水性含油溶液的處理方法及處理系統的制作方法

專利名稱：水性含油溶液的處理方法及處理系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及水處理技術，尤其是指水性含油溶液(aqueous oily solution)的處理方法及處理系統。
背景技術：
隨著經濟的發展，工業生產中產生大量的廢水。工業廢水通常含有有害或者有毒物質，例如油(oil)、油脂(grease)、重金屬以及高含量的鹽。基于環境保護以及可利用水資源的有限性，工業廢水通常要求進行處理以符合排放標準或者回收利用水。目前，在不同工業領域具有多用廢水的處理方法。蒸汽輔助重力泄油(steam assisted gravity drainage, SAGD)是一種用于油砂開采和重油回收的技術。SAGD過程中產生大量的廢水(簡稱為“SAGD廢水”)含有大量的鹽以及例如油、油脂的油類物質。在一種SAGD廢水的處理方法中，采用熱蒸發器，例如設有機械蒸氣壓縮機的降膜蒸發器，來回收廢水中的大部分水，同時生成濃縮的鹽水溶液流。盡管從該熱蒸發器輸出的鹽水溶液流的體積遠小于輸入的SAGD廢水，在一些情況下，僅是輸入的SAGD廢水的5%，這樣導致鹽水溶液流中油類物質如油、油脂的濃度較高。油、油脂通常具有較高的沸點(通常大于100攝氏度)。熱結晶器通常用來處理從熱蒸發器流出的鹽水溶液流。當熱蒸發器的處理的SAGD廢水含有油、油脂時，熱結晶器就不能有效地對該鹽水溶液流進行進一步結晶處理，原因是這些油、油脂會附在固體鹽的表面，無法形成易于運輸和填埋(landfill)的干燥的固體鹽。有鑒于此，需要提供新的或者改進的可以處理SAGD廢水或者其他類型水性含油溶液的處理方法和處理系統。

發明內容
本發明的一個實施例提供了一種水性含油溶液的處理方法。該處理方法包括將所述水性含油溶液與水溶性有機溶劑混合生成固體沉淀和液相的混合物；將所述固體沉淀與液相分離；將所述液相至少分離為有機相與水相；以及去除至少一部分有機相內的油類物質。本發明的實施例還提供了一種水性含油溶液的處理系統。該處理系統包括包括沉淀裝置、液液分離裝置以及去油裝置，其中該沉淀裝置將所述水性含油溶液與水溶性有機溶劑混合且生成固體沉淀和液相的混合物，該液液分離裝置與沉淀裝置流體相通且將所述液相至少分離為有機相和水相，該去油裝置與所述液液分離裝置流體相通且去除至少一部分有機相內的油類物質。


通過結合附圖對于本發明的實施例進行描述，以期更好地理解本發明，在附圖中圖1是本發明水性含油溶液的處理系統的一個實施例的結構示意圖。CN 102452700 A說明書2/7 頁圖2是本發明水性含油溶液的處理方法的一個實施例的流程圖。
具體實施例方式圖1示意了本發明的一個實施例即水性含油溶液12的處理系統10。該水性含油溶液12是指含有油、油脂或者其他類型油類物質的鹽水溶液。水性含油溶液12包括一定量的多種鹽。這些鹽包括但不限于鈉(Sodium)、鈣(Calcium)、鋇(Barium)、鍶(Strontium) 和鐳(Radium)的鹵化物；鈉、鉀(Potassium)、鎂(Magnesium)、鈣、鋇、鍶和鐳的重碳酸鹽 (Bicarbonates)；鈉、鉀、鎂和鐳的硅酸鹽(Silicates)；亞硒酸鹽(Selenites)；硒酸鹽 (Selenates)；鈉、鉀、鎂、鈣、鋇、鍶和鐳的硒化物(Selenides)；包括一硒(Monoselenide)、 二硒(Sub-selenide)、三硒(Tri-selenide)和五硒(Penta-selenide)化磷的硒化物鹽 (Selenide Salts)；包括一鹵化硒、四鹵化硒的硒鹵化物鹽GeleniumHalide Salts)；一溴化硒；四溴化硒；鈉、鉀、鎂、鈣、鋇、鍶和鐳的磷酸鹽和硼化物鹽；鈉、鉀和鐳的硫酸鹽；鈉、 鉀和鎂的碳酸鹽及以上的組合。