申请日2011.07.07
公开(公告)日2012.02.15
IPC分类号E21B43/24; C02F9/10
摘要
本发明提供了一种高盐油田污水处理和稠油开采相结合的装置及工艺，属于污水处理技术领域。可用于石油开采、炼油工业以及化工生产过程中的污水处理，尤其可实现对高盐油田污水的高效处理，同时可与稠油开采有效的结合起来。其特征为主要由高压水中焚烧蒸发器、多级闪蒸罐、喷雾蒸发器、注汽锅炉组成，该处理系统实现了高盐油田污水的深度处理，兼获淡水和盐浆，实现真正意义上的零排放，做到根除废水。与此同时，产生的高温高压二次蒸汽和气体与锅炉蒸汽结合起来，以最佳比例开采稠油，实现能源的充分利用。该处理系统结构紧凑、高效、经济，是一种稳定可靠的油田污水处理新技术。
权利要求书
1.一种高盐油田污水处理和稠油开采相结合的装置，其特征在于：
a)该装置包括一个高压水中焚烧蒸发器(3)，高压水中焚烧蒸发器(3)上安装有进口燃料、空气以及进口油田污水管路，内部有核心设备燃烧喷管(2)，污水管路上安装有高压油泵(1);
b)高压水中焚烧蒸发器(3)右侧安装有排气筒通道，下部通过浓缩液排出管道与多级闪蒸装置(8)连接;
c)多级闪蒸装置(8)右侧连接有冷却水进口管路，左侧接有锅炉给水泵(9);
d)多级闪蒸装置(8)右侧连接有淡水输出泵(7)，以及浓缩液输送泵(6);
e)喷雾蒸发器左侧分别与废气输入管路和浓缩液输送泵(6)相接，内部安装有喷嘴;
f)注汽锅炉(4)的蒸汽输出管道与高压水中焚烧蒸发器(3)的气-汽输出管道相连。
2.根据权利要求1所述的高盐油田污水处理和稠油开采相结合的装置，其特征在于：
高压水中焚烧蒸发器(3)包括喷射燃烧单元及蒸发单元。喷射燃烧单元中的燃烧室内部衬有耐火材料，喷射燃烧单元包括空气调节装置(10)、燃料调节装置(11)、燃料进口管(12)、燃料空气混合室(13)、混合气加速管(14)以及燃烧室(16)、二次空气管(15)，燃烧室(16)接有燃烧喷管(2)，燃烧喷管上有燃烧喷嘴(17)，燃烧喷管的内径要小于燃烧室的内径，使得燃烧产物以及火焰流速为燃烧室速度的5-10倍;燃烧喷管完全浸没于蒸发室的液体中;蒸发室下部有浓缩液排出管路，管路上安装有浓缩液控制阀(18)，中部有污水进液管，进液管安装上污水进料控制阀(21)，侧有高温高压蒸汽及废气排气筒 (19)，排气筒管路上接有压力调节阀(20)。
3.利用权利要求1所述装置的工艺，其特征在于包括以下工序：
(1)除有机物，升温蒸发获得高温高压蒸汽工序：经过沉降除污泥、悬浮物以后的油田污水，通入到高压水中焚烧蒸发器内，与高温燃烧产物迅速换热蒸发，同时除去有机物;兼获得的高温高压蒸汽与气体，其温度为250-400℃，压力为其温度对应的混合气-汽压力。
(2)高盐污水闪蒸工序：经高压水中焚烧蒸发工序后的污水进入多级闪蒸装置，闪蒸获得蒸汽;
(3)实现零排放工序：闪蒸后的高盐高黏污水进入喷雾蒸发室，浓缩，盐浆回收;
(4)回收淡水工序：冷却水进入多级闪蒸罐冷却闪蒸蒸汽，获得淡水;
(5)稠油开采工序：经过锅炉产生的高温高压蒸汽与高压水中焚烧蒸发产生的蒸汽-气体混合，进行稠油开采。
说明书
一种高盐油田污水处理和稠油开采相结合的装置及工艺
技术领域
本发明涉及一种高盐油田污水处理和稠油开采相结合的装置及工艺，属于 节能减排、有益于环保的污水处理技术领域。该处理系统将油田污水处理与稠 油开采高效的结合起来，从而实现油田采出水的深度处理和资源再利用。
