CN101309867A - 分离混合物的方法和分离包含水、油和气的混合物的装置 - Google Patents

Abstract

将流体混入已从油井料流中分离出来且包含水、油和气的混合物，将包含所述流体的所述混合物导入分离器(3)，使其分离成水相和油/流体相。借助水出口将所述净化的水相从所述分离器(3)移出。所述油/流体相进行分离步骤处理将所述油/流体相分离成油相和气相，通过冷凝步骤从所述气相中回收流体并将其循环用于注入所述混合物。分离器是其中压力在0.5－25bar范围的液－液/气分离器(3)，而包含所述流体的所述混合物被分离成所述的水相和油/气相。

Description

分离混合物的方法和分离包含水、油和气的混合物的装置

本发明涉及一种分离混合物的方法，本方法包括如下步骤：将流体混入所述混合物，将包含流体的混合物借助进口管导入分离器，使包含所述流体的混合物在所述分离器中分离成水相和油/流体相，借助水出口将所述水相从所述分离器移出和借助至少一个油/流体相出口移出油/流体相，和将所述油/流体相进行分离步骤处理，使所述油/流体相分离成油相和气相，通过冷凝步骤从所述气相中回收流体并将其循环用于注入所述混合物。

这类方法公开于GB 1364942，旨在使用轻质烃来将炼厂淤渣脱油和脱水。这些淤渣产生于炼油厂且包含数年生成的罐底沉积物、废化学品、乳状液、催化剂锈蚀物以及水和油。将炼厂淤渣与轻质烃接触而获得与固相或水-固相分离的油相，分离器作用于固相或液相，加入所述混合物中的流体维持液态直到分离步骤结束，其中所述流体被加热到135-199℃并在分馏塔内使其与油分离。此方法需要可观量的能量且不适用于高含水量的混合物。

EP0963228 B1公开了从水中萃取出分散和溶解的烃污染物的方法。在水进入旋液分离器进行处理之前将流体注入被烃污染的水中。流体是来源于天然气的冷凝物且在这个过程中维持液态，以使烃和流体形成单一液相。因此，所述方法必须在至少30bar或更高的高压下操作。较上述方法，EP0963228 B1所公开的方法能够处理大量的被污染水且能够使放出的水净化到杂质含量不超过40ppm。WO98/37941描述了一种从水中萃取出分散和溶解的烃污染物的类似方法。

本发明的目标是提供一种在净化过程中不费太多能量就能减少向环境排油的方法和装置。

就此而言，按本发明方法的特征在于混合物已从油井料流中分离出来且包含水、油和气，亦即装置分离器是液-液/气分离器，其中的压力在0.5-25bar范围，而包含所述流体的混合物被分离成所述的水相和油/气相。

油和气生产过程中，来自油井的料流包含水、油和气，且来自油井的料流一般要经初步分离过程处理，将其分离成油/气相和包含水、油及气的混合物。后一混合物具有高的含水量且可包含高达如1500ppm的油，在未经进一步分离或净化之前是不能排放到环境中的。将冷凝流体注入混合物以便能通过油与流体的液-液共混来捕获油的方法已证实能很好地适用于高含水量的混合物。并且在净化水返回到水池或海里之前将流体回收用于再循环的做法对净化环境是有利的，因为这样就不会有大量流体排放到环境中同时也不用耗费资源加入新鲜流体。本发明能使油和气生产过程中产出的水净化到油类杂质接近零或者至少低于10或5ppm的水平。

通过采用压力在0.5-25bar范围的液-液/气分离器可获得若干好处。至少加入混合物中的大部分冷凝流体变成气态且从所述液-液/气分离器中的所述液相释放出来。所述液-液/气分离器中以气体方式释放的流体部分无须加热来使其与油分离开来，这样与先有工艺所公开的方法现比，就节省了液-液/气分离步骤的能量。0.5-25bar范围的压力能使天然气从混合物中释放出来，并且当加入混合物的流体优选自与油亲和的C₁-C₈烃且当液-液/气分离器中的压力低于25bar时所述流体可从所述混合物沸腾出来，还要更为有利。自液-液/气分离器的水出口取出的水中所含杂质很容易低于10ppm或5ppm，并且可以达到水中油的高限低于1ppm的水平，按本发明的方法甚至能使水中油的高限低至0.01ppm。此外，按本发明的方法是一个也可处理大量水(混合物)的非常经济的工艺方法。