在一個實施例中，水性含油溶液12是從熱蒸發器13流出的。在另一實施例中，該水性含油溶液12是SAGD過程產生的廢水流(即SAGD廢水)，其包括2% 3%重量百分比(2wt% 3wt%)的油類物質、25wt%的溶解總固體(total dissolve solids, TDS)以及3wt%的二氧化硅(silica)。在一種應用中，該SAGD廢水經過一個如13的熱蒸發器后， 包含其內的油類物質、TDS以及二氧化硅的濃度升高。參閱圖1所示，該處理系統10采用一種或者多種水溶性有機溶劑對該水性含油溶液12進行處理，例如沉淀水性含油溶液12進行的鹽，以減少其鹽濃度。本文中使用的術語 “水溶性有機溶劑”是指在一種或者多種條件下可與水互溶，且在一種或者多種條件下或者通過一個或者多個步驟可至少一部分與水分離的任何有機溶劑。該水溶性有機溶劑可根據不同應用進行選擇。在一個實施例中，該水溶性有機溶劑是如二異丙胺(diisopropylamine)和三乙胺(triethylamine)的有機胺類。有機胺類在低溫如O攝氏度下可與水互溶，在高溫如約74攝氏度時可與水分離。在另一實施例中，該水溶性有機溶劑是醇類，例如異戊醇(3-methyl-l-butanol)、 環己醇(cyclohexanol)、3_ 戊醇(3-pentanol)、1_ 已醇(Ι-Hexanol)、1_ 戊醇 (l-pentanol)、2-辛醇 Q-octanol)以及 2-乙基己醇 Q-ethyl hexanol)。醇類在高溫如 85攝氏度下可與水互溶，在較低溫度如20攝氏度下可與水分離。在另一實施例中，該水溶性有機溶劑是酮類，例如甲基乙基酮(methyl ethyl ketone, MEK)，甲基異丁基酮(methyl isobutyl ketone, MIBK)以及環戊酮(cyclopentanone)。酮類在高溫如70攝氏度時可與水混溶，在低溫如約20攝氏度時可與水分離。酮類在水溶性方面與醇類的具有類似特性。 在一些實施例中，這些水溶性有機溶劑是具有4 8個碳原子的有機胺類、醇類或者酮類。參閱圖1所示，處理系統10包括沉淀裝置14、固液分離裝置16、液液分離裝置18 以及凈化裝置。處理系統10在一個實施例中進一步包括提供水溶性有機溶劑M的有機溶劑源22。在沉淀裝置內14，該水溶性有機溶劑M可溶解至少一部分水性含油溶液12內的油類物質。沉淀裝置14接收水性含油溶液12以及水溶性有機溶劑24。在一個實施例中，該沉淀裝置14是一個結晶器。需要注意的是，沉淀裝置14的條件如溫度是可變的，是可以根據選擇的水溶性有機溶劑M的特性進行確定的。在一個實施例中，該水溶性有機溶劑M 是二異丙胺，沉淀裝置14的溫度相應地設置為約0攝氏度。在另一實施例中，該水溶性有機溶劑M是環己醇，沉淀裝置14的溫度相應地設置為約85攝氏度。在一個應用中，在沉淀裝置14內，水性含油溶液12與水溶性有機溶劑M混合，水性含油溶液12中的氯化鈉、二氧化硅等物質在水溶性有機溶劑M的作用下沉淀析出或者結晶析出，生成固體沉淀沈和液相觀的混合物。固體沉淀沈在一個實施例中大部分是固體鹽。可以理解的是，在一些應用中，液相觀也稱為母液。固液分離裝置16與沉淀裝置14流體相通，用于接收固體沉淀沈和液相觀的混合物且將兩者分離。