背景技术
油田污水是伴随石油开采过程中主要的副产物，随着我国石油开采进入中 后期，为满足地层开采压力注入的水和蒸汽量都在增加，伴生的油田污水也越 来越多，处理压力很大。另外，油田污水成分还很复杂，含有大量的固体溶解 物、悬浮物、胶体、泥沙、微生物、气体、大分子有机物以及原油等，给油田 污水的处理带来了很大难题。现有的处理方法包括净化和淡化两部分，其中净 化方法有重力分离法、气浮法、粗粒化法、超滤法、曝气法、臭氧法、生物处 理方法等，淡化方法有离子交换软化法、石灰石软化法、反渗透、以及蒸馏法 等，现有油田污水的处理方法是根据水质特点使用以上不同方法的组合工艺。 这些工艺在处理高有机物以及高盐污水时，存在溶解物处理不彻底、膜污染严 重、设备腐蚀快等一系列问题，使得处理工艺受水质限制很大，因此探究新的 高效处理高盐油田污水的技术显得很有必要，也很迫切。
另外，随着常规石油资源过度开采和消耗，我国开始大力开采稠油资源， 针对稠油高黏度问题，目前我国主要是采用注蒸汽开采，蒸汽消耗量之大也给 油田开采带来了难题。近年来对于注蒸汽和N2，CO2、空气等混合气开采稠油取 得了很大的成效，根据稠油资源情况，针对不同油田资源特点，蒸汽与气体都 有一个最佳匹配比例，进行稠油开采，实现能源的有效利用。
鉴于高盐油田污水处理难题和稠油开采情况，本发明提供了一种高盐油田 污水处理和稠油开采相结合的装置及工艺，实现了高盐油田污水深度处理和能 源的高效利用。
本发明的核心装置--高压水中焚烧蒸发器是把燃料与空气燃烧产生的高温 火焰通过燃烧喷嘴直接喷射到污水中，进行快速的换热蒸发，产生高温高压的 蒸汽以及高温浓缩液的装置。
发明内容
本发明提供了一种高盐油田污水处理和稠油开采相结合的装置及工艺，装 置包括高压水中焚烧蒸发器、多级闪蒸装置、喷雾蒸发器、注汽锅炉、不同规 格泵等，通过产生的高温高压二次蒸汽和气体、与注汽锅炉结合起来，以一定 比例开采稠油，实现能源的充分利用实现了高盐油田污水的深度处理，兼获淡 水和盐浆，实现真正意义上的零排放。该处理系统结构紧凑、高效、经济，是 一种稳定可靠的油田污水处理新技术。
本发明的技术方案为：
本发明的装置包括一个高压水中焚烧蒸发器，高压水中焚烧蒸发器是以燃 料为能源，把燃烧产物以及火焰直接喷射到污水中，使污水中的有机物迅速氧 化，污水快速换热蒸发，最终得到高温高压蒸汽-气体混合物的设备。其上安装 有进口燃料、空气以及进口油田污水管路，内部有核心设备喷射燃烧单元以及 蒸发单元，污水管路上安装有高压油泵。具体结构如下：
包括供燃料和助燃空气在其内燃烧的喷射燃烧单元和处理污水的蒸发单元， 燃烧结构与蒸发室结为一体。喷射燃烧单元主要由燃料进口管、燃料空气混合 室、混合气加速管以及燃烧室组成，燃烧设备内部衬有耐火材料;燃烧室主体 的下部引出燃烧喷管，燃烧喷管上设置有多个燃烧喷嘴，燃烧喷管的内径要小 于燃烧室的内径，以便使得燃烧产物以及火焰获得较高的流速，一般为燃烧室 速度的5-10倍，使得火焰能够有足够动力经喷嘴喷出，同时高速可避免物料堵 塞喷头通道。燃烧喷管完全浸没于液体中;燃料进口管设有燃料调节装置;燃 烧设备的燃料进口管附近设有调节空气注入量的空气调节装置;蒸发室上侧有 高温高压蒸汽及废气排出的排气筒，排气筒上安装有压力调节阀;蒸发室中部 有污水进液管，设置有进料调节阀;蒸发室下部设置有浓缩液排出控制阀。
