製作方法
2023-06-21 02:05:41 1
專利名稱：一種以氮氣為氣源的壓力溶氣氣浮除油方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於汙水處理方法，涉及石油生產技術領域的汙水處理，是一種以氮氣為氣源的新型壓力溶氣氣浮除油方法及裝置。
背景技術：
石油及化工工業中需要對大量含油汙水進行處理，幾十年來，隨著石油工業的迅猛發展，由採油、採氣、鑽井所帶來的各種汙水給自然環境和人類健康帶來了很大危害。據1998年統計，全國各油田採出水量達到每日140多萬方。由於這些汙水的危害，所以在其排放或回注之前，要進行一定的處理和處置。
油田汙水處理及回收對石油生產和環境保護起著極其重要的作用，到目前為止，全世界所有油田都必須面對和解決油田汙水處理及回收，既要保證和提高石油生產，同時又要保護好自然環境。
油田汙水種類較多，主要有原油採出水、鑽井汙水及其它類型的含油汙水。採出水約佔石油開發中總汙染物的98％。它是從原油和天然氣中分離出來的地層水。它可以是基巖(或共生)水，也可以是基巖水與注入水的混合水。它可能來自地面加工廢液(如脫鹽廢水)，也可能來自水洗井水。採出水的汙染是由於其含有的雜質會對生態環境造成危害。這些雜質包括有可溶性的固體(主要是鹽類和重金屬)、懸浮的和溶解的原油、固體顆粒、硫化氫、二氧化碳，還含有微量的天然放射性物質。除了天然的雜質外，還含有一些用來改變採出水化學性質的化學添加劑，如混凝劑、防腐劑、破乳劑、殺菌劑、分散劑、清蠟劑及防垢劑等，而注水開發油田採出的採出水中還含有注入地層中的酸類、除氧劑、表面活性劑、潤滑劑和除垢劑等。鑽井汙水成分複雜，主要取決於被鑽巖石和所採用的鑽井液、洗井液等的成分。鑽井汙水中存有石油、粘度控制劑、粘土穩定劑、加重劑、防腐劑、殺菌劑、潤滑劑、地層親和劑、消泡劑及重金屬等。其它類型的含油汙水主要包括油汙泥堆排放場所的滲濾水、洗滌設備的汙水、油田地表經流雨水、生活汙水以及事故性洩露和排放引起的汙染水體等。由於油田汙水種類多，地層差異及鑽井工藝的不同等原因，各地的油田汙水水質差異大、同時水質變化也大，這為油田汙水的處理帶來了困難。
油田汙水經過處理後再回注地層或向外排放，此時要對水中的懸浮物、油、礦化度等多項指標進行嚴格控制，防止對石油儲層產生傷害，如果是作為鍋爐或生活用水，則要嚴格控制水中的鈣、鎂離子含量，硬度，如果處理後排放，則根據自然環境保護要求，將汙水處理到回注排放標準。我國絕大部份油田處於沙漠、戈壁灘、草原及海邊，水資源缺乏，因此，油田汙水處理的好壞直接關係到油田的生產成本、生產安全和自然環境的保護。
氣浮法作為一種高效、快速的固液、液液分離技術，始於選礦。自七十年代以來，該項技術在水處理領域頗受國內外學者的關注並得以迅速發展，目前已較廣泛地應用於油田廢水、城市汙水和工業廢水處理。氣浮過程根據氣泡的產生方式不同，可分為電解(凝聚)氣浮、噴射氣浮和溶氣氣浮，其中的壓力溶氣氣浮是水處理最常用的工藝。
溶氣氣浮過程是一個物理化學的混合過程。物理過程為將氣體注入水中，混合液被引至溶氣罐，通過加壓絕大部分氣體溶於水中。溶氣水進入接觸室，由溶氣釋放器卸壓噴射，氣體便從溶液中溢出，微細氣泡隨之產生。接下來要完成氣泡與懸浮物(包括油珠和絮粒)的接觸過程由兩種因素促成，一是氣泡與懸浮物的直接碰撞；二是帶正電荷的氣泡和帶負電荷的懸浮固體顆粒相互吸引，由於氣泡和顆粒的ξ電位很小，一般需加入陽離子化學劑(如硫酸鋁)加強ξ電位，以加強氣泡與顆粒之間的吸引力。分離過程主要是依靠氣泡的浮力(氣泡的比重遠小於水)，實現粘附於氣泡上懸浮物的強制性上浮。
油田上常用的壓力溶氣氣浮裝置主要有兩種，一種是以空氣為氣源的開放式壓力溶氣氣浮裝置，但這種裝置最大的問題在於採出水曝氧。採出水的礦化度極高(一般為10000-50000mg/L)、導電率高、電化學反應快，本身就是具有較強的腐蝕性。氧是很強的氧化劑，如果空氣中的氧溶於水中，由於體積小、活性大、穿透性強的Cl-存在及溶解氧與水中的H2S，CO，產生協同作用，使腐蝕速度大為加快。另一種是以天然氣為氣源的密閉式壓力溶氣氣浮裝置，這種方式雖然避免了採出水曝氧，但也存在其他的問題，例如安全問題，由於天然氣的主要成分是甲烷、乙烷等易燃氣體。