固液分離裝置14不限于任何可將固體沉淀沈和液相觀分離的裝置。 固液分離裝置14的實施例包括一個或者多個水利旋流器、一個或者多個離心分離器、一個或者多個壓濾機、一個或者多個過濾筒、一個或者多個真空過濾裝置或者是上述裝置的任一結合。在另一實施例中，兩個或者更多個水利旋流器串聯連接來分離固體沉淀沈和液相 28。在沉淀裝置14中，水性含油溶液12中的至少一部分油類物質被該水溶性有機溶劑M溶解，成為液相觀的一部分。這樣固體沉淀沈可通過固液分離裝置與這部分油類物質分離，生成便于運輸的干燥的固體沉淀。在一些應用中，仍然有一部分有機溶劑混在這些干燥的固體沉淀中，這種情況下，可通過加熱或者其他可以合適的方法將這部分有機溶劑去除，從而使這些干燥的固體沉淀符合填埋的標準。固體沉淀26與液相觀分離后，液相內的鹽濃度降低，便于在后續步驟中回收水。需要注意的是，圖1所示的結構是示例性的。在圖1所示的實施例中，沉淀裝置14 和固液分離裝置16是單獨的。在可替換的另一實施例中，沉淀裝置14和固液分離裝置16 可集成在一個可實現沉淀和分離兩功能的單一元件內。液液分離裝置18與固液分離裝置16和/或沉淀裝置14流體相通，以從固液分離裝置16和/或沉淀裝置的上部(未標示)接收液相觀。液液分離裝置18用于促進液相觀分離，例如分離成不同種類的液相。在一些實施例中，也可以不設置固液分離裝置16，當各種固體鹽沉到沉淀裝置14底部時，位于沉淀裝置14上部的液相觀可直接輸送到液液分離裝置18內。在一些實施例中，液液分離裝置18是一個容器，在該容器內，液相觀被分離成水相30和有機相32。液相分離過程隨著選擇的水溶性有機溶劑M的特性變化而變化。在一個實施例中，水溶性有機溶劑M是二異丙胺，這樣該液相分離是通過將液相觀加熱到預定溫度如74攝氏度實現的。在一個實施例中，該水溶性有機溶劑M是環己醇，那么該液相分離是通過將液相觀冷卻到預定溫度如20攝氏度實現的。在另一實施例中，該液液分離裝置18包括一個或者多個用于分離的膜蒸餾(membrane distillation)裝置，這樣有機相 32與水相30分離開，從而得以回收利用。在一個實施例中，有機相32再次輸入到沉淀裝置14內。由于有機相32包括可溶于有機物的油類物質，為了避免這些油類物質在系統10內的積累，該處理系統10還設有去油裝置34。去油裝置34可以應用任何可去除這些油類物質的方法。由于油類物質和水溶性有機溶劑的沸點存在差距，在一個實施例中，通過煮沸有機相32將油類物質36去除，以回收利用水溶性有機溶劑。
在一些應用中，液相在液液分離裝置18分離后，有一部分有機溶劑殘留在水相30 中。因此為了回收殘留的水溶性有機溶劑以及使水相30得以回收或者符合排放標準，在一個實施例中，將從液液分離裝置18輸出的水相30輸入到凈化裝置內，以將殘留的水溶性有機溶劑38從水性30分離出。該凈化裝置可包括任何適用于分離水溶性有機溶劑38和水相30的裝置。基于有機溶劑沸點低的特點，凈化裝置的一個實施例19采用氣提法回收殘留的水溶性有機溶劑 38。從凈化裝置出來的液體39可能含有少量的TDS、油類物質以及其他類型的水溶性物質。 在一個實施例中，液體39回流到熱蒸發器13回收大部分的水。剩余的TDS以及油類物質與水性含油溶液12 —起再次進入處理系統12進行進一步處理。在一些應用中，處理系統10可進一步包括另一去油裝置47以去除混在水相30中的水溶性油類物質43。在一個實施例中，液體39從凈化裝置19出來之后，進入去油裝置 47進行處理。在一個實施例中，該去油裝置47使用破乳劑(demulsifier)來去除至少部分油類物質43。