液-液/气分离器可以是常规的重力分离器、旋风分离器或紧密型气浮单元。当用于按本发明的方法时，这些分离器的效率大大提高。优选用于本发明的液-液/气分离器时EP1335784 B1所公开的组合式脱气和气浮罐。

优选的流体是C₁-C₈烃，即C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇或C₈烃。将流体混入或注入包含水、油和气的所述混合物中，在液-液/气分离器进口管道的上游且优选进口管道内混入或注入。选自与油和气亲和的C₁-C₈气的流体被注入和/或混入包含水、油和气的混合物中并从水相吸收烃。在液-液/气分离器中流体以气体形式释放，主要是微小气泡的形式，因其与油和气的亲和作用，则通过气浮而促使和加强油/气与水的分离，极少部分的流体以液体形式留在油/汽相中。

尽管流体可以是C₁-C₈任一，即甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷和辛烷，包括异丁烷和异戊烷等，或它们的混合物，但优选流体是C₅气体即戊烷或异戊烷或者己烷。后面的这些优选流体可使用海水作为冷却剂来冷凝。当水净化过程是在可随意获得海水的地区操作时，在节省能源方面这是一个独特的优点。

为促使和加强水相与油/气相的分离，流体的加入量为0.02-1.8St.m³气相/m³混合物，且更优选为0.05-1.4St.m³气相/m³混合物。混和之前将气相冷凝、冷却和/或压缩成液态。以液体计，优选流体的加入量为液态混合物的0.5-2wt％。就本发明而言，采用量纲St.m³作为相对于混合物体积的气态介质的体积单位，St.m³是气态介质的标准立方米数。St.m³是在滨外区域内标准化的(15.6℃和101.325kpa下干燥气体的体积)。液-液/气分离器中的压力是在0.5-25bar范围且优选在1.0-15bar。

将所述流体回收或再循环。可通过将油/气相蒸馏的方法来达到回收所述流体的目的，一般将会使得液相包含较重烃(约C₆或更重)，而气相包含较轻烃(C₅或更轻)。随后将气相经冷凝过程处理以使C₅成分冷凝下来。当本方法在海上或近海海岸应用时，适合用戊烷作为流体，因为可使用海水作为冷凝过程的冷却剂。海水的温度一般例如约为2-18℃，更确切说是5-15℃，这相应于戊烷在低于15bar、更优选低于10bar的低压下的冷凝温度。因此，可以通过对应于用作冷却剂的海水温度来调节压力而控制冷凝容器中C₅的冷凝过程。由此可建立一个省钱有效的流体冷凝过程且C₅流体的纯度可达到高于99％。技术人员很容易认识到C₁-C₄和C₆-C₈用作流体时也可这样对应于温度来调节压力。但总能耗至少将会略高于C₅。

按照本发明，可以建立一个非常有效的流体环路，其中流体被注入包含水、油和气的混合物中来促使水相与油/气相分离开来，随后将流体从油/气相中回收并再循环。

按照本发明方法的实施例，混合物中所含气体是天然气。天然气是油井中的常规成分。

在按本发明方法的一个更为优选的实施方案中，最好是将外加气体在进口管内混入或注入包含水、油和气的混合物中来获得更好的分离效果，优选外加气体是天然气或氮气。外加气体至少部分可以是从包含水、油和气的混合物中回收的并再循环用于注入混合物。

另一方面，本发明涉及将包含水、油和气的混合物分离的装置，所述装置包括至少一个配有包含水、油和气混合物的进口管、水出口和油/气出口的液-液/气分离器，所述进口管包括将流体注入和/或混入包含水、油和气混合物的设备；油/气分离器，接收来自所述油/气出口的油/气组馏分；用来回收流体的冷凝容器，该冷凝容器接收来自油/气分离器的气态馏分且提供海水作为冷却剂；以及用于将冷凝流体再循环到液-液/气分离器进口管的泵。

