采出水的处理系统和用于从采出水回收有机化合物的方法技术方案

用于处理含有有机化合物的采出水的系统和方法包括处理容器(100)；过滤层(150)，其包括过滤材料；和清洁系统，其在清洁循环期间向所述过滤材料提供洗涤溶液。所述过滤层(150)被配置成使得在所述处理系统的处理循环期间进入所述处理容器(100)的至少一部分采出水(160)在离开所述处理容器之前通过所述过滤层(150)。所述过滤材料(150)是基本上不可溶于水溶液的金属化合物，例如金属氢氧化物或金属氧代氢氧化物。所述洗涤溶液包括能够将所述金属化合物还原成可溶于水溶液的还原化合物而不分解所述有机化合物的试剂。在所述清洁循环之后，例如原油的所述有机化合物能够从所述过滤层材料中回收，并且所述过滤层(150)能够再生。

Treatment system of produced water and method for recovery of organic compounds from produced water

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】采出水的处理系统和用于从采出水回收有机化合物的方法相关申请的交叉参考本申请要求2017年6月15日提交的美国临时申请15/624,175的优先权，所述申请以全文引用的方式并入本文中。
本公开大体上涉及采出水的处理，并且更具体地，涉及用于处理采出水的系统以及从采出水中回收有机化合物的方法。
技术介绍
开采烃能源时会产生大量的水(目前，据估计，全美国每年大约有140亿桶(桶/年)[1桶＝42加仑])。采出水包括通常被困在地下地层中已有数百年之久，在石油和天然气勘探和生产期间带到地表的水。另外，可以从电厂的洗涤塔、脱水和开采铀源、碳固定和开发非常规能源中产生采出水。来自任何应用中的采出水通常都含有大量的烃，例如原油，其可能会阻止采出水在其它应用中重复使用。因此，持续需要用于处理大量采出水，特别是从采出水中去除污染物(例如烃)的装置和方法。陶瓷膜处理水(例如采出水)的能力有限，这是因为当油和其它烃、沙子、盐和其它化学物质与陶瓷膜接触或通过陶瓷膜时，膜很可能会经历完全结垢甚至发生机械故障。因此，持续需要可以能够连续过滤采出水而不会由于完全结垢而变得不可逆转地失效的改进的陶瓷膜。固定床或流化床过滤也可用于吸附采出水中的有机污染物。在这类过程中，可以将采出水中的污染物捕获于颗粒层中或吸附到颗粒上。最终，需要清洁或置换颗粒。清洁或置换颗粒涉及增加成本。因此，持续需要能够以有效方式使颗粒清洁或再循环的过滤过程。不管用于处理采出水的过滤过程如何，从采出水中去除的烃(例如原油)通常都作为废料丢弃。这些类型的废料可能会对环境有不利影响。此外，烃本身可能具有真实的货币价值，当简单地丢弃烃时，所述货币价值无法实现。因此，持续需要可以能够使来自采出水处理的碳氢化合物废料减到最少，以及能够从在与烃生产和其下游操作相容的处理条件下回收的烃中实现价值的系统。
技术实现思路
根据一些实施例，用于含有有机化合物的采出水的处理系统包括：处理容器，其具有与采出水源流体连通的容器入口和第一容器出口；过滤层，其在容器入口与第一容器出口之间的处理容器中，所述过滤层包括过滤材料；和清洁系统，其在处理系统的清洁循环期间向过滤材料提供洗涤溶液。过滤层被配置在处理容器中，以使得在处理系统的处理循环期间通过容器入口进入处理容器的来自采出水源的至少一部分采出水通过过滤层，随后作为过滤的采出水通过第一容器出口离开处理容器。过滤材料是基本上不可溶于水溶液的金属化合物。特别地，金属化合物选自金属氢氧化物、金属氧代氢氧化物或其组合。金属氢氧化物的实例包括但不限于氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)和氢氧化铬(III)。金属氧代氢氧化物的实例包括氧代氢氧化铁(III)(水铁矿(ferrihydrite))、氧代氢氧化锰(III)和氧代氢氧化铬(III)。洗涤溶液包括还原剂。金属化合物在清洁循环期间可被还原剂还原以形成可溶于水溶液的还原金属化合物。特别地，还原剂是具有足够大的还原能力以还原金属化合物而不分解有机化合物的化合物。在一些实施例中，还原剂可以选自次磷酸(H3PO2)、亚磷酸(H3PO3)、草酸、甲酸、氨水(NH3)、羟胺(NH2OH)、碱性条件下的氢、金属硫代硫酸盐(S2O32-)、金属亚硫酸盐、氢化物源(例如硼氢化钠)、水性或溶解性二氧化硫(SO2)、亚硫酸氢钠、亚硫酸二钠、亚硫酸或这些的任何组合。在一些实施例中，还原剂可以选自亚硫酸、亚硫酸的盐或其组合。根据其它实施例，用于从采出水中回收原油的处理系统可以包括：处理容器，其具有与采出水源流体连通的容器入口和第一容器出口；陶瓷膜，其在容器入口与第一容器出口之间；金属化合物涂层，其在面对容器入口的陶瓷膜的涂布表面上；和清洁系统，其在处理系统的清洁循环期间向过滤材料提供洗涤溶液。在这类实施例中，金属化合物选自由以下组成的群组：氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)、氧代氢氧化铁(III)(水铁矿)、氧代氢氧化锰(III)、氧代氢氧化铬(III)和其组合。