槽具有靜態體積，油、油脂和其它有機物通常積聚在其中，需要間歇的油除去系統。油和有機物積聚使餾出物純度變差、對系統造成損壞并且增加停工時間。計算的流體動力學分析表明在高速內核與低速環形體積之間有非常少的混合(實施例3)。
[0043]在蒸發器管中生成的水蒸氣向下流動、排出蒸發器并且流入蒸發器外部的除霧容器(圖6)。除霧容器通過從蒸氣流中除去甚至非常小的鹽水液滴(直徑小于5微米)使得餾出物純度顯著改進。該高效率除霧器采用多級設計保證餾出物的高純度。除霧器具有至少兩級除霧。級一由百葉板(chevron)組成。工業百葉板除霧器是以鋸齒形排列的薄規格金屬陣列，使得霧滴將接觸金屬表面并且從蒸氣流中除去。這些百葉板可以除去超過95%的夾帶鹽水滴。該第一級被稱為粗除去級并且擔負捕集小、中等和大尺寸的液滴。包括百葉板的第二級以提供剩余夾帶鹽水滴更精細的除去。可以增加另外的級用于除去愈加更細的液滴。
[0044]這些非常細液滴的捕集保證了本發明將制得最高純度的餾出物。該集成的第二和第三除霧級分別是篩網凝聚墊和拋光百葉板。篩網凝聚墊是固定的除霧元件，其由編織在一起形成墊的非常細直徑的金屬絲組成。凝聚墊迫使非常小的液滴碰撞并且聚并形成中等和大尺寸液滴。現已擴大成中等和大尺寸液滴的非常小的液滴重新夾帶在蒸氣中，從第二級排出并且進入第三級。重新夾帶的液滴然后通過第三級拋光百葉板從蒸氣中除去。
[0045]傳統技術采用安裝在蒸發器本身的內環中的設計用于垂直流動的除霧器。該設計容易遭受固體積聚，因為含固體的鹽水液滴在低流速下排出，這歸因于它們與蒸氣的向上流動相反。混合除霧器設計通過使用設計用于水平流動并且位于容器外面的除霧器系統克服了該缺陷。水平流動設計允許優良的鹽水滴除去，因為蒸氣流(水平)不會與捕集的液滴的排出路徑(垂直向下)相反。因此，水平除霧器設計自然地減輕傳統技術經歷的固體堵塞問題。
[0046]此外，第一級百葉板可以裝有清洗系統以間歇清潔百葉板積聚的任何固體。使用的清洗溶液通常是用氫氧化鈉制備的設計目的是除去硅酸鹽固體的高PH洗滌溶液。第一級百葉板全部在規則的頻率下清洗，確保固體不會高度積聚。百葉板清洗可以全部一次或依次進行。
[0047]第二級裝有將清洗溶液連續噴入蒸氣流的洗滌系統。這吸收了揮發性組分并且進一步增強餾出物純度。
[0048]還可以通過將蒸發器排列成多效結構(圖7)，使得由一個效產生的蒸氣是在隨后的蒸發器效中驅動蒸發的蒸汽來增強餾出物純度。一般而言使用兩個或更多個效，盡管如果希望可以包括更多。該設計提供了至少兩個優于傳統技術的關鍵優點。首先，功率消耗顯著降低(僅對于MVC設計)，因為少于一半的產生的全部蒸氣必須通過蒸氣壓縮機加工。該功率降低顯著降低了蒸發器系統的工作成本。其次，超過一半的通過總系統制得的蒸氣由較低總溶解固體(TDS)濃度的鹽水制得。這是重要的，因為蒸氣中夾帶的細液滴將具有較低的TDS濃度(與最終鹽水濃度相比)，這導致甚至更高純度的餾出物。
[0049]將在VTFF蒸發器中預濃縮的鹽水排放入強制循環蒸發器，該蒸發器完成濃縮并且允許整個系統再循環好于98%的全部進料水。通過采用干燥技術、離心分離技術或過濾以使固體脫水使得它們將通過EPA油漆過濾器測試而實現ZLD。
[0050]實施例
