專利名稱：一種含鹽含油廢水熱脫鹽防垢和提高回收水質(zhì)的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢水資源化處理領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及一種含鹽含油廢水熱脫鹽防垢和提高回收水質(zhì)的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前我國(guó)大部分油田都已進(jìn)入石油開采的中期和后期，采出原油的含水率已達(dá)到70-80%，有些油田甚至高達(dá)90%，隨著采出液的含水率不斷上升，導(dǎo)致需要處理的采出液廢水量快速増加。特別是稠油廢水一重質(zhì)浙青質(zhì)原油(稠油)的采出液經(jīng)過(guò)多步處理后與油分離排出的廢水，水溫高、含油量大、含有硫化物、揮發(fā)酚、氯化物、氟化物、氨氮、腐生菌和硫酸鹽等，并具有一定的硬度和礦化度。油田產(chǎn)生大量的含鹽含油廢水無(wú)法直接排放到環(huán)境中，同時(shí)油田開采又需要大量高品質(zhì)的水源供給鍋爐給水，這些油田廢水由于量大且含 有一定的余熱，適合回收為鍋爐給水；但是因?yàn)楹}、含油，用膜處理法回收不合適；而采用蒸發(fā)設(shè)備進(jìn)行熱脫鹽回收則既可利用余熱，也可以適應(yīng)水質(zhì)的瞬間變化。但是由于稠油廢水中硅、鈣含量高，即使經(jīng)過(guò)除硅エ藝仍有殘余，如果在蒸發(fā)過(guò)程中形成硅垢和硅鈣復(fù)合垢將非常難以處理，嚴(yán)重影響蒸發(fā)效率和蒸發(fā)設(shè)備的正常使用。除油田廢水外，也有其它化エ廠、煉廠的廢水同時(shí)含鹽、含油，也適合熱回收也同樣也遇到防垢的問(wèn)題。因此開發(fā)廢水蒸發(fā)前預(yù)處理以防垢的技術(shù)是油田廢水熱回收的關(guān)鍵。此外在含鹽含油廢水蒸發(fā)過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)大量泡沫；泡沫攜帶進(jìn)入蒸汽，會(huì)使回收的蒸餾水被泡沫污染、品質(zhì)降低，油含量增加等，不能滿足某種利用要求，需要額外的處理步驟，使系統(tǒng)復(fù)雜程度和處理費(fèi)用提高。所以含鹽含油廢水回收的另一重要問(wèn)題是保證回收水的水質(zhì)。現(xiàn)有防垢技術(shù)有化學(xué)方法和物理方法?；瘜W(xué)方法主要是加阻垢劑，以有機(jī)高分子螯合物為主要成份，與料液中的成垢離子發(fā)生螯合反應(yīng)，形成穩(wěn)定的可溶性螯合物，可有效地阻止物料液在蒸發(fā)濃縮中析出水垢。阻垢劑有許多專利技木，如表面蒸發(fā)空冷專用緩蝕阻垢劑(02117840. 2)，一種水處理緩蝕阻垢劑及其制備方法(02112951. 7);鍋爐用納米改性高嶺土類阻垢劑及制備方法(200310107032. 3)，等。然而現(xiàn)有的阻垢劑既對(duì)鈣垢有效、又對(duì)硅垢有效的很少；并且使用阻垢劑不能提高回收水的水質(zhì)。物理方法，如電子物理技術(shù)如高梯度電場(chǎng)離子棒水處理器(02113951. 2)，晶種注入技術(shù)，如鹽水用蒸發(fā)器表面防垢方法(201010599271. 5)等，這些技術(shù)均不能滿足同時(shí)阻垢又能去油的要求。迫切需要開發(fā)適合大量含鹽含油廢水熱回收防垢、防止油份大量進(jìn)入回收水中的預(yù)處理技術(shù)、以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、高效含鹽含油廢水回收。