本装置提供上文述及按本发明方法时所提到的好处，并且有很高的分离效率，即装置中所纯化的水离开液-液/气分离器时，即使有油杂质，含量也是很低的。进口管中的液态形式的流体将吸收水中的油，并且分离器中的气态流体微泡将加强油和气与水的分离，由此得到纯度很高的水。并且回收流体的做法为装置提供了省钱有效的操作方式。本装置优选放在海上或近海，并且冷凝容器适合用海水作为冷却剂。按此方式，可获得非常省钱有效的冷凝。使冷凝流体返回并注入到要在装置内进行分离的混合物中。因此，按本发明的方法包括用于流体再循环的设备。

在一个按本发明装置的优选实施方案中，注入和/或混入设备是一个环状或环形混和器，环的内表面一些有喷嘴口。这样混和器就能在进口管内使流体很好地混入混合物中。注射器或混和器在混和器内侧上可包括一或多个喷嘴用于将流体注入混合物中。

为获得高效率，优选流体是C₁-C₈烃，优选是与混合物中的油馏分有很好亲和性和混溶性的C₅烃。

优选装置包括一个附加分离器作为回收设备用于将分离器排出的油/气相(任选包含微量水)分离成油相(任选包含微量水)和气相。附加分离器优选是一个蒸馏设备，该蒸馏设备适合用于将混合物分离成具有不同比重或分子量的多个馏分。轻馏分将以气态形式离开蒸馏设备，而较重馏分则以液态形式离开蒸馏设备。这样，混合物中的流体和气体以气态形式离开蒸馏设备，而油和任选残留水将以液态形式离开蒸馏设备。

在一个优选实施方案中，装置进一步包括冷凝容器形式的流体回收设备。因而，离开蒸馏设备的气体被送入冷凝容器，冷凝容器的温度和压力条件是按流体冷凝下来和剩余的由混合物本身所提供的不同气体作为气体离开冷凝器的方式设定的。在戊烷的情形下，从冷凝容器中可以获得纯度高于99％的戊烷作为冷凝产物。为进一步加强在本发明装置中的分离效果，优选进口管包括将外加气体注入包含水、油和气的混合物的设备。这将加强液-液/气分离器的分离能力。外加气体优选自天然气、氮气或二氧化碳。

本发明还涉及在产油装置中使用C₅烃来分离包含水、油和气的混合物的方法。特别地，本发明涉及其中的C₅烃被回收和再循环到包含水、油和气的混合物的应用方法。

现在将参照下列简单示意图来详细解释本发明的具体方案和实施例：

图1示出按本发明方法的原理图。

图2a和2b例示说明能适用于本发明的气体注入器的具体方案。

图3例示说明液-液/气分离器的具体方案。

在本发明上下文中，术语包含水、油和气的混合物通常是指来自油井的液/气混合物，一般是已在一或多个步骤中先实施了水分离过程，从这样的水分离过程出来的水馏分需要进一步净化或分离后才能完全达到清洁而处置。混合物可以包含油、气、甚至砂土类的杂质。

液-液/气分离器3是一个能够分离两种基本不混溶且具有不同比重液体(即重质液体是水且轻质液体是油)的分离器，其中气体以微小气泡形式分散在液体中。气体主要是随轻质液体(油)离开分离器。这种关以油/气相或油/流体相表达。

离开液-液/气分离器的水相可包含痕量油和气，就像离开液-液/气分离器的油/气相可包含水一样(正常条件下油/气相形式的排出物可包含20-80wt％的水)。油/气相形式的排出物一般占液-液/气分离器3的进料口送入的混合物的0.1-5wt％、优选少于送入混合物的2wt％。

液-液/气分离器3可按WO 02/041965所公开的设计方案，因而将其引入本发明作为参考，或者可按图3所例示的设计方案或可以是其它适用的方案。

注入的流体优选是C₁-C₈烃或其混合物，最优选是C₅烃。根据温度和压力，流体可以液态或气态形式存在和使用。显然用C₁-C₈烃作为分离助剂是有利的，因为它们与油有很好的亲和性且很容易从液态变为气态也容易从气态变成液态(在压力和温度变化较小的条件下，这样能耗就较少)。