[0051]實施例1描述了通過生成高質量餾出物處理生產水的蒸發系統的性能。在得自SAGD工藝的代表性生產水樣品上進行中試規模的測試以確定幾種設計增強的有效性。目的是I)證實軟化蒸發器上游的生產水的有效性，和2)證實直集水槽降膜蒸發器設計可以加工大量的油和油脂。當然，這些測試目的的符合不應該看作是對權利要求范圍內的實施方案的要求。中試測試的總運行時間為972小時。蒸發器系統在26的富集系數下工作，凈回收率96 %。
[0052]加工階段包括生產水軟化反應器、生產水預熱器、脫氣器、垂直管降膜蒸發器(直集水槽)、多級除霧和最后的蒸氣冷凝器。通過蒸汽發生器驅動中試規模的蒸發，使得工藝模擬多效降膜蒸發系統。
[0053]生產水含有15.0ppm油和油脂。對于具有直集水槽蒸發器的蒸發器系統工作而言，該油和油脂水平是可接受的。沒有可見的在水相上方積聚在集水槽中的油或烴相的跡象。這是因為由直集水槽設計提供的連續湍流。油不會積聚在蒸發器系統中并且與離開蒸發器的鹽水濃縮物(富集系數=26)連續排放出。
[0054]在預熱階段前將生產水加入軟化反應容器。在軟化反應容器中，將氫氧化鈉以500ppm — l，000ppm的濃度加入物流。隨著鈣和鎂鹽從溶液中沉淀出來，水軟化。還將防垢化學物質以16mg/L的量加入進料水。沉淀的鹽用混合器懸浮于溶液中并且移動通過系統剩余部分，并且最終與濃縮的鹽水從蒸發器排放出。軟化反應步驟中制得的平均固體尺寸為5.8微米，其是適用于移動通過蒸發器、沒有顯著積聚的尺寸。
[0055]實施例2報導了混合除霧器的效果。定量地，可以通過比較各個液滴尺寸下的液滴捕集效率觀察混合除霧器的效果。在整個范圍內，混合外部除霧器的液滴捕集優于傳統的內部除霧器，但在細液滴的捕集效率方面更加顯著。對于具有5.0微米直徑的液滴，混合除霧器捕集比內部除霧器多6%的液滴。對于具有4.0微米直徑的液滴，混合除霧器捕集多34% ;在3.0微米，混合除霧器捕集驚人的多80%的液滴。在該工藝中通過制得具有優良餾出物質量的水物理觀察改進的液滴除去效率，因為在除霧器后有顯著較少的鹽水滴仍然夾帶在蒸氣中。
[0056]實施例3報導了寬集水槽設計的缺陷在于產生靜態體積，其導致油和烴停滯和積聚。采取計算流體動力學研究(圖9)確定寬集水槽蒸發器提供優良混合和防止產生停滯袋的效果。研究結果表明實際上寬集水槽在集水槽的環形區域產生靜態體積。該環形區域中的流體速度約為O英尺/秒一 I英尺/秒。在隔室中，流體逆時針從底部循環到頂部。側室內再循環流速非常小并且表明非常少的混合和非常少的新液體流進入釜(tank)的該區域。與寬集水槽相反，直集水槽蒸發器模擬管中的流體流動并且具有相對均勻的流速形態，這排除了停滯側室的產生。
[0057]本文中引用或提及的專利、專利申請、公開物、科學論文、書籍、網址和其它文獻以及材料是本發明所屬的本領域那些技術人員到每一公開物被寫出時為止的技能水平的標志，并且全部引入作為參考，就像在本文中完全重寫那樣。文獻包含在本說明書中并不是允許該文獻出于任何目的代表先有的發明或者是現有技術。
【主權項】
