СПОСОБ УДАЛЕНИЯ РАСТВОРЕННОГО ГАЗА ИЗ СЫРЬЕВОГО ПОТОКА ИСПАРИТЕЛЯ
METHOD FOR REMOVING DISSOLVED GAS FROM FEED STREAM OF EVAPORATOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способам удаления растворенных газов из сырьевого потока испарителя и, в одном варианте осуществления, настоящее изобретение относится к способу очистки добытой воды с помощью испарителя и удаления растворенного газа из сырьевого потока воды перед поступлением в испаритель.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
2
2
Во многих промышленных процессах используют испарители для очистки потоков сточных вод. Многие такие потоки сточных вод включают растворенные газы, такие как СО и HS, что приводит к образованию отложений, засорению или коррозии теплообменных трубок в испарителе. В связи с этим, известно использование способов, таких как десорбция с помощью газа, для удаления растворенных газов в сырьевых потоках испарителя. Однако энергозатраты для удаления растворенного газа и кондиционирования потока сточных вод таким образом, чтобы стало возможным эффективное удаление растворенного газа, оказываются значительными. Была и остается необходимость в эффективных и экономически выгодных способах удаления растворенных газов из сырьевых потоков испарителя.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2
2
2
2
Настоящее изобретение относится к системе и способу для удаления растворенных газов, таких как HS и CО, из сырьевого потока испарителя. Пар, отводимый из находящегося ниже по потоку испарителя, направляется в деаэратор для десорбции растворенных газов из сырьевого потока. В частности, в одном варианте осуществления водяной пар удаляет или десорбирует HS и CO. Давление и, следовательно, температура пара в деаэраторе устанавливается, по меньшей мере частично, за счет падения давления, которое происходит в отводимом паре между испарителем и деаэратором. Это падение давления служит для поддержания давления пара в деаэраторе на значительно более низком уровне, чем давление отводимого потока, выходящего из нагретого корпуса испарителя, как правило, ниже атмосферного давления. Это, в сочетании с нагреванием или поддержанием температуры сырьевого потока выше температуры насыщенного пара в деаэраторе, обеспечивает эффективное и экономически выгодное удаление растворенных газов из сырьевого потока. Данный способ уменьшает количество пара, необходимого для удаления растворенных газов из сырьевого потока, и в то же время устраняет необходимость в десорбции отходящим газом сырьевых потоков испарителя в таких процессах, как переработка нефтяных отходов или добытой воды.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 представлено схематическое изображение способа удаления растворенных газов из сырьевого потока испарителя.
На фиг.2 представлено схематическое изображение способа обработки добытой воды с применением процесса удаления растворенных газов из потока добытой воды перед процессом выпаривания.
ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу удаления растворенного газа из сырьевого потока испарителя. Сырьевой поток испарителя направляют в деаэратор-газовый десорбер (в дальнейшем называется деаэратор), работающий при давлении, которое значительно ниже, чем давление в корпусе нагревателя испарителя, расположенного ниже по потоку (ниже атмосферного давления). Условия давления в деаэраторе устанавливаются, по меньшей мере частично, за счет понижения давления в трубопроводе отводимого пара, ведущем из расположенного ниже по потоку испарителя в деаэратор. Кроме того, способ предусматривает нагревание сырьевого потока испарителя или, по меньшей мере, поддержания определенной температуры сырьевого потока таким образом, что температура сырьевого потока перед поступлением в деаэратор оказывается выше, чем температура насыщенного пара в деаэраторе.
Обратимся теперь к фиг.1, на которой показан пример способа. Сырьевой поток, такой как поток добытой воды, может включать в себя нефть и, в таких случаях, направляется в установку 24 обезмасливания. Установка 24 обезмасливания отделяет нефть от сырьевого потока и образует поток 24A отходов, который включает отделенную нефть. В некоторых сырьевых потоках испарителя нет нефти или сколько-нибудь значительных ее количеств, и в таких случаях установка обезмасливания не требуется. Во многих традиционных способах в этом месте сырьевой поток испарителя направляется в десорбер отходящего газа. В описанном здесь способе это не требуется. После отделения нефти от сырьевого потока сырьевой поток направляют в предварительный подогреватель (26) сырья. Предварительный подогреватель 26 может принимать различные формы. В одном варианте осуществления горячий пар направляют в предварительный подогреватель 26 для нагревания сырьевого потока. Как будет описано далее, предварительный подогреватель нагревает сырьевой поток таким образом, что он имеет температуру, которая существенно выше, чем температура насыщенного пара в расположенном ниже по потоку деаэраторе 56. В одном примере температура сырьевого потока перед поступлением в деаэратор 56 оказывается выше, чем температура насыщенного пара в деаэраторе.