使用的破乳劑并不限定是一種還是多種。可以理解的是，該去油裝置47并不限定采用任何特定方式去油。圖1也示意了凈化裝置的另一可替換實施例20。該凈化裝置20包括一個或者多個膜裝置。該膜裝置采用一個或者多個膜去除殘留的水溶性有機溶劑38，在一些應用中， 殘余的油類物質也可以被去除。在一個實施例中，所述的一個或者多個膜是如陶瓷膜的耐油膜。這些膜裝置包括但不限于一個或者多個反滲透膜(Reverse Osmosis,R0)裝置、一個或者多個納濾膜(Nanofiltration)裝置、一個或者多個膜蒸餾(Membrane Distillation, MD)裝置或者是上述幾種裝置的任一結合。在一個實施例中，該凈化裝置20生成可應用于多種工業場合的產品水40以及一股濃縮流。該濃縮流包含可以回收至沉淀裝置14的水溶性有機溶劑38。在一個實施例中，該凈化裝置20包括一個或者多個離子去除裝置。該處理系統10 還進一步包括位于離子去除裝置上游位置處且與該離子去除裝置流體相通的離子化源42。 所述的離子去除裝置包括但不限于一個或者多個離子交換樹脂(Ion Exchange Resin)、反滲透膜裝置、一個或者多個反向電滲析(Electrodialysis Reversal)裝置、一個或者多個膜蒸餾裝置、一個或者多個超級電容脫鹽(Supercapacitor Desalination)裝置或者是上述幾種裝置的任一組合。該離子去除裝置可使用耐油膜。該離子化源42提供一種或者多個離子化物質，以離子化水相30內的殘留的水溶性有機溶劑。然后，離子去除裝置將離子化的有機溶劑從水相30中去除。該子化物質包括但不限于一種或者多種PH調整物質。在一些實施例中，水相30的pH值被降低。合適的pH 調整物質包括但不限于鹽酸(hydrochloric acid)以及硫酸(sulphuric acid)。該處理系統10采用水溶性有機溶劑M來處理水性含油溶液12。水與水溶性有機溶劑M彼此互溶，由于鹽在有機溶劑內的溶解度低，因此大部分鹽和/或二氧化硅在沉淀裝置14內沉淀析出或者結晶析出形成固體沉淀26。由于至少一部分油類物質溶解在有機溶劑內成為液相觀的一部分，因此固體沉淀沈與液相觀分離后，也相應地與這些油類物質分離。這樣就可以獲得干燥的、便于輸送的固體沉淀26。在去油裝置34內，油類物質 36與水溶性有機溶劑分離，不僅避免了油類物質在系統中的累積，也可以將這些水溶性有機溶劑輸送到沉淀裝置14得以回收利用。
在一些應用中，處理系統10進一步包括一個或者多個位于沉淀裝置14、固液分離裝置16與液液分離裝置18之間和/或液液分離裝置18與凈化裝置19、20之間的溫度控制裝置44來進行熱交換。在一些應用中，液液分離裝置18與對應的溫度控制裝置集成在一起。該溫度控制裝置44可以是但不限于是一個加熱器。在一些實施例中，處理系統10進一步包括與沉淀裝置14流體相通的另一去油裝置46。該去油裝置46用于在水性含油溶液12與水溶性有機溶劑結合之前將水性含油溶液 12中的至少一部分油類物質去除。如下表1顯示了從處理系統10 —個實施例內獲得的水性含油溶液12、固體沉淀 26以及水相30樣本的實驗數據。在本實施例中，使用的水溶性有機溶劑二異丙胺，沉淀裝置14的溫度設置為0攝氏度。此外，在液液分離裝置18內，通過將液相觀加熱到約74攝氏度將其分離為有機相32和水相30。在表1的第一列中，“TDS(180°C ) ”是指TDS的值是在180攝氏度的溫度下測量獲得的。“殘余固體(550°C ) ”是指殘留在水相30內的溶解固體是在550攝氏度測量獲得的。表1的實驗數據顯示使用二異丙胺，可將水性含油溶液中的大部分鹽、二氧化硅以及堿通過沉淀去除。另外，從表1的第四列可以看出水相中殘留有少量的TDS、鈉、氯化物、二氧化硅、堿以及油脂。為了減少這些殘留物質，在一些實施例中，該處理系統10采用凈化裝置19、20來去除至少一部分所述的殘留物質。表 權利要求