在图1中，示出了按本发明装置1的示意流程图，其中将包含水、油和气的混合物形式的产物进料流借助管线2送入液-液/气分离器3。在分离器3中，进料流被分离成水馏分和油/气馏分(任选包含微量水)，从分离器3取出。水馏分从分离器3底部借助管线4自分离器取出。

油/气馏分在分离器3的顶部处借助管线5取出。管线5中的油/气馏分在流经第一热交换器6的过程中被冷却，然后进入蒸馏设备7。在蒸馏设备7中，油/气馏分被分离成轻馏分和重馏分。重馏分(包括油和任选水)借助管线8离开蒸馏设备7，轻馏分(包括C₅)借助管线9离开蒸馏设备。轻馏分基本为气态，通过第二热交换器10进行冷却，然后进入冷凝容器11。

在冷凝容器11中，馏分的较重部分冷凝成液体，而较轻馏分仍为气态并借助管线12离开冷凝器11。冷凝的部分在冷凝器11的底部处借助管线13取出。

冷凝液体在泵14中加压并借助管线15返回，用来以基本为液体的流体形式注入进料流2。当混合物进入分离器3时，由于压力释放流体基本变为气态(分离器3中的压力和温度调节为能确保达到此目的)。管线15中的冷凝流体部分借助管线16再循环回蒸馏设备。从冷凝器11出来的产物或流体通过注入器17注入到进料流中。

更多外加气体如天然气或氮气可通过管线19送入，借助注入器18注入到进料流中。

为简洁明了，对技术人员来说显而易见存在的阀、压力传感器和其它设备未包括在内。

图2a和2b示出了适用于本发明的喷嘴设备20。喷嘴设备20基本是由环状法兰21构成。法兰21的内圈表面22配有若干孔洞23(在本实施方案中有6个孔23)。孔23与法兰21内的通道24相联(在图2b中通道24以虚线示出)。通道24还与气体介质供料管线25相联，管线25固定到法兰21的外圈表面26。喷嘴设备20能够使混合物与气体介质在进口管2(图1)中很好地混和。

图3例示说明按本发明装置和方法中液-液/气分离器3的另一实施方案。基本为筒型的罐有一个切向布置的用于送入包含水、油和气的混合物的进料口82。进料口82延伸到罐壁的进口。分离器3进一步包括位于罐顶处并与管线5相联的油/气馏分出口84和位于罐底处的水出口83。出口84一般是用于具有低于经出口83取出的流体密度的流体。

就在进料口82水平面的下方连有一个上伸的截头圆锥形壁85，将罐分成上部86和下部87。上伸的截头圆锥形壁85在上端有一个第一开口88，使分离器3的上部86与下部87之间联通。夹在罐的垂直壁与截头圆锥形壁85上侧间的弯箭头89所表示的角度在15-70°范围、优选在20-50°之间。这代表了截头圆锥形壁85的倾斜度。

除第一开口88外，截头圆锥形壁85在进料口82的水平面位置还配有第二开口90。如图所示，第二开口90在截头圆锥形壁85的位置应在能使自进料口82进入分离器灌的液体在罐上部86中环绕截头圆锥形壁85的上部旋转300°，然后再穿过开口90进入罐下部87。

结合到罐筒壁的切向进料口82使罐上部形成了漩涡流和罐下部形成漩涡流。但是，漩涡流会在罐中心形成涡眼，而涡眼没有液体混合物。涡眼的形成是不希望的，因为会减少处理能力。显然可以通过放置一个细长元件来避免涡眼的形成，例如在罐中心放置一个竖直长棒91。棒91在罐中从罐底部区域上伸至大约罐高的2/3处，其中棒被连接到一个锥形元件92上，从上面看锥形元件92罩住了第二出口83，这是一个使第二出口周围的料流平稳的设备。锥形元件92例如可以通过用两或多个扁钢片连接罐壁。另外，棒91可通过若干扁钢片或其它支承或支撑元件如环状金属连接到罐壁或者连接截头圆锥形壁85。第二出口83可配有阀93。通过调节此阀93，可以对因罐中混合物释放出的气体而升高的压力进行调节。从混合物释放出的气体收集到罐上部86中。当所收集的气体已将液体混合物移置到低于出口84的开口94的平面时，因气压缘故气和油就借助出口84排出罐。