鑒于現(xiàn)有的阻垢技術(shù)不能滿足大規(guī)模的含鹽含油廢水高效的、保證水質(zhì)的熱回收處理要求，為了更經(jīng)濟(jì)、安全、高效地實(shí)現(xiàn)含鹽含油廢水熱脫鹽回收并提高回收水的品質(zhì)；本發(fā)明提出一種高效、經(jīng)濟(jì)、可穩(wěn)定運(yùn)行、不增加含鹽量和可溶物含量的廢水處理技術(shù)，以防止熱回收過(guò)程中的結(jié)垢，井能同時(shí)提高回收水的品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的ー個(gè)目的是提供一種含鹽含油廢水熱脫鹽防垢和提高回收水質(zhì)的方法，該方法在防垢的同時(shí)還可以提高所回收蒸餾水的水質(zhì)。所述方法包括廢水在自身余熱或者被預(yù)熱后利用霧化器將水流霧化，讓高度霧化的水通過(guò)低溫等離子體(Non-thermalplasma,縮寫為NTP)反應(yīng)區(qū)，在NTP處理裝置的出口再設(shè)置氣體分離器，除氣后的廢水進(jìn)入蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)回收蒸餾水。本發(fā)明的另ー個(gè)目的是提供一種含鹽含油廢水熱脫鹽防垢和提高回收水質(zhì)的方法所使用的系統(tǒng)。本發(fā)明提出的含鹽含油廢水熱脫鹽防垢和提高回收水質(zhì)的方法，具體步驟如下 廢水I進(jìn)入預(yù)熱器2，預(yù)熱器2利用熱源3將含鹽含油廢水加熱到8(T102°C，然后將預(yù)
熱后的廢水用泵送至NTP處理裝置中的霧化器7，將其霧化后送入等NTP反應(yīng)區(qū)9進(jìn)行處理，隨后將處理后的廢水用泵6送入氣體分離器15，分離氣體和可揮發(fā)的油，再送入蒸發(fā)器 17進(jìn)行熱脫鹽回收；其中NTP反應(yīng)區(qū)9由高壓電極10和低壓電極11間內(nèi)的空間構(gòu)成；高壓電極和低壓電極對(duì)選自線ー筒電極和線一板電極；優(yōu)選為線一筒電極；電源的脈沖放電頻率為300pps lOOOpps ;優(yōu)選為500pps 900pps, pps是姆秒放電次數(shù)；所述含鹽含油廢水I由霧化器7霧化后流經(jīng)反應(yīng)區(qū)9的時(shí)間為1(T40 rV(J/pulse)L* (pps/1000);優(yōu)選為15 29 rV(J/pulse)L*(pps/1000),其物理含義是針對(duì)每焦耳的單次脈沖放電量，以液體計(jì)量時(shí)流過(guò)反應(yīng)區(qū)的空塔速度；例如，單次脈沖放電能量為2 J/pulse、工作脈沖頻率為lOOOpps ；NTP反應(yīng)區(qū)9的結(jié)構(gòu)使得廢水流通過(guò)NTP反應(yīng)區(qū)的空塔速度為20h_V(J/pulSe)L* (pps/1000)吋，則通過(guò)每m3NTP反應(yīng)區(qū)9的水流量為40m3/h/m3 ;如果工作脈沖頻率為500pps,則通過(guò)姆m3反應(yīng)區(qū)的水流量下降為20m3/h/m3。如脈沖放電能量為4 J/pulse、工作脈沖頻率為lOOOpps ;空塔速度仍取20h_V(J/pulse)d(pps/1000)吋，則通過(guò)每m3反應(yīng)區(qū)的水流量為80m3/h/m3。由于廢水流過(guò)反應(yīng)器時(shí)實(shí)際為霧化態(tài)，霧化氣流的空塔速度在10000 h_7(J/pulSeh以上。經(jīng)過(guò)NTP處理后的含鹽含油廢水所含的鹽份發(fā)生變化、不易結(jié)垢，且所含的油份分成分子量更大、不易蒸發(fā)，和分子量更小、更易于揮發(fā)的兩部分，再送入氣體分離器15分離所溶解的氣體和易揮發(fā)性的油；氣體分離器15優(yōu)選為旋膜式和可以補(bǔ)充熱源的形式；更優(yōu)地，將分離的氣體混合物16引出處理后排空。經(jīng)過(guò)NTP處理和氣體分離器分離可溶氣體和揮發(fā)性的油以后的含鹽含油廢水再進(jìn)入蒸發(fā)器17進(jìn)行熱脫鹽回收，蒸發(fā)器選自豎管降膜蒸發(fā)器、橫管臥式蒸發(fā)器、板式蒸發(fā)器等，優(yōu)選帶有除沫器的豎管降膜蒸發(fā)器。