產(chǎn)出水處理以去除有機化合物的制作方法
【專利說明】產(chǎn)出水處理以去除有機化合物
[0001] 領(lǐng)域 本說明書涉及用于處理水的系統(tǒng)和方法，例如，用于從產(chǎn)出水（produced water)去除 有機化合物。
[0002] 背景 美國專利4, 839, 054描述一種從產(chǎn)出水去除水溶性有機物的方法。該方法包括，使產(chǎn) 出水酸化；使經(jīng)酸化水與游離油接觸，以形成混合物；攪拌混合物，以產(chǎn)生完全混合相；并 分離經(jīng)混合相，以產(chǎn)生游離油相和凈水相。在一個實例中，向酸罐加入陽離子聚合物，在用 兩種另外的聚合物調(diào)節(jié)水后通過誘導(dǎo)氣?。↖GF)進(jìn)行分離，并將水從IGF單元送過砂濾器 和炭床。
[0003] 發(fā)明概述 本說明書描述用于從水去除有機污染物的系統(tǒng)和方法。沒有限制，在工業(yè)上可用所述 系統(tǒng)和方法處理來自蒸汽輔助重油回收操作的產(chǎn)出水。經(jīng)處理產(chǎn)出水可再用于產(chǎn)生蒸汽。 或者，產(chǎn)出水可以為泄料流，并且經(jīng)處理，以有利于在熱結(jié)晶器中進(jìn)一步處理。
[0004] 發(fā)明詳述描述數(shù)個單獨處理。出于組織目的，將處理分成階段1和階段2處理。階 段1處理包括pH調(diào)節(jié)和分離減溶有機物。階段2處理包括氧化、吸附和生物處理。這些處 理可單獨或以詳述中所述的多種組合使用。不必同時使用階段1處理和階段2處理二者， 但如果使用二者，則優(yōu)選在階段2處理之間進(jìn)行階段1處理。一個組合的實例包括降低產(chǎn) 出水的pH，從產(chǎn)出水分離減溶的有機物，并使產(chǎn)出水氧化或使產(chǎn)出水與活性炭接觸。
[0005] 附圖簡述 圖1為顯示在降低pH和過濾后產(chǎn)出水樣品的總有機碳（T0C)的曲線圖。
[0006] 圖2為顯示通過各種市售可得類型活性炭在兩個pH值從產(chǎn)出水樣品吸收T0C的 曲線圖。
[0007] 圖3為顯示通過活性炭處理隨后臭氧處理從產(chǎn)出水樣品去除T0C的曲線圖。
[0008] 圖4為比較圖3中通過處理去除T0C-C0D的曲線圖。
[0009] 圖5為顯示通過活性炭處理隨后臭氧處理利用和不利用過氧化氫從產(chǎn)出水樣品 去除T0C的曲線圖。
[0010] 圖6為顯示從通過pH降低、活性炭和芬頓氧化處理的產(chǎn)出水樣品去除T0C的結(jié)果 的曲線圖。
[0011] 詳述 一些油回收操作用蒸汽輔助油帶到地表。例如，在加拿大艾伯塔（Alberta, Canada) 用蒸汽輔助重力泄油（SAGD)或蒸汽吞吐（CSS)方法從石油砂提取重油或瀝青。產(chǎn)生冷凝 蒸汽和重油的混合物。在分離油后，在再用作鍋爐給水（BFW)產(chǎn)生更多蒸汽之前，使產(chǎn)出水 去油，然后處理。鍋爐通常為一次通過蒸汽發(fā)生器（0TSG)，但也可任選為汽包鍋爐。
[0012] 從上述產(chǎn)出水回收的鍋爐給水經(jīng)常但不排他性地包含約200至1，000mg/L濃度的 溶解有機物。0STG -般在約80%蒸汽品質(zhì)操作，并產(chǎn)生包含約20%初始BFW體積的泄料流。 快裝鍋爐具有較高蒸汽品質(zhì)，并產(chǎn)生較少泄料流，但需要較高品質(zhì)給水。BFW中的溶解有機 物終止于以下三個終點之一 ：（1)它們可揮發(fā)，并隨蒸汽排出；（2)它們可聚集在鍋爐壁上； 或者（3)它們可作為泄料的一部分離開鍋爐。特定有機化合物的終點受其一些特征影響， 包括揮發(fā)性、溶解性、與溶液中其它（溶解或懸浮的）化合物的潛在反應(yīng)或復(fù)合、吸附到鍋 爐壁或鍋爐壁上污垢層的傾向以及在移動通過蒸汽發(fā)生器時對鍋爐壁的接近度。
[0013] 聚集在鍋爐壁上的有機物形成污垢層。對于外部加熱鍋爐，該層作為絕緣層阻止 熱量從燃燒器轉(zhuǎn)移通過鍋爐壁并達(dá)到水。由于污垢層積累在鍋爐壁上，因此，需要更多能量 保持恒定蒸汽生產(chǎn)。增加的加熱可產(chǎn)生更多污垢，還進(jìn)一步增加加熱。隨著此循環(huán)繼續(xù)，有 鍋爐管爆裂增加的風(fēng)險，操作者必須定期關(guān)閉要"清管器清理（pigged) "的OSTG，以去除污 垢。