1.一種用于生產水的方法，包括: (a)提供水流； (b)進行以下步驟中的至少一者:通過使鈣和鎂從水流中沉淀提高所述水流的pH以提供在高pH下的水流的步驟，和通過將酸加入補充水降低所述補充水的pH由此制得從所述補充水中除去的游離二氧化碳的步驟； (c)在熱交換器中將所述水流預熱； (d)將所述水流脫氣； (e)在包括蒸發器的第一蒸發階段中通過生成水蒸氣流使所述水流預濃縮；和 (f)在濃縮前在蒸發容器外面的除霧器中將所述水蒸氣流除霧以減小固體含量，由此產生高純度餾出物流，其中除霧步驟包括這些階段:在至少一個粗除去百葉板中處理所述水蒸氣流，用至少一個篩網凝聚墊處理所述水蒸氣流，和在至少一個拋光百葉板中處理所述水蒸氣流。2.權利要求1的方法，其中所述第一蒸發階段是垂直降膜蒸發器。3.權利要求2的方法，其中所述垂直降膜蒸發器是直集水槽垂直降膜蒸發器。4.權利要求2的方法，其中第一蒸發階段中的水蒸氣流再循環到蒸發器頂部，和在分布于上管板上之前級聯通過多個水平分布塔板，并且隨后均勻分布在蒸發器管中。5.權利要求1的方法，其中所述第一蒸發階段中的蒸發器是水平噴膜蒸發器。6.權利要求1的方法，其中所述第一蒸發階段中的蒸發器是多效蒸發器。7.權利要求1的方法，進一步包括在包括第二蒸發器的第二蒸發階段中蒸發高純度餾出物流，其中所述第二蒸發器是強制循環蒸發器。8.權利要求1的方法，其中在25°C下測量，所述pH增至9.5 — 13.0。9.權利要求1的方法，其中通過加入氫氧化鈉增加pH。10.權利要求1的方法，進一步包括: 使用預熱器旁通管控制所述純化餾出物的焓，由所述純化餾出物生產鍋爐水，其中所述焓控制使送入鍋爐的水的焓最大化。11.權利要求1的方法，包括在第二蒸發階段中使所述水流進一步濃縮，這制得另一純化餾出物流并且制得干燥固體產品，從而實現零液體排放。12.權利要求1的方法，包括使來自所述第一蒸發階段的所述水蒸氣流進一步濃縮，由此制得另一純化餾出物流和減小體積的用于處置的濃縮鹽水廢水。13.權利要求1的方法，包括使來自所述第一蒸發階段的所述水蒸氣流進一步濃縮，由此制得另一純化餾出物流和減小體積的濃縮鹽水廢水，從而使下游零液體排放結晶器的尺寸最小化。14.權利要求1的方法，其中所述預熱步驟在所述軟化步驟的上游進行。15.權利要求1的方法，進一步包括在所述補充水進入蒸發器之前將所述補充水獨立地于任何另外的蒸發器進料水流進行加熱。
【專利摘要】本文所示的實施方案提供了用于由重油生產工業中生產的水生成高達100％質量高壓蒸汽的基于蒸發的零液體排放方法。將去油的水在蒸發系統中處理，制得餾出物，這使得能夠用在較高壓力下工作的鼓式鍋爐或者在較高氣化速率下工作的一次通過蒸汽發生器(OTSG)產生蒸汽。將蒸發器排污在強制循環蒸發器中處理，提供可以使>98％的去油水再循環用于工業應用的零液體排放系統。本發明的例舉的實施方案提供了至少一個“直集水槽”蒸發器和至少一個混合外部除霧器。通過在較高的焓下制得餾出物，這使高壓鍋爐預熱要求最小化，本蒸發方法的實施方案在比現有技術的那些高的總效率下工作。
【IPC分類】B01D1/30, B01D1/22, E21B43/24
【公開號】CN105169731
【申請號】
【發明人】D·P·比約克蘭德, G·J·曼迪格, R·M·肖恩, J·M·馬雷特, C·逖瓦利
【申請人】水技術國際公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2010年8月5日