本發(fā)明所提供的方法包括將廢水霧化后送入NTP反應(yīng)區(qū)，然后匯集在下部的儲(chǔ)水箱，便于用泵送至下一環(huán)節(jié)。霧化器的主要作用是讓廢水呈霧狀與NTP反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生的自由基充分接觸并且可以自霧化的廢水中產(chǎn)生自由基，提供足夠的反應(yīng)機(jī)會(huì)，以及避免液態(tài)的廢水對(duì)脈沖放電產(chǎn)生的干擾；而前ー步的預(yù)熱可以使霧化效果更好、處理效果更好。本發(fā)明中，所述的高壓直流高頻脈沖電源優(yōu)選為直流高壓高頻窄脈沖式；優(yōu)選高、低壓電極對(duì)為線一筒式電極；電源和電極結(jié)合放電能量?jī)?yōu)選為大于lj/pulse (脈沖)。本發(fā)明提出的含鹽含油廢水熱脫鹽防垢和提高回收水質(zhì)的方法所使用的系統(tǒng)，包括預(yù)熱器2、NTP處理裝置、氣體分離器15和蒸發(fā)器17，NTP處理裝置包括霧化器7、高壓直流脈沖電源8、NTP反應(yīng)區(qū)9、儲(chǔ)水箱12 ;其中NTP反應(yīng)區(qū)9由高壓電極10和低壓電極11之間的空間組成，高壓直流脈沖電源8分別連接高壓電極10和低壓電極11，霧化器7位于NTP反應(yīng)區(qū)9上部，NTP反應(yīng)區(qū)9下部是儲(chǔ)水箱12，所述預(yù)熱器2的出水ロ與霧化器7通過(guò)管道5和水泵6相連，儲(chǔ)水箱12底部ー側(cè)通過(guò)水泵6和管道連接氣體分離器15，儲(chǔ)水箱12底部一側(cè)通過(guò)循環(huán)閥13和循環(huán)管道14與霧化器7相連；形成循環(huán)回路；所述的氣體分離器15將廢水中的溶解氣體和可揮發(fā)的油份分離；氣體分離器15通過(guò)管道連接蒸發(fā)器17，所述蒸發(fā)器17產(chǎn)生的蒸汽或者蒸汽冷凝獲得的蒸餾水通過(guò)管道連接預(yù)熱器2，將熱源3通入預(yù)熱器2內(nèi)。本發(fā)明中，所述預(yù)熱器2預(yù)熱所要預(yù)處理的油田廢水；包括用于廢水流通的管道元件以及用于預(yù)熱所述廢水的熱源3。本發(fā)明中，所述儲(chǔ)水箱12儲(chǔ)存所述預(yù)熱后的廢水。本發(fā)明中，所述霧化器7將預(yù)熱后的廢水霧化，以便于在NTP反應(yīng)區(qū)9進(jìn)行反應(yīng)。霧化器選自壓力式霧化器和介質(zhì)式霧化器，優(yōu)選壓力式霧化器。 本發(fā)明中，所述氣體分離器15分離除去處理后廢水中的廢氣和可揮發(fā)性的油。本發(fā)明中，所述蒸發(fā)器17將廢水熱脫鹽回收蒸汽，蒸汽利用現(xiàn)有方式冷凝成蒸餾水。本發(fā)明中，所述預(yù)熱器采用現(xiàn)有的任何能實(shí)現(xiàn)廢水預(yù)熱的加熱器；如板式加熱器、列管式加熱器、盤管式加熱器、蛇形管加熱器、套管式加熱器或螺旋板加熱器，并通過(guò)選自油田的高溫采出液余熱、蒸餾水的余熱、蒸汽、煙氣廢熱為熱源進(jìn)行加熱。一種優(yōu)化的熱源方案是使用蒸發(fā)器17產(chǎn)生的蒸汽，此時(shí)優(yōu)選盤管式預(yù)熱器；或者蒸餾水的余熱為熱源，此時(shí)優(yōu)選板式加熱器。另ー種優(yōu)化的熱源方案是使用油田的高溫采出液來(lái)加熱，此時(shí)優(yōu)選螺旋板換熱器。本發(fā)明中，所述氣體分離器15進(jìn)ロ與NTP裝置相連；出ロ將與后續(xù)的蒸發(fā)器17連通。所述的氣體分離器優(yōu)化采用帶上排氣收集和處理的氣體分離器，以避免自廢水中分離并排出的廢氣和揮發(fā)性油造成污染。更為優(yōu)選地，氣體分離器15采用旋流膜式除氧器，所述除氧器的排氣ロ將廢氣接至控制區(qū)。