用于處理從煤層氣操作回收的鹽水的方法
【專利說明】用于處理從煤層氣操作回收的鹽水的方法發明領域
[0001]本發明涉及回收煤層氣和處理所得的具有二氧化硅的鹽水的方法。
[0002]背景
[0003]煤層氣，也被稱作煤床甲烷，為被吸附在煤床中的煤上的天然氣且為有價值的天然資源。為了提取煤層氣，被吸附的天然氣必須從煤釋放。為此，在煤層中鉆井，這降低該層的壓力且引起天然氣被釋放。天然氣隨后可以被收集。
[0004]通常，煤層氣與水一道被收集，其被稱作“鹽水”或“產出水(produced water)”。在提取之后，鹽水可以在其他過程中利用或在釋放或重新使用之前，鹽水經受各種處理過程，例如用于除去污染物的那些。因為來自煤層氣的鹽水包含大量的懸浮和溶解的污染物，例如硬度物質(hardness)和二氧化硅，不降低這些物類的濃度的話，則在處理裝備上可能將出現結垢或污垢。例如，在鹽水中發現的一種特別有害的結垢污染物為二氧化硅。除非二氧化硅通過預處理過程除去，否則二氧化硅將在用于鹽水處理的裝備(例如蒸發器)上形成破壞性的結垢。一些煤層氣鹽水還包含大量的溶解的堿性物質(alkalinity)和氯化物。需要作為商品回收這些組分而不是使它們作為廢物被處理掉。為了回收有用的產物建議除去二氧化硅。
[0005]發明概述
[0006]本發明涉及處理在煤層氣操作中產生的鹽水的方法。將鹽水預處理且引導到混合反應器。在混合反應器中，將堿土試劑與鹽水混合。這引起堿土氫氧化物、鹽和二氧化硅的沉淀。將包含堿土氫氧化物、鹽和二氧化硅的鹽水引導到濃縮該鹽水并產生具有堿土鹽和二氧化硅沉淀物的濃縮物的蒸發器。
[0007]在一個實施方案中，將鹽水預熱且引導到混合反應器，在此將堿土試劑與鹽水混合，導致堿土鹽和二氧化硅從鹽水共沉淀且其形成具有吸附于其上的二氧化硅的堿土晶體。將鹽水引導到濃縮鹽水的下游蒸發器，形成具有堿土鹽晶體和吸附的二氧化硅的濃縮物。而且，將來自混合反應器的鹽水循環穿過加熱器，所述加熱器加熱鹽水且在該過程中，降低CO2在鹽水中的濃度且從而提高鹽水的pH以為堿土沉淀物貢獻氫氧根(OH)。
[0008]在另一個實施方案中，本發明限定了從煤層氣井回收煤層氣-水混合物的方法。從也產生鹽水的該混合物分離煤層氣。從鹽水除去硬度物質且之后將鹽水引導到膜分離單元。在膜分離單元中，鹽水被濃縮。在濃縮鹽水之后，將鹽水預熱且將預熱的鹽水引導到混合反應器。在混合反應器中，將堿土試劑例如氧化鎂或氯化鎂與鹽水混合，引起二氧化硅沉淀且形成晶體。之后，將具有沉淀的二氧化硅的鹽水引導到進一步濃縮鹽水的下游蒸發器以產生具有沉淀二氧化硅晶體的濃縮物。
[0009]本發明的其他目的和優點從以下說明書和附圖的研究將變得顯然且明顯，說明書和附圖只是闡述本發明。
[0010]附圖簡述
[0011]圖1為用于回收煤層氣和處理所得鹽水的過程的示意圖。
[0012]示例性實施方案描述
[0013]再看圖1，在其中顯示用于處理在煤層氣回收過程中產生的鹽水的方法。圖1中該過程籠統地用數字10表示。如將在后面討論，在一個優選的實施方案中，存在各種預處理過程，這些預處理過程發生在籠統地用數字10表示的虛線區域中描述的過程的上游。