1.一種水性含油溶液的處理方法，包括將所述水性含油溶液與水溶性有機溶劑混合生成固體沉淀和液相的混合物； 將所述固體沉淀與液相分離； 將所述液相至少分離為有機相與水相；以及將所述有機相內的至少一部分油類物質去除。
2.如權利要求1所述的水性含油溶液的處理方法，進一步包括采用氣提法去除殘留在水相中的至少一部分水溶性有機溶劑。
3.如權利要求1或者2所述的水性含油溶液的處理方法，進一步包括使用破乳劑來去除水相中的至少一部分油類物質。
4.如權利要求1所述的水性含油溶液的處理方法，進一步包括將水相輸入到熱蒸發器中。
5.如權利要求1所述的水性含油溶液的處理方法，其中將所述液相至少分離為有機相與水相的步驟是通過將液相加熱或者冷卻到預定溫度實現的。
6.如權利要求1所述的水性含油溶液的處理方法，進一步包括在將所述有機相內的至少一部分油類物質去除的步驟之后，將所述有機相與水性含油溶液混合。
7.如權利要求1所述的水性含油溶液的處理方法，其中將所述有機相內的至少一部分油類物質去除的步驟包括熱蒸發所述有機相。
8.如權利要求1所述的水性含油溶液的處理方法，進一步包括在所述水性含油溶液與水溶性有機溶劑混合之前將水性含油溶液中的至少一部分油類物質去除。
9.一種水性含油溶液的處理系統，包括沉淀裝置，其將所述水性含油溶液與水溶性有機溶劑混合且生成固體沉淀和液相的混合物；液液分離裝置，其與沉淀裝置流體相通且將所述液相至少分離為有機相和水相；以及去油裝置，其與所述液液分離裝置流體相通且將有機相內的至少一部分油類物質去除。
10.如權利要求9所述的水性含油溶液的處理系統，進一步包括凈化裝置，所述凈化裝置與液液分離裝置流體相通且將殘留水相中的至少一部分水溶性有機溶劑和/或至少一部分油類物質去除。
11.如權利要求10所述的水性含油溶液的處理系統，其中所述凈化裝置包括膜裝置， 其中所述膜裝置設有耐油膜。
12.如權利要求9所述的水性含油溶液的處理系統，進一步包括固液分離裝置，所述固液分離裝置與所述沉淀裝置流體相通且將固體沉淀與液相分離。
13.如權利要求9所述的水性含油溶液的處理系統，其中所述去油裝置采用煮沸方式將所述至少一部分油類物質與所述有機相分離。
14.如權利要求9所述的水性含油溶液的處理系統，其中所述水性含油溶液是熱蒸發器處理SAGD廢水輸出的鹽水流。
15.如權利要求9所述的水性含油溶液的處理系統，進一步包括另一去油裝置，所述另一去油裝置與沉淀單元流體相通且將水性含油溶液中的至少一部分油類物質去除。
全文摘要
本發明公開一種水性含油溶液的處理方法及處理系統。其中該處理方法包括將所述水性含油溶液與水溶性有機溶劑混合生成固體沉淀和液相的混合物；將所述固體沉淀與液相分離；將所述液相至少分離為有機相與水相；以及將有機相內的至少一部分油類物質去除。
文檔編號C02F1/40GK102452700SQ20101052699
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月22日 優先權日2010年10月22日
發明者喬治·R·瓊斯, 劉春杰, 夏激揚, 威廉·F·海因斯, 孫怡文, 熊日華, 蔡巍 申請人:通用電氣公司