本發(fā)明中，所述的蒸發(fā)器17可以是現(xiàn)有的豎管式降膜蒸發(fā)器，橫管式蒸發(fā)器、板式蒸發(fā)器。優(yōu)選地，所述蒸發(fā)器為帶有高效除沫裝置的豎管式降膜蒸發(fā)器，以將蒸汽中攜帯的泡沫去掉。更為優(yōu)選地，蒸發(fā)器與節(jié)能裝置相連，將蒸汽冷凝成凝結(jié)水并回收蒸汽攜帯的余熱。系統(tǒng)優(yōu)選將蒸發(fā)器產(chǎn)生的部分蒸汽通過(guò)管道元件與前面所述預(yù)熱器的熱源進(jìn)ロ連接，將蒸汽作為預(yù)熱器的熱源3 ;其余蒸汽與節(jié)能裝置連接，使蒸汽攜帶的熱量能夠回收利用。采用本發(fā)明所提供的含鹽含油廢水熱脫鹽防垢及提高回收水質(zhì)的方法和系統(tǒng)可以使廢水處理后在后續(xù)的加熱蒸發(fā)濃縮過(guò)程中，不需要再加入阻垢劑或者大幅度減少阻垢劑的用量，或者同時(shí)加入阻垢劑后可以大幅延長(zhǎng)設(shè)備除垢維護(hù)的周期，這就減少了藥劑的費(fèi)用，提高了蒸發(fā)器使用的可靠性，降低了廢水熱脫鹽回收的成本。采用本發(fā)明所提供的含鹽含油廢水熱脫鹽防垢及提高回收水質(zhì)的方法和系統(tǒng)的另ー個(gè)好處是可以使回收的蒸餾水水質(zhì)提高；使蒸發(fā)濃縮產(chǎn)生的蒸餾水能夠直接進(jìn)行鍋爐回用或者減少后續(xù)的水處理工序，進(jìn)ー步降低廢水回收成本。這里所說(shuō)的含鹽含油廢水可以是稠油廢水，或者吞吐采油廢水，或者任何其它來(lái)源的含鹽含油廢水。采用本發(fā)明所提供的含鹽含油廢水熱脫鹽防垢及提高回收水質(zhì)的方法和系統(tǒng)所帶來(lái)的好處是依據(jù)下述原理實(shí)現(xiàn)的廢水流經(jīng)所述的NTP處理裝置以后，水中的離子經(jīng)過(guò)NTP的作用，有促進(jìn)結(jié)晶的傾向，在蒸發(fā)濃縮過(guò)程中直接在液相中形成大量晶體而不在受熱面上結(jié)垢；圖2證實(shí)經(jīng)使用本發(fā)明以后，蒸發(fā)器壁面與沸騰水之間的溫差變化明顯減少，而溫差是上升是由結(jié)垢層增厚而引起的。表I的數(shù)據(jù)顯示所處理的兩個(gè)油田的廢水情況。
表I稠油廢水的水質(zhì)
權(quán)利要求
1.一種含鹽含油廢水熱脫鹽防垢和提高回收水質(zhì)的方法，其特征在于具體步驟如下 廢水(I)進(jìn)入預(yù)熱器(2)，預(yù)熱器(2)利用熱源(3)將含鹽含油廢水加熱到8(T102°C，然后將預(yù)熱后的廢水用泵送至低溫等離子體處理裝置中的霧化器(7)，將其霧化后送入NTP反應(yīng)區(qū)(9)進(jìn)行處理，隨后將處理后的廢水用泵(6)送入氣體分離器(15)，分離氣體和可揮發(fā)的油，再送入蒸發(fā)器(1)7進(jìn)行熱脫鹽回收；其中NTP反應(yīng)區(qū)(9)由高壓電極(10)和低壓電極(11)間的空間構(gòu)成；高壓電極和低壓電極對(duì)選自線一筒電極和線一板電極；電極對(duì)與高壓直流脈沖電源連接、電源的脈沖放電頻率為300pps lOOOpps ；pps是每秒放電次數(shù)；所述含鹽含油廢水(I)由霧化器(7)霧化后流經(jīng)NTP反應(yīng)區(qū)(9)的時(shí)間為1(T40 hy(J/pulseK^Kpps/lOOO),其物理含義是針對(duì)每焦耳的單次脈沖放電量，以液體計(jì)量時(shí)流過(guò)反應(yīng)區(qū)的空塔速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述的高壓直流脈沖電源為直流高壓高頻窄脈沖式；高、低壓電極對(duì)為線筒式電極；電源和電極結(jié)合放電能量大于lj/pulse。