В данном примере способа, ниже по потоку от предварительного подогревателя 26 сырья может осуществляться регулирование pH сырьевого потока. В сырьевой поток может быть добавлена кислота для снижения рН сырьевого потока. Это приводит к превращению щелочности, бикарбонатной и карбонатной, в диоксид углерода. Температурный датчик T расположен между предварительным подогревателем 26 сырья и деаэратором 56. Температурный датчик Т определяет температуру сырьевого потока, и в одном примере способа соединен с возможностью осуществления связи с регулятором, который регулирует нагревание сырьевого потока предварительным подогревателем 26 сырья.
2
2
Сырьевой поток перекачивается в деаэратор 56 и течет через него в нисходящем направлении. Как обсуждается ниже, водяной пар или паровой поток из расположенного ниже по потоку испарителя 34 направляется выше по потоку через деаэратор в противотоке относительно сырьевого потока, и в способе различные растворенные газы удаляются из сырьевого потока. В случае одного варианта осуществления указанными растворенными газами являются HS, CO и различные органические соединения. Специалистам в данной области техники будет понятно, что и другие растворенные газы могут быть удалены в деаэраторе 56.
Деаэратор 56 работает при давлении ниже атмосферного. Иными словами, деаэратор 56 является вакуумным деаэратором. Существуют различные способы и средства для поддержания вакуума в деаэраторе 56. В примере, показанном на фиг.1, вакуумный насос 58 предназначен для создания вакуума в деаэраторе 56. Вытяжной трубопровод функционально соединяет деаэратор 56 и вакуумный насос 58. Датчик давления Р функционально соединен с этим трубопроводом. Как видно из фиг.1, существует отводимый поток, выходящий из вакуумного насоса 58. Функция вакуумного насоса 58 заключается в поддержании вакуума в деаэраторе 56. Давление в деаэраторе можно регулировать путем измерения давления с помощью датчика P давления и использования измеренного давления для регулирования вакуумного насоса 58 с помощью регулятора. Вакуумный насос 58 не является необходимым для создания условий низкого давления в деаэраторе 56. Как описано ниже, отводимый поток, включающий водяной пар или пары, направляют из расположенного ниже по потоку испарителя 34 в деаэратор 56. В данном отводимом потоке используется падение давления, и это падение давления может применяться для получения давления в деаэраторе 56, которое ниже атмосферного давления. Таким образом, условия низкого давления в деаэраторе 56 могут быть установлены благодаря одному только падению давления. В других случаях вакуумный насос 58 может использоваться для работы в сочетании с падением давления для получения желаемого низкого давления в деаэраторе 56.
Жидкий сырьевой поток, отводимый из деаэратора 56, поступает в испаритель 34. В представленном здесь применении давление пара в деаэраторе 56 поддерживается на уровне менее 14,7 фунт/кв.дюйм абс. (0,10 МПа), и температура пара в деаэраторе поддерживается ниже 100°С. Если температура и давление ограничены таким образом, то сырьевой поток, выходящий из деаэратора 56, не будет кипеть при атмосферном давлении. Однако предпочтительно регулировать давление сырьевого потока из деаэратора 56 в испаритель 34 таким образом, чтобы оно находилось на уровне атмосферного давления. В связи с этим, на фиг.1 показан резервуар 60 атмосферного давления, расположенный в трубопроводе между деаэратором 56 и испарителем 34. Могут использоваться различные средства для поддержания давления в деаэраторе 56 на уровне ниже атмосферного и для регулирования давления сырьевого потока в трубопроводе, ведущем из деаэратора в испаритель 34. В другом варианте осуществления сырьевой поток может быть направлен из деаэратора в испаритель.