[0014] 隨泄料離開鍋爐的有機物也可造成問題。關(guān)于泄料的處理選項包括以下：深井注 入、處理進(jìn)入尾礦池、粘固和熱蒸發(fā)及結(jié)晶。在這些方法中，在尾礦池中處理受許可需求限 制，并且已限制使用。深井注入帶來類似挑戰(zhàn)。一個例外是，在加拿大北部，注入已證明經(jīng) 濟(jì)操作的鹽洞或深注井處理礦，但輸送成本使這成為昂貴的選擇。粘固有浸出粘固材料相 關(guān)的問題，并有潛在高處理成本。最后選項熱蒸發(fā)和熱結(jié)晶是可行選項。然而，泄料的高有 機物含量可能干擾結(jié)晶過程。例如，有機物可使結(jié)晶器單元不能產(chǎn)生干物質(zhì)。也可用蒸發(fā) 器處理產(chǎn)出水，以產(chǎn)生BFW。在此情況下，蒸發(fā)器泄料也包含可能干擾結(jié)晶的有機污染物。
[0015] 通過在鍋爐前去除溶解的有機物，可提高蒸汽品質(zhì)，減少鍋爐能耗，或者減少清管 器清理頻率。去除鍋爐或蒸發(fā)器泄料中的有機物可使結(jié)晶器產(chǎn)生實質(zhì)更干燥的固體用于處 理。
[0016] SA⑶產(chǎn)出水中的大部分溶解有機物通過常規(guī)生物處理可在最低程度上生物降解 或基本不可生物降解。例如，常規(guī)處理產(chǎn)生鍋爐給水的產(chǎn)出水可具有0. 3以下的BOD5/COD 比，表明小于30%有機物可通過常規(guī)方法生物降解。存在有機酸和具有雙鍵和芳環(huán)的化合 物。SAGD產(chǎn)出水中存在的很多有機物具有（多）芳族和環(huán)烷族（環(huán)烷）結(jié)構(gòu)。具有芳族部 分或者富含雙鍵的有機物對于微生物難以降解。
[0017] 產(chǎn)出水中的大部分有機化合物似乎具有小于500的分子量（MW)。低分子量表明常 規(guī)凝聚和絮凝不去除顯著TOC。這已通過我們的實驗室試驗證明。
[0018] 以下關(guān)于從產(chǎn)出水去除有機物描述各種系統(tǒng)和方法。例如，可用這些系統(tǒng)和方法 處理來自蒸汽輔助重油回收操作的產(chǎn)出水，用于在相同油回收操作中再用作鍋爐給水。對 于其它實例，可用這些系統(tǒng)和方法處理重油回收操作中的鍋爐或蒸發(fā)器泄料。
[0019] 在以下描述中，將過程步驟分成階段1和階段2處理。完整的過程可具有一個或 多個階段1處理、一個或多個階段2處理或階段1和階段2處理的組合。在具有階段1和 階段2處理的過程中，一個或多個階段1處理優(yōu)選在一個或多個階段2處理之前。在某些 情況下，選擇階段1處理，以提供具有適于增強階段2處理的特征的產(chǎn)出水。
[0020] 在以下描述中，對產(chǎn)出水的引用包括從較大產(chǎn)出水流得到的水，例如鍋爐和蒸發(fā) 器泄料流。特別在其中過程步驟應(yīng)用于鍋爐上游的情況下，產(chǎn)出水也可以為從一個或多個 預(yù)處理步驟產(chǎn)生的流出物，例如去油和溫石灰軟化。過程步驟也可置于一組其它產(chǎn)出水處 理步驟末尾或之中。一個優(yōu)選位置可以在溫或熱石灰軟化之后但在用陽離子交換樹脂處理 之前。在此位置，可減少有機污染物污染離子交換樹脂?；蛘撸硪粋€有利位置可以在石灰 軟化之前，在此，pH更接近中性（通常7-8)，并且需要較少酸降低pH，例如至約4 (隨后使 其回到其開始時的pH 7-8)。以下所述組合中的過程步驟不一定相互直接緊隨，而是可在其 間具有其它過程步驟。
[0021] 在以下描述中，在試驗中使用的產(chǎn)出水樣品從在加拿大艾伯塔的SAGD重油提取 操作得到。這些樣品以前已經(jīng)歷重力分離操作、核桃殼過濾、石灰軟化和弱酸陽離子交換。 產(chǎn)出水旨在再用作鍋爐給水。
[0022] 階段1處理 在階段1中降低產(chǎn)出水的pH。pH降低使至少一些有機化合物減溶，也可提供更適用于 階段2過程的pH。為方便起見，減溶的有機化合物可被稱為固體，但可存在微液滴和固體顆 粒。可任選從pH降低的產(chǎn)出水分離減溶的有機物。在某些情況下，階段2過程也包括去除 有機固體的步驟，但也仍任選在階段1從產(chǎn)出水分離固體。優(yōu)選在產(chǎn)出水送到鍋爐之前提 高pH。為了鍋爐完整性，SAGD鍋爐給水優(yōu)選為相當(dāng)堿性，具有pH>9,通常>10。
[0023] 不旨在受理論限制，在降低產(chǎn)出水的pH時，一部分溶解的有機物失去其溶解性， 并形成微滴或顆粒。其原因可以是很多有機物具有酸官能團(tuán)。這些基團(tuán)在典型產(chǎn)出水pH 值下去質(zhì)子化。去質(zhì)子化酸基團(tuán)給予在水中的有機物溶解性。在pH降低時，這些基團(tuán)變得 質(zhì)子化，減小很多有機物的溶解性，并使它們從溶液析出。
[0024] 送到階段1處理過程的產(chǎn)出水可具有9或更大的pH。p