[0014]來看鹽水處理步驟10，將具有二氧化硅且通常具有堿性物質和氯化物的濃縮鹽水引導到混合反應器12。在混合反應器12中，將堿土試劑例如氧化鎂或氯化鎂與鹽水混合。這導致二氧化硅的沉淀。術語“二氧化硅”在文中用來籠統地指含二氧化硅的化合物，包括其上吸附二氧化硅的沉淀物。可以有各種形式的二氧化硅沉淀物。例如，混合氧化鎂或氯化鎂可以導致鎂二氧化硅復合物的沉淀。另外，混合氧化鎂或氯化鎂可以導致氫氧化鎂的沉淀，氫氧化鎂的沉淀可以吸附二氧化娃且有效驅使二氧化娃從溶液出來。無論如何，堿土試劑引起二氧化硅沉淀且由于在混合反應器12中的混合行為，沉淀的二氧化硅會結晶且形成二氧化硅晶體。在使用氧化鎂的情況下，將鎂加入到混合反應器12中以保持在混合反應器內的鎂對二氧化硅的大概約0.35: 1-4: I的重量比率。可以使用其他的堿土試劑來沉淀包括二氧化娃的固體。例如，可以使用氧化I丐、氫氧化I丐和其他金屬氧化物例如氧化鋁或氧化鐵。可選地，在混合反應器12中可以將其他試劑與鹽水混合。例如，可以加入苛性喊以提尚鹽水的pH。
[0015]將混合反應器12中的鹽水引導到蒸發器14。蒸發器14可以為多種類型。用于本過程中的合適的蒸發器的一個例子為降膜蒸發器。應該注意的是，在一個實施方案中，在混合反應器中的鹽水在轉移到蒸發器14中之前不經受固體分離過程。預期當鹽水被轉移到蒸發器14中時涉及堿土試劑的反應將繼續。預期在一些實施方案中，當鹽水在蒸發器14中時，二氧化硅將繼續沉淀。
[0016]蒸發器14產生回收的水(蒸餾物)且產生濃縮鹽水。在一個選擇中，一部分濃縮鹽水(如圖1中所建議)可以循環到混合反應器12。因為該帶有沉淀物的濃縮鹽水被高度濃縮，該沉淀物能充當用于在混合反應器12中發生的結晶過程的種子。通過將濃縮物循環到混合反應器12，這有效降低排出的濃縮物的量，且最后可以提高通過蒸發器14產生的濃縮物的濃度。通過蒸發器14產生的濃縮鹽水能以合適的方式來處置或能進一步處理。在一個步驟中，可以將濃縮鹽水引導到鹽回收過程，在此鹽從濃縮鹽水回收。例如，濃縮物可以經受例如在美國專利公開2012/0213689中公開的鹽回收過程，其公開通過引用清楚地結合到本文中。
[0017]此外，蒸發器14產生蒸汽。將一些這種蒸汽(如圖1中所示)引導到加熱器16 (在這個實施方案的情況下，其為直接接觸加熱器)。將來自混合反應器12的鹽水循環穿過加熱器16。在一個實施方案中，直接接觸加熱器在其上部接受鹽水且鹽水向下移動穿過接觸加熱器16。在一個實施例中，當鹽水向下傾泄穿過接觸加熱器時，另一方面，將來自蒸發器的蒸汽引導到接觸加熱器的較低部分且向上移動穿過加熱器并穿過向下傾泄的鹽水。在這個過程中，蒸汽從鹽水汽提CO2且降低CO 2的濃度，其導致鹽水的pH提高。在一個實施方案中，在混合反應器12中的鹽水的pH為約9.5-11.00
[0018]繼續來看圖1，以上討論的鹽水處理過程10通常在從氣井回收煤層氣的過程中實施。在一個典型的過程中，從氣井回收氣體、有機物和鹽水的混合物。該混合物被分離成氣體、有機物和還可以被稱作“產出水”的鹽水。參見圖1。在鹽水從氣體和有機物分離之后，在以上討論的鹽水處理10之前，鹽水可經受各種預處理過程。圖1顯示示例性預處理過程。各種預處理單元或多層可用來除去溶解的固體以及懸浮固體。從氣體和有機物分離的鹽水常常包含顯著濃度的硬度物質。“硬度物質”是指二價陽離子，例如鋇、鈣、鎂和鎖。硬度物質離子可能與水中的其他污染物以離子方式結合，以在相對高的PH下形成結垢沉淀物。例如，在相對高的PH下，鈣與碳酸根(CO3