Для уменьшения образования отложений или загрязнения в испарителе 34 рН сырьевого потока или концентрата, образуемого испарителем, может быть повышен путем регулирования pH. Это приводит к повышению растворимости образующих осадок компонентов, таких как диоксид кремния. Испаритель 34, в этом и других вариантах осуществления, может быть традиционным испарителем с падающей пленкой, в котором используется механическая рекомпрессия пара. Испаритель 34 обычным образом производит конденсат, который направляется в прямоточный парогенератор или другое оборудование. В дополнение к этому, испаритель 34 концентрирует сырьевой поток и производит концентрат, который направляется в сепаратор 35 твердой и жидкой фаз, который отделяет твердую фазу от концентрированного рассола.
2
2
Пары или водяной пар, образующийся в корпусе нагревателя испарителя, могут использоваться в деаэраторе 56 для десорбции растворенных газов из сырьевого потока и, в то же самое время, давление пара, образованного в испарителе, можно регулировать до поступления в деаэратор, с получением желаемых условий давления и температуры в деаэраторе для эффективного удаления растворенного газа. Как описано выше, процесс удаления растворенного газа в деаэраторе 56 зависит от соотношения температуры и давления между паром в деаэраторе 56 и сырьевым потоком перед поступлением в деаэратор. Для достижения эффективного удаления растворенного газа, особенно удаления HS, органических соединений и CO с минимальными энергозатратами, температура сырьевого потока должна быть выше, чем температура насыщенного пара в деаэраторе 56. Таким образом, за счет понижения давления и, следовательно, температуры пара из испарителя 34 перед поступлением пара в деаэратор 56, этот желаемый перепад температуры можно регулировать и поддерживать. Температура пара в деаэраторе 56 определяется давлением пара. Таким образом, путем снижения давления водяного пара или паров, направляемых в деаэратор 56, и достаточного нагревания сырьевого потока с помощью предварительного подогревателя 26, этот желаемый перепад температуры может достигаться и поддерживаться.
Как показано на фиг.1, в паропроводе 21, проходящем от испарителя 34 в деаэратор 56, имеется средство для создания падения давления. Пары, образующиеся в испарителе 34, направляются в корпус нагревателя, и большая часть этих паров конденсируется. Корпус нагревателя отводит небольшую часть паров в деаэратор при давлении примерно 18,5 фунт/кв.дюйм абс. (0,13 МПа) и температуре 107°C. Эти условия присутствуют в трубопроводе 21 выше по потоку от средства, обеспечивающего падение давления. Существуют различные способы (активные или пассивные) понижения давления паров, выходящих из испарителя 34. Один пример включает в себя регулировочный клапан в паропроводе к деаэратору 56. Регулировочный клапан может вызывать падение давления. Оно может достигаться в виде контура регулирования давления или контура управления потоком. Также могут быть и другие средства стимулирования падения давления в потоке пара, такие как ручной клапан, сопло или отверстие.
В данном варианте осуществления концепция регулирования заключается в том, что это падение давления и предварительный нагрев сырьевого потока используют для получения перепада температур между температурой паров в деаэраторе 56 и температурой входящего сырьевого потока.
2
2
Система и способ, описанные выше и показанные на фиг.1, раскрывают общее применение изобретения. Несмотря на то, что существует множество применений способа, одним из конкретных применений является очистка добытой воды, получаемой в результате добычи нефти. На фиг.2 показан один пример такого способа. Как будет показано ниже, добытую воду подвергают процессу выпаривания. Однако, перед поступлением в испаритель 34, растворенные газы, такие как HS, органические соединения и CO, удаляются из добытой воды в деаэраторе 56. Как и в способе на фиг.1, температуру добытой воды регулируют таким образом, что она оказывается выше, чем температура насыщенного пара в деаэраторе 56. Это достигается за счет наличия падения давления в паропроводе между испарителем 34 и деаэратором 56, наряду с селективным и регулируемым нагреванием добытой воды до достижения деаэратора.