按本发明的装置和方法可在所附权利要求的范围内进行改动。各种实施方案的细节可在本发明权利要求范围内与新实施方案组合。例如可提供一个带有两或多个水出口和/或两或多个油/气出口和/或两或多个混合物或者若有混合物进行再循环时的再循环混合物的进料口的独立罐。各个出口都可装配有阀。

实施例1

在一个对应于图1所绘装置的装置中进行本发明的测试。

受污染的水的进料流(图1中的2)总计达10m³/h，油浓度为30ppm。在导入液-液/气分离器(图1中的3，相应于EP 1335784 B1中所公开的组合式脱气和气浮罐)的进口管中，进料流被注入300kg/h的流体如戊烷。

在液-液/气分离器中，进料流被分离成基本纯净的水流(水中油少于1ppm)，将其从分离器底部取出。从分离器顶部取出的料流包含油和主要为气体的流体以及一些水(油/气约320kg/h，水约195kg/h)。

将后一料流冷却并送至蒸馏设备(汽提塔，图1中的7)。包含水及微量气和油的液体馏分从蒸馏设备的底部取出。包含流体如戊烷和微量水及较重质烃的气态料流从蒸馏设备的顶部取出。

将气态料流进一步冷却并送入冷凝容器(图1中的11)中，其中的流体如戊烷冷凝下来并取出用于再循环。

从表1可以看出，可达到高效水的净化与流体如戊烷近乎完全循环(损失少于0.5％/h)相结合的效果。

表1按本发明净化的水

损失戊烷	1.3	kg/h
			产出水	10.0	m3/h
提取流体	300.0	kg/h
			气浮气体	3.0	Sm3/h
进水中的油	30.0	ppm
			出水中的油	少于1.0	ppm

实施例2

在按图1所示的装置中，已从油井料流中分离出混有油和气的水料流，将富水混合物以200m³/h的流量且在约65℃的温度及约2.5bar的压力下送入管线2。从混合物取样并定时检测油含量，油含量约25ppm。

借助管线15向装在管线2上的注入器17提供流量为3000kg/h且温度约75℃和压力约5bar的戊烷，戊烷被注入而与混合物进行混合。

混合物连续流经管线2并通过进口管进入液-液/气分离器3中，其中压力略下降到2.0bar，使戊烷以气态从混合物中释放出来。液-液/气分离器将混合物分离成净化水料流，经分离器3底部的管线4以194m³/h的流量取出。定时从净化水取样，测得平均油含量少于0.03ppm。

排出料流以9000kg/h的流量和约2bar的压力通过分离器3顶部的出口流经管线5。此料流的组成是：3000kg/h主要为气态条件的戊烷和约5kg/h的油、来自提供给管线2的混合物的约1400kg/h的天然气、其余为水。管线5的料流流经热交换器6，被温度约14℃的海水冷却。该料流被冷却且戊烷在热交换器中冷凝下来，在热交换器下游侧，料流继续以约0.5bar的压力和约20-25℃的温度通过管线5。

管线5将料流送至蒸馏设备7的进料口，其中戊烷和轻于戊烷的烃通过蒸发作用从液体中汽提出来并以气态料流的形式通过出口离开设备7进入管线9。包含水和油以及可能的重于戊烷的烃的液体馏分以约4600kg/h的流量从蒸馏设备底部取出。

气态料流以约5900kg/h的流量流经管线9进入第二热交换器10，被温度约14℃的海水冷却。气态料流被冷却到恰好低于戊烷的冷凝温度，将得到的液/气料流提供给容器11。在容器11中，轻于戊烷的烃通过出口离开容器进入管线12，液体戊烷经管线13从容器11的底部以约4500kg/h的流量取出。