高压水中焚烧蒸发器其产生的蒸汽压力与温度是有排气管道上的压力调节 阀来控制的，一般稠油蒸汽开采的温度在250-300℃，该装置可以实现这个温度， 甚至更高，压力就是蒸汽温度下对应的混合气-汽压力。
喷射燃烧单元的燃烧室接有燃烧喷管，可直接把燃烧的火焰喷射到污水中， 快速换热蒸发产生高温高压蒸汽，其蒸汽温度以及压力是由排气筒管路上的压 力调节阀来控制的。为了满足生产工艺需要，高压水中焚烧蒸发器内的燃烧喷 管可以使用直管或U型管。
高压水中焚烧蒸发器安装有排气筒，蒸发器下部通过浓缩液排出管道与多 级闪蒸装置连接;多级闪蒸罐一侧连接有冷却水进口管路、淡水输出泵、浓缩 液输出泵，另一侧接有锅炉给水泵。
喷雾蒸发器左侧分别与废气输入管路和盐水泵相接，内部安装有喷嘴，以 便快速喷雾蒸发，实现零排放;
注汽锅炉的蒸汽输出管道与高压水中焚烧蒸发器的气-汽输出管道相连，使 蒸汽-气体以一定的比例开采稠油。
高压水中焚烧蒸发器内部要保持高压环境，进口燃料以及助燃剂空气均要 具备一定的高压，而且蒸发器要具备安全措施。
高压油泵、浓缩液输送泵、淡水输出泵和锅炉给水泵均要使用高压输液泵， 以满足工艺需要。
本发明的工艺步骤如下：
(1)除有机物，升温蒸发获得高温高压蒸汽工序：经过沉降除污泥、悬浮 物以后的油田污水，通入到高压水中焚烧蒸发器内，与高温燃烧产物迅速换热 蒸发，同时除去有机物;兼获得的高温高压蒸汽与气体，其温度一般250-400 ℃之间，甚至可以更高，压力为其温度对应的混合气-汽压力。
(2)高盐污水闪蒸工序，它包括：经高压水中焚烧蒸发工序后的污水进入多 级闪蒸罐，闪蒸获得蒸汽;
(3)实现零排放工序，它包括：闪蒸后的高盐高黏污水进入喷雾蒸发室，进 一步浓缩，盐浆回收，实现零排放;
(4)回收淡水工序，它包括：冷却水进入多级闪蒸罐冷却闪蒸蒸汽，获得淡 水;
(5)稠油开采工序，它包括：经过锅炉产生的高温高压蒸汽与高压水中焚烧 蒸发产生的蒸汽-气体以一定的比例混合，进行稠油开采。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的高盐油田污水处理和稠油开采相结合的装置及工艺，实现了 高盐油田污水的有效处理和稠油开采的有机结合。
(2)该高盐油田污水处理和稠油开采相结合的装置及工艺，对油田污水的 预处理要求低，只需要进行污泥和悬浮物处理即可，避免了膜法对污水预处理 要求高的问题，使得工序更简单，易行。
(3)该高盐油田污水处理和稠油开采相结合的装置及工艺，实现了原油以 及大分子有机物的高效处理，甚至原油可作为燃料能源被再利用。
(4)该高盐油田污水处理和稠油开采相结合的装置及工艺，可有效的避免 高盐结垢腐蚀设备问题，设备投资少;高压水中焚烧换热蒸发，可有效解决高 黏油田污水传热效率低问题，实现高效换热升温、蒸发。
(5)该高盐油田污水处理和稠油开采相结合的装置及工艺，高压水中焚烧 蒸发可以产生高温高压的蒸汽-气体混合物，与锅炉产生的蒸汽一起以一定的比 例匹配开采稠油。
(6)该高盐油田污水处理和稠油开采相结合的装置及工艺，多级闪蒸盐水 最高温度可到达250℃，甚至更高，实现非常规闪蒸，可获得高品质淡水资源， 同时蒸汽冷凝热可给锅炉给水进行预热，实现了能源的高效利用。
(7)该高盐油田污水处理和稠油开采相结合的装置及工艺，喷雾蒸发器可 实现高盐水的进一步浓缩，实现真正的零排放，产生的二次蒸汽与废气热量再 利用，也可直接外排，不会对环境造成污染。