На фиг.2 показаны система и способ добычи нефти, которые в целом обозначены позицией 10. Водонефтяную смесь 20 отбирают из нефтяной скважины 42 и перекачивают к поверхности. Водонефтяную смесь направляют в сепаратор 22 отделения воды от нефти. Это обычно называют процессом первичного разделения нефти и воды. Могут использоваться различные традиционные системы разделения нефти и воды. Например, гравитационные или центробежные сепараторы могут использоваться для разделения водонефтяной смеси с получением нефтепродукта и отделенной воды. Нефтепродукт далее перерабатывают и продают. Как правило, добытая вода имеет температуру приблизительно 160-180 °C. Для охлаждения добытой воды перед дальнейшей обработкой добытую воду направляют в установку 23 охлаждения, где температура добытой воды обычно снижается до приблизительно 85°С. При таком подходе установка 24 обезмасливания может работать в качестве резервуаров, а не сосудов под давлением. После охлаждения добытой воды ее направляют в установку 24 обезмасливания, где дополнительная нефть удаляется. Могут использоваться различные устройства обезмасливания, такие как система флотации с газовым барботажем. В некоторых случаях полимер для обезмасливания добавляют в воду, отделенную сепаратором 22 отделения воды от нефти. Выпуск или выходящий поток из установки 24 обезмасливания называется добытой водой. Именно эту добытую воду очищают и кондиционируют перед повторным использованием для образования пара.
Добытую воду направляют в предварительный подогреватель 26, где добытая вода обычно нагревается до температуры свыше 100°C. В данном варианте осуществления желательно иметь температуру сырья выше рабочего давления пара деаэратора. Как обсуждалось в данном документе, температуру добытой воды повышают или поддерживают выше температуры насыщенного пара в расположенном ниже по потоку деаэраторе 56. Существуют различные способы для нагревания добытой воды. В одном варианте осуществления горячий пар направляют в предварительный подогреватель 26 для нагревания добытой воды. В других вариантах осуществления дистиллят, образуемый расположенным ниже по потоку испарителем 34, может быть направлен через предварительный подогреватель 26. В некоторых случаях сочетание пара и дистиллята используется для предварительного нагревания добытой воды.
2
В некоторых случаях может быть выгодно регулировать рН добытой воды до поступления в деаэратор 56. Как можно видеть на фиг.2, предусмотрена установка 27 для регулирования pH. В одном варианте осуществления кислоту вводят и смешивают с добытой водой для понижения рН. Понижение рН приводит к превращению щелочности, например, бикарбонатой, в диоксид углерода, который можно эффективно удалять в деаэраторе 56. В любом случае добытую воду направляют в деаэратор 56, который находится выше по потоку от испарителя 34. Поток паров или водяного пара направляют из испарителя 34 через деаэратор 56 в противотоке с добытой водой, текущей вниз через деаэратор. Данная конфигурация может использоваться для деаэрации щелочности, но использование повышенной температуры подачи в деаэратор и уменьшение рабочего давления деаэратора увеличивает десорбцию HS и других газов.
Как показано на фиг.2, трубопровод 21 проходит от испарителя 34 к блоку, обозначающему падение давления. Из блока падения давления выходит трубопровод 23, который направляется в деаэратор 56. Как правило, давление паров в трубопроводе 21 составляет приблизительно 18,5 фунт/кв.дюйм абс. (0,13 МПа), и пары имеют температуру приблизительно 107°C. Целью падения давления является понижение давления паров и, следовательно, температуры до нормируемого давления и температуры, которые будут эффективными и экономичными для десорбции или удаления растворенных газов из добытой воды в деаэраторе 56. Способ направлен на понижение давления пара в деаэраторе 56. Это по меньшей мере частично достигается за счет регулируемого падения давления в паропроводах 21 и 23 между испарителем и деаэратором. В некоторых случаях, вакуумный насос 58 также может быть функционально связан с деаэратором 56, чтобы гарантировать, что внутри деаэратора поддерживаются условия ниже атмосферного давления. Таким образом, способ, описанный в данном варианте осуществления, имеет целью нагревание добытой воды или по меньшей мере поддержание температуры добытой воды таким образом, чтобы температура добытой воды превышала температуру насыщенного пара в деаэраторе. В то же время, целью данного способа является использование падения давления в паропроводе (линии 21 и 23) между испарителем 34 и деаэратором 56 для поддержания условий в деаэраторе таким образом, чтобы давление насыщенного пара в нем было ниже атмосферного давления.