管线13将戊烷料流送至泵14，泵14以约5bar的压力输送料流。借助管线15所述泵将料流以约3000kg/h的流量提供给注入器17，管线16提供约1500kg/h流量的戊烷回流到蒸馏设备7。管线16带有减压和流量控制设备。

显然，上述实施例是非限定性的，流量、压力和温度根据实际条件现场适当改动。送至管线2的混合物组成、温度和压力将随时间和不同应用场合而变动。对于给定的井头和给定的工艺设备装置来说，工艺条件将随从储层取出的井头料流的不同而变动，另外料流和冷却介质如海水的温度和压力也将随季节而变动。并且，不同的生产设施也会使如输送到管线2的混合物组成、量和温度有所变动。在本发明上述描述的基础上选择相应于实际应用的工艺参数属于普通技术人员的技能范围。举个例子，若供给管线2的混合物中温度大大低于实施例2且压力略高的情况下，那么选择例如丁烷作为注入混合物的流体就比较适当，若温度较高，则例如可选择戊烷或己烷。所用压力可根据相关温度而改动，以使离开分离器3的流体主要为气态，例如蒸馏塔7中要选择适当的温度和压力以使流体在蒸馏塔内进行蒸发就不用更多解释了。如上所述，为加强分离器中分离过程的效率，可在分离器3混合物上游加入外加试剂。

Claims (17)

1.分离混合物的方法，所述方法包括如下步骤：

将流体混入所述混合物，使包括所述流体的所述混合物借助进口管导入分离器；

使包含所述流体的所述混合物在所述分离器中分离成水相和油/流体相，借助水出口将所述水相从所述分离器移出和借助至少一个油/流体相出口移出所述油/流体相；和

将所述油/流体相进行分离步骤处理，使所述油/流体相分离成油相和气相，通过冷凝步骤从所述气相中回收所述流体并将其循环用于注入到所述混合物，其中所述混合物已从油井料流中分离出来且包含水、油和气，所述分离器是液-液/气分离器，其中的压力在0.5-25bar范围，而包含所述流体的所述所述混合物被分离成所述的水相和油/气相。

2.按权利要求1的方法，其中所述分离步骤是蒸馏。

3.按权利要求1或2的方法，其中所述流体选自C₁-C₈烃类。

4.按权利要求1-3的任一项方法，其中所述流体是C₅烃。

5.按权利要求1-4的任一项方法，其中所述流体在所述液-液/气分离器的所述进口管中被混入包含水、油和气的所述混合物中。

6.按权利要求1-5的任一项方法，其中所述流体的加入量为0.02-1.8St.m³/m³混合物。

7.按权利要求1-5的任一项方法，其中第二气体的加入量为0.05-1.4St.m³/m³混合物。

8.按权利要求1-5的任一项方法，其中所述流体的加入量为混合物(进料流)的0.5-2wt％。

9.按权利要求1-8的任一项方法，其中所述所述液-液/气分离器中的压力是在1.0-25bar范围。

10.按权利要求1-9的任一项方法，其中包含在所述混合物中的所述气体为天然气。

11.按权利要求1-10的任一项方法，其中外加气体在所述进口管内混入包含水、油和气的所述混合物中。

12.按权利要求11的方法，其中所述外加气体是天然气或氮气。

13.按权利要求11或12的方法，其中所述外加气体至少部分是从包含水、油和气的所述混合物中回收的气体。

14.分离包含水、油和气的混合物的装置，所述装置包括：

至少一个配有包含水、油和气的所述混合物进口管、水出口和油/气出口的液-液/气分离器，所述进口管包括将流体注入和/或混入包含水、油和气的所述混合物的设备；

油/气分离器，接收来自所述油/气出口的油/气馏分；

用来回收所述流体的冷凝容器，该冷凝容器接收来自所述油/气分离器的气态馏分且使用海水作为冷却剂；和

用于将冷凝流体再循环到所述液-液/气分离器的所述进口管的泵。

15.按权利要求14的装置，其中所述注入和/或混入设备是环形混合器。

16.按权利要求14或15的装置，其中所述油/气分离器是一个蒸馏设备。

17.按权利要求14-16的任一项装置，其中所述进口管包括将外加气体注入包含水、油和气的所述混合物的设备。

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