發明內容
為解決上述目前壓力溶氣氣浮裝置中存在的問題，本發明的目的在於，提供一種以氮氣為氣源的密閉式壓力溶氣氣浮方法及裝置。
為了實現上述任務，本發明採取如下的技術解決方案一種以氮氣為氣源的密閉式壓力溶氣氣浮方法，其特徵在於，該方法在天然氣為氣源的密閉式壓力溶氣氣浮裝置上以氮氣替代天然氣進行密閉式循環，氮氣經氣體壓縮機後被引至溶氣罐，通過壓縮機的加壓，使絕大部分氮氣溶於氣浮處理罐的含油汙水中，溶氣釋放器卸壓噴射，氣體便從溶液中溢出，微細氣泡隨之產生，帶走含油汙水中的油滴和懸浮物，並收集處理後的清水。
上述方法的裝置，包括氣浮處理罐，其特徵在於，所述的氣浮處理罐的上部出氣口與一個氮氣罐相連通，氮氣罐上連接有膜分離器，並通過氣體壓縮機與溶氣罐相連，溶氣罐與氣浮處理罐連接；氣浮處理罐還與一個清水罐連接，該清水罐的部分清水通過管路回流至溶氣罐中。
本發明充分利用了壓力溶氣氣浮方法及裝置的特點，使用氮氣既避免了採出水曝氧，又解決了使用天然氣帶來的安全隱患，具有廣闊的市場前景。
圖1為本發明的結構原理圖，其中的標號分別表示1、膜分離器，2、氮氣罐，3、氣體壓縮機，4、壓力溶氣罐，5、氣浮處理罐，6、清水罐。
下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
具體實施例方式
本發明以氮氣替代天然氣進行密閉式循環，氮氣經氣體壓縮機後被引至溶氣罐，通過加使壓絕大部分氣體溶於氣浮處理罐的含油汙水中。使絕大部分氮氣溶於含油汙水中，含氮氣體產生微細氣泡，帶走含油汙水中的油滴和懸浮物，並收集處理後的清水。
參見圖1，本發明的裝置包括氣浮處理罐5，其特徵在於，所述的氣浮處理罐5的上部出氣口與一個氮氣罐2相連通，氮氣罐2上連接有膜分離器1，並通過氣體壓縮機3與溶氣罐4相連，溶氣罐4與氣浮處理罐5連接；氣浮處理罐5還與一個清水罐6連接，該清水罐6還和溶氣罐4相通。
膜分離器1將空氣中的氮氣分離，並將分離產生的氮氣送入氮氣罐2中，氮氣罐2的氮氣通過氣體壓縮機3進入溶氣罐4，通過氣體壓縮機的加壓，其中絕大部分的氮氣溶於水中。溶氮氣水通過管路進入氣浮處理罐5中，由溶氣罐4中的溶氣釋放器卸壓噴射，使氮氣從汙水溶液中溢出，隨之產生微細氣泡，帶走含油汙水中的油滴和懸浮物，處理後的清水則進入清水罐6，同時氣浮處理罐5中的部分氮氣回流至氮氣罐2中。這是處理汙水的基本流程。與此同時，氣浮處理罐5中和氮氣罐2之間還存在一個氮氣平衡問題，由於處理後的清水可能帶走一部分氮氣，因此需要補充氮氣，而膜分離器1的作用就是通過分離空氣產生氮氣為氮氣罐2補充氮氣。
權利要求
1.一種以氮氣為氣源的壓力溶氣氣浮除油方法，其特徵在於，該方法在天然氣為氣源的密閉式壓力溶氣氣浮裝置上以氮氣替代天然氣進行密閉式循環，氮氣經氣體壓縮機後被引至溶氣罐，通過加壓使絕大部分氮氣溶於水中，溶氣水進入氣浮處理罐，由溶氣罐中的溶氣釋放器卸壓噴射，氣體便從氣浮處理罐的含油汙水中溢出，隨之產生微細氣泡，帶走含油汙水中的油滴和懸浮物，並收集處理後的清水。
2.實現權利要求1所述方法的裝置，包括氣浮處理罐(5)，其特徵在於，所述的氣浮處理罐(5)的上部出氣口與一個氮氣罐(2)相連通，氮氣罐(2)上連接有膜分離器(1)，並通過氣體壓縮機(3)與溶氣罐(4)相連，溶氣罐(4)與氣浮處理罐(5)連接；氣浮處理罐(5)還與一個清水罐(6)連接，該清水罐(6)的部分清水通過管路回流至溶氣罐(4)中。
全文摘要
本發明公開了以氮氣為氣源的壓力溶氣氣浮除油方法及裝置，氮氣經氣體壓縮機後被引至溶氣罐，通過加使壓絕大部分氣體溶於氣浮處理罐的含油汙水中。溶氣水進入接觸室，由溶氣釋放器卸壓噴射，氣體便從溶液中溢出，微細氣泡隨之產生，汙水中的油滴和懸浮物被微細氣泡攜帶上升，達到除油目的。使用氮氣既避免了採出水曝氧，又解決了使用天然氣帶來的安全隱患。
文檔編號C02F103/10GK1792831SQ200510096469
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月5日 優先權日2005年12月5日
發明者周宗強, 劉海浪, 曾亞勤, 王亞平, 周芳德 申請人:西安交通大學