3.—種如權(quán)利要求I所述的含鹽含油廢水熱脫鹽防垢和提高回收水質(zhì)的方法所使用的系統(tǒng)，其特征在于包括預(yù)熱器(2)、NTP處理裝置、氣體分離器(15)和蒸發(fā)器(I (7))，NTP處理裝置包括霧化器(7)、高壓直流脈沖電源(8)、NTP反應(yīng)區(qū)(9)和儲(chǔ)水箱(12);其中NTP反應(yīng)區(qū)(9)由高壓電極(10)和低壓電極(11)之間的空間組成，高壓直流脈沖電源⑶分別連接高壓電極(10)和低壓電極(11)，霧化器(7)位于NTP反應(yīng)區(qū)(9)上部，NTP反應(yīng)區(qū)(9)下部是儲(chǔ)水箱(12)，所述預(yù)熱器⑵的出水口與霧化器(7)通過(guò)管道(5)和水泵(6)相連，儲(chǔ)水箱(12)底部一側(cè)通過(guò)水泵(6)和管道連接氣體分離器(15)，儲(chǔ)水箱(12)底部一側(cè)通過(guò)循環(huán)閥(13)和循環(huán)管道(14)與霧化器(7)相連；形成循環(huán)回路；所述的氣體分離器(15)將廢水中的溶解氣體和可揮發(fā)的油份分離；氣體分離器(15)通過(guò)管道連接蒸發(fā)器(17)，所述蒸發(fā)器(17)產(chǎn)生的蒸汽或者蒸汽冷凝獲得的蒸餾水通過(guò)管道連接預(yù)熱器(2)，將熱源(3)通入預(yù)熱器(2)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)熱器(2)預(yù)熱所要處理的油田廢水；包括用于廢水流通的管道元件以及用于預(yù)熱所述廢水的熱源(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述霧化器(7)選自壓力式霧化器或介質(zhì)式霧化器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)熱器采用板式加熱器、列管式加熱器、盤管式加熱器、蛇形管加熱器、套管式加熱器或螺旋板加熱器中任一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述氣體分離器(15)進(jìn)口與低溫等離子體處理裝置相連；出口將與后續(xù)的蒸發(fā)器連通；所述的氣體分離器采用帶上排氣收集和處理的氣體分離器，以將廢水中的廢氣分離并排出；或者氣體分離器(15)采用旋流膜式除氧器，所述除氧器的排氣口將廢氣接至控制區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述的蒸發(fā)器采用豎管式降膜蒸發(fā)器、橫管式蒸發(fā)器或板式蒸發(fā)器中任一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含鹽含油廢水熱脫鹽防垢和提高回收水質(zhì)的方法及系統(tǒng)，具體是預(yù)熱含鹽含油廢水到80~102℃，然后將廢水用泵送至低溫等離子體處理裝置中的霧化器霧化后送入低溫等離子體反應(yīng)區(qū)處理，隨后將處理后的廢水用泵送入氣體分離器分離氣體和可揮發(fā)的油，再送入蒸發(fā)器蒸發(fā)。所述系統(tǒng)包括預(yù)熱器、低溫等離子體處理裝置、氣體分離器和蒸發(fā)器，低溫等離子體處理裝置包含霧化器、高壓直流脈沖電源、高壓電極和低壓電極組成的等離子體反應(yīng)區(qū)和儲(chǔ)水箱；預(yù)熱器與上述儲(chǔ)水箱分別與霧化器、氣體分離器相連，后者形成循環(huán)回路。氣體分離器與蒸發(fā)器相連。本發(fā)明能夠減少或者避免含鹽含油廢水熱脫鹽過(guò)程中因防垢的藥劑消耗，并提高蒸發(fā)回收的蒸餾水的水質(zhì)。
文檔編號(hào)C02F9/12GK102951762SQ20121046034
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者陳德珍, 張亞雷, 張依 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)