陶瓷膜被配置成使得在处理系统的处理循环期间进入处理容器的至少一部分采出水通过涂层，随后在渗透陶瓷膜并且作为过滤的采出水通过第一容器出口离开处理容器。洗涤溶液是含有还原剂的水溶液。在一些实施例中，还原剂可以选自次磷酸(H3PO2)、亚磷酸(H3PO3)、草酸、甲酸、氨水(NH3)、羟胺(NH2OH)、碱性条件下的氢、金属硫代硫酸盐(S2O32-)、金属亚硫酸盐、氢化物源(例如硼氢化钠)、水性或溶解性二氧化硫(SO2)、亚硫酸氢钠、亚硫酸二钠、亚硫酸或这些的任何组合。在一些实施例中，还原剂可以选自亚硫酸、亚硫酸的盐或其组合。根据其它实施例，用于从采出水中回收有机化合物的方法可以包括根据先前所述的实施例向处理系统的采出水源提供采出水。开始处理循环，在所述循环期间，使采出水通过过滤，直到有机化合物聚集在过滤层内。随后，开始清洁循环以向过滤层的过滤材料提供洗涤溶液，由此还原金属化合物以形成可溶于洗涤溶液中的还原金属化合物。从处理容器中去除洗涤溶液，并且从处理容器中去除的洗涤溶液含有溶解的还原金属化合物和有机化合物。将有机化合物与洗涤溶液分离。在一些实施例中，随后回收与洗涤溶液分离的有机化合物。以这种方式从采出水中回收的有机化合物可以包括原油。应理解，前面一般描述和以下详细描述都描述各种实施例，并且旨在提供用于理解所要求保护主题的性质和特征的概述或框架。包括附图以提供对各种实施例的进一步理解并且将附图并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。图式说明本公开中描述的各种实施例，并且与描述一起用于解释所要求保护的主题的原理和操作。附图说明图1是根据实施例用于含有有机化合物的采出水的处理系统的示意图。图2A是根据实施例在处理的初始阶段通过用过滤层涂布的陶瓷膜的流体流动的示意图。图2B是在开始收集来自保护性过滤层内的采出水的有机物质下，通过图2A的陶瓷膜的流体流动的示意图。图2C是在大量集合收集来自保护性过滤层内的采出水的有机物质下，与图2B的陶瓷膜相比额外处理采出水后，通过图2A的陶瓷膜的流体流动的示意图。图3A是在图2C的堵塞膜上开始清洁循环的示意图。图3B是破坏和溶合过滤层以在清洁循环期间使图3A的膜畅通，因此使重复使用的陶瓷膜再生的示意图。图4是根据实施例用于采出水的处理系统的无端配置的示意图。图5A是根据实施例的内部用过滤层涂布的管状陶瓷膜的侧视图。图5B是图5A的管状陶瓷膜的横截面。图6是根据实施例处理系统的处理容器，其包括用于交叉流处理采出水的管状陶瓷膜。图7是根据实施例用于采出水的处理系统的示意图，所述处理系统包括管状陶瓷膜的平行子系统。图8是根据实施例处理系统的处理容器，其包括具有过滤材料颗粒并且以向下流动布局配置的固定床或流化床。图9是根据实施例处理系统的处理容器，其包括具有过滤材料颗粒并且以向上流动布局配置的固定床或流化床。图10是根据实施例的处理系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于含有有机化合物的采出水的处理系统，所述处理系统包含：/n处理容器，其具有与采出水源流体连通的容器入口和第一容器出口；/n过滤层，其在所述容器入口与所述第一容器出口之间的所述处理容器中，所述过滤层包含过滤材料；和/n清洁系统，其在所述处理系统的清洁循环期间向所述过滤材料提供洗涤溶液，/n其中：/n所述过滤层被配置在所述处理容器中，以使得在所述处理系统的处理循环期间通过所述容器入口进入所述处理容器的来自所述采出水源的至少一部分采出水通过所述过滤层，随后作为过滤的采出水通过所述第一容器出口离开所述处理容器；/n所述过滤材料是基本上不能溶于水溶液的金属化合物，所述金属化合物选自金属氢氧化物、金属氧代氢氧化物或其组合；/n所述洗涤溶液包含还原剂；并且/n所述金属化合物在所述清洁循环期间能够被所述还原剂还原以形成能溶于水溶液的还原金属化合物。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170615 US 15/624,1751.一种用于含有有机化合物的采出水的处理系统，所述处理系统包含：
处理容器，其具有与采出水源流体连通的容器入口和第一容器出口；
过滤层，其在所述容器入口与所述第一容器出口之间的所述处理容器中，所述过滤层包含过滤材料；和
清洁系统，其在所述处理系统的清洁循环期间向所述过滤材料提供洗涤溶液，
其中：
所述过滤层被配置在所述处理容器中，以使得在所述处理系统的处理循环期间通过所述容器入口进入所述处理容器的来自所述采出水源的至少一部分采出水通过所述过滤层，随后作为过滤的采出水通过所述第一容器出口离开所述处理容器；
所述过滤材料是基本上不能溶于水溶液的金属化合物，所述金属化合物选自金属氢氧化物、金属氧代氢氧化物或其组合；
所述洗涤溶液包含还原剂；并且
所述金属化合物在所述清洁循环期间能够被所述还原剂还原以形成能溶于水溶液的还原金属化合物。