Из деаэратора 56 добытую воду направляют в испаритель 34, где она подвергается процессу выпаривания. Желательно привести добытую воду обратно к атмосферному давлению до поступления в испаритель 34. Поэтому в некоторых вариантах осуществления существует функция регулировки давления, которая эффективна для установления атмосферного давления.
Детали испарителя 34 и процесса выпаривания здесь подробно не рассматриваются, поскольку они не являются как таковые предметом настоящего изобретения, и конструкция и функционирование испарителей хорошо известны и понятны специалистам в данной области техники. Достаточно сказать, что испаритель 34 выпаривает, по меньшей мере, часть добытой воды, и в этом процессе образуется пар и концентрированный рассол. Пар конденсируется с образованием дистиллята 34А. Концентрированный рассол собирается в поддоне 34С испарителя и рециркулирует через испаритель 34 с помощью насоса 34Е, который перекачивает концентрированный рассол по рециркуляционному трубопроводу 34D рассола. Часть концентрированного рассола направляется в виде сброса из испарителя по трубопроводу 34B, который может быть направлен в установку очистки сбрасываемого потока (не показана).
Дистиллят 34A испарителя является по существу чистым. В дистилляте 34А может присутствовать небольшое количество растворенных твердых веществ, порядка 10 мг/л или менее. В любом случае, в данном варианте осуществления дистиллят 34А может направляться через предварительный подогреватель 26, где связанная с ним тепловая энергия передается добытой воде, проходящей через предварительный подогреватель. В варианте осуществления, показанном на фиг.2, дистиллят 34А направляется в парогенератор, где дистиллят превращается в водяной пар. Могут использоваться различные типы парогенераторов. Например, парогенератор может включать в себя обычный паровой котел или котлоагрегат. В дополнение к этому, парогенератор может быть прямоточным парогенератором (OTSG), который используется вместе с пароводяным сепаратором для выделения пара из пароводяной смеси, образуемой OTSG. Парогенератор образует пар, который направляется в нагнетательную скважину 40. В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.2, нагнетательная скважина 40 отстоит от нефтяной скважины 42, которая фактически добывает водонефтяную смесь 20. В обычном режиме пар, вводимый в нагнетательную скважину 40, мигрирует горизонтально в область около нефтяной скважины 42, где пар смешивается с нефтью в нефтяной скважине или нефтеносном пласте и конденсируется с уменьшением вязкости нефти и, как правило, мобилизует нефть с образованием водонефтяной смеси 20, упомянутой выше.
В настоящем способе имеются многочисленные преимущества для удаления растворенных газов из сырьевых потоков испарителя. Во многих традиционных способах в систему и способ включен десорбер отходящего газа. В одном варианте осуществления настоящего способа десорбер отходящего газа исключается. Способ также позволяет уменьшить или исключить подпиточный пар для предварительного нагрева сырьевого потока. В частности, он устраняет необходимость в горячем паре или по меньшей мере сохраняет нейтральный тепловой баланс. Повышение температуры сырьевого потока выше температуры насыщенного пара в деаэраторе 56 позволяет деаэратору функционировать в качестве парового десорбера. Кроме того, в способе применяется уникальный подход, использующий снижение давления в отводимом паре испарителя, направляемом в деаэратор, для поддержания соответствующего противодавления на корпусе нагревателя испарителя и поддержания вакуума в деаэраторе.
Настоящее изобретение может, конечно, быть осуществлено и другими способами, отличными от конкретно изложенных в данном описании, без отклонения от существенных характеристик изобретения. Настоящие варианты осуществления следует рассматривать во всех отношениях как иллюстративные и неограничивающие, и все изменения в пределах сущности и диапазона эквивалентов прилагаемой формулы изобретения подразумеваются как охватываемые ею.