2.根据权利要求1所述的处理系统，其中：
所述金属氢氧化物选自由以下组成的群组：氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)和其组合；并且
所述金属氧代氢氧化物选自由以下组成的群组：氧代氢氧化铁(III)(水铁矿(ferrihydrite))、氧代氢氧化锰(III)、氧代氢氧化铬(III)和其组合。


3.根据权利要求1或2所述的处理系统，其中所述金属化合物包含选自由以下组成的群组的金属氢氧化物：氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)和其组合。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的处理系统，其中所述金属化合物包含选自由以下组成的群组的金属氧代氢氧化物：氧代氢氧化铁(III)(水铁矿)、氧代氢氧化锰(III)、氧代氢氧化铬(III)和其组合。


5.根据权利要求1所述的处理系统，其中所述金属化合物选自由以下组成的群组：氢氧化铁(III)、水铁矿和其组合。


6.根据前述权利要求中任一项所述的处理系统，其中所述还原剂选自次磷酸或其盐、亚磷酸或其盐、草酸或其盐、甲酸或其盐、氨水、铵盐、羟胺、碱性条件下的氢、金属硫代硫酸盐、金属亚硫酸盐或碱金属亚硫酸盐、氢化物、硼氢化钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸二钠、水性二氧化硫、亚硫酸或其盐或其任何组合。


7.根据权利要求6所述的处理系统，其中所述还原剂包含水性二氧化硫、亚硫酸或亚硫酸的盐。


8.根据权利要求7所述的处理系统，其中所述还原剂选自水性二氧化硫、亚硫酸、亚硫酸氢钠或亚硫酸二钠。


9.根据权利要求6至8中任一项所述的处理系统，其中所述金属化合物是水铁矿。


10.根据前述权利要求中任一项所述的处理系统，其中所述洗涤溶液是所述还原剂水溶液。


11.根据权利要求1所述的处理系统，其进一步包含在所述过滤层与所述第一容器出口之间的陶瓷膜，其中所述过滤层在所述陶瓷膜的涂布表面上包含所述金属化合物的涂层。


12.根据权利要求11所述的处理系统，其中所述陶瓷膜选自钛-锆氧化物膜、二氧化硅膜或氧化铝膜。


13.根据权利要求11或12所述的处理系统，其中：
所述金属氢氧化物选自由以下组成的群组：氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)和其组合；并且
所述金属氧代氢氧化物选自由以下组成的群组：氧代氢氧化铁(III)(水铁矿)、氧代氢氧化锰(III)、氧代氢氧化铬(III)和其组合。


14.根据权利要求11至13中任一项所述的处理系统，其中所述金属化合物包含选自由以下组成的群组的金属氢氧化物：氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)和其组合。


15.根据权利要求11至14中任一项所述的处理系统，其中所述金属化合物包含选自由以下组成的群组的金属氧代氢氧化物：氧代氢氧化铁(III)(水铁矿)、氧代氢氧化锰(III)、氧代氢氧化铬(III)和其组合。


16.根据权利要求11或12中任一项所述的处理系统，其中所述金属化合物选自由以下组成的群组：氢氧化铁(III)、水铁矿和其组合。


17.根据权利要求11至16中任一项所述的处理系统，其中所述还原剂选自次磷酸或其盐、亚磷酸或其盐、草酸或其盐、甲酸或其盐、氨水、铵盐、羟胺、碱性条件下的氢、金属硫代硫酸盐、金属亚硫酸盐或碱金属亚硫酸盐、氢化物、硼氢化钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸二钠、水性二氧化硫、亚硫酸或其盐或其任何组合。


18.根据权利要求17所述的处理系统，其中所述还原剂包含水性二氧化硫、亚硫酸或亚硫酸的盐。


19.根据权利要求18所述的处理系统，其中所述还原剂选自水性二氧化硫、亚硫酸、亚硫酸氢钠或亚硫酸二钠。


20.根据权利要求17至19中任一项所述的处理系统，其中所述金属化合物是水铁矿。


21.根据权利要求11至20中任一项所述的处理系统，其中所述洗涤溶液是所述还原剂水溶液。


22.根据权利要求11至21中任一项所述的处理系统，其中所述容器入口、所述过滤层、所述陶瓷膜和所述容器出口被配置成使得在所述处理系统的处理循环期间通过所述容器入口进入所述处理容器的来自所述采出水源的采出水通过所述过滤层，接着通过所述陶瓷膜，随后作为过滤的采出水通过所述第一容器出口离开所述处理容器。


23.根据权利要求11至22中任一项所述的处理系统，其进一步包含第二容器出口，并且其中：
所述陶瓷膜是管状膜，其具有外表面和在所述管状膜内界定的从所述管状膜的入口端到所述管状膜的出口端的纵向通道；
所述管状膜的所述外表面与所述第一容器出口流体连通；
所述管状膜的所述出口端与所述第二容器出口流体连通；
来自所述容器入口的至少一部分采出水作为滞留物流通过所述管状膜的所述纵向通道到达所述第二容器出口；和
来自所述容器入口的至少一部分采出水透过所述过滤层和所述管状膜渗透到所述管状膜的所述外表面，并且作为所述过滤的采出水从所述外表面出来。


24.根据权利要求1所述的处理系统，其中：
所述处理容器以向上布局竖直地配置，其中所述容器入口低于所述第一容器出口，或以向下布局竖直地配置，其中所述容器入口高于所述第一容器出口；
所述过滤层包含颗粒床，所述颗粒床由位于所述容器入口与所述第一容器出口之间的所述处理容器内的筛网支撑，所述颗粒床包含所述金属化合物颗粒；并且
所述筛网的筛孔尺寸和配置允许采出水从所述容器入口流到所述第一容器出口，并且阻止所述颗粒床的所述颗粒向下通过所述筛网。


25.根据权利要求24所述的处理系统，其中：
所述金属氢氧化物选自由以下组成的群组：氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)和其组合；并且
所述金属氧代氢氧化物选自由以下组成的群组：氧代氢氧化铁(III)(水铁矿)、氧代氢氧化锰(III)、氧代氢氧化铬(III)和其组合。


26.根据权利要求24或25所述的处理系统，其中所述金属化合物包含选自由以下组成的群组的金属氢氧化物：氢氧化铁(III)、氢氧化铜(II)、氢氧化锰(III)、氢氧化铬(III)和其组合。
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【专利技术属性】
技术研发人员：里吉斯·迪迪尔·阿兰·维拉吉内斯，纪尧姆·罗伯特·让·弗朗索瓦·雷内尔，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA