用于增强溶解气体浮选的方法和系统技术方案

公开了用于改进不溶性污染物在浮选单元中从流体分离的效率的过程和系统。

Methods and systems for enhanced dissolved gas flotation

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增强溶解气体浮选的方法和系统相关申请的交叉参考本申请要求2017年8月15日提交的美国临时申请第62/545,713号的申请日的优先权和权益，其全部通过参考并入本文。
本专利技术总体上涉及用于从流体（诸如，产出水）移除不溶性物质的流体处理系统和过程。
技术介绍
被污染有少量油、悬浮固体和/或其它不溶性物质的水是许多工业操作的副产品，诸如，例如，原油和天然气的生产和提炼；化学品、油漆、纺织品、纸张和纸浆的制造；发电；以及金属、食品和饮料的处理。这些工业操作中面临的主要问题是油、悬浮固体和/或其它不溶性物质从水的经济分离，使得水可被再次使用或排放到环境中。此分离问题在原油和天然气的离岸生产中尤其普遍，其中，油气井与油和气体结合产生水或盐水（“产出水”）。产出水通常充满有油和其它污染物。在产出水可被重新注入到井中或被设置返回到海中之前，必须将油和其它不溶性物质移除在可接受限制以下。因此，已设计了许多方法和系统，以减少来自从离岸油气井得出的产出水的不溶性物质的含量。用于从产出水分离油和其它不溶性物质的一个方法是经由使用浮选系统，诸如，气体浮选单元。例如，气体浮选单元利用气体气泡（由液体介质携带），所述气体气泡经由低压（例如，经由喷射器）或在高压下（例如，在泵内）被引入到流体中。在理论上，气泡从递送流体释放到待处理流体中，附着到油滴和/或悬浮固体，使其浮选到其中也释放气体的流体的表面，并且油和其它不溶性物质随后被收集，并且从流体分离。一种具体类型的气体浮选单元是溶解气体浮选(DGF)单元。在美国专利第3,452,869号、第3,576,738号、第3,725,264号以及第4,022,695号中公开了示例性溶解气体浮选单元/系统。虽然在多年内已开发了各种浮选系统，但此类系统的浮选罐通常要求显著体积和空间，以产生足够的分离结果。此外，利用上述溶解气体的浮选系统可要求若干泵，以便提供足够气体，以产生气泡，用于油/不溶性物质从相关联流体的有效分离。操作大型浮选罐和操作许多泵增加了占用面积以及设施、材料和操作成本。在给定设定体积的气体的情况下，本领域技术人员理解的是，大量小气泡比更少量大气泡提供更好的污染物移除。然而，根据斯托克斯（Stokes）定律，更小气泡比更大气泡要求更长时间周期（驻留时间，例如，罐大小），以从水相分离。
技术实现思路
根据一个方面，提供有用于浮选单元的改进操作的过程和系统（或利用溶解气体气泡的任何其它过程/系统）。在一个方面中，本文描述的过程和系统通过优化被递送到浮选单元的流体/气体混合物中的气泡大小而在浮选单元中优化不溶性物质从废物流的分离。例如，在某些方面中，本文描述的过程和系统基本上使溶解在流体/气体混合物中的气泡的平均气泡大小与平均油滴大小匹配。在另一实施例中，在确定待引入到浮选单元中的期望平均气泡大小时，还考虑废物流中的不溶性固体的平均液滴大小。在确定期望平均气泡大小时，诸如，通过修改泵的操作，如下文描述的，可调节本文描述的系统和过程，以形成具有期望平均气泡大小的流体/气体混合物。根据另一方面，单独地或与优化被递送到浮选单元的流体/气体混合物中的气体气泡大小范围结合，本专利技术的方面还增加了被吸入到泵中的空气的量（相对于常规方法），用于产生流体/气体混合物，并且将流体/气体混合物递送到浮选单元。相对于常规方法，到泵的增加的空气流动总体上导致流体/气体混合物中的更大气体气泡密度。以此方式，到泵的增加的气体流动可减小对于相关联浮选系统所需要的泵的大小和数目，并且还可减小对于分离过程所要求的器皿的大小。根据另一方面，提供有分离过程，包括：在泵内使一定量的气体溶解在流体中，以形成包括具有100微米或更小的平均气泡大小的多个溶解气泡的流体/气体混合物；将流体/气体混合物递送到在其中包括废物流的浮选单元，废物流包括具有平均油滴大小的油滴；使溶解气泡从流体/气体混合物释放；以及经由释放气泡到油滴的附着以及油滴在浮选单元中朝向流体表面的上升，使油滴在浮选单元中从废物流分离。根据本专利技术的另一方面，提供有分离过程，包括：在泵内使一定量的气体溶解在流体中，以形成包括多个溶解气泡的流体/气体混合物；在溶解期间，增加泵的电频率，以增加泵的马达速度，并且增加被吸入到泵中的一定量的气体，其中，增加的电频率是有效的，以在流体中提供至少约9％体积的空气气泡密度；将流体/气体混合物从泵递送到包括废物流的浮选单元，所述废物流在其中包括一定量的油滴；使溶解气泡从流体/气体混合物释放；以及经由释放气泡到油滴的附着以及油滴在浮选单元中朝向流体表面的上升，使油滴在浮选单元中从废物流分离。根据本专利技术的另一方面，提供有分离系统，包括：泵，与气体源和流体源流体连通，泵被配置成将气体引入到流体中，以形成流体/气体混合物，流体/气体混合物包括具有100微米或更小的平均气泡大小的多个溶解气泡；以及浮选单元，包括具有平均油滴大小的油滴的一定量的废物流，浮选单元包括与泵流体连通的入口，用于在其中接收一定量的流体/气体混合物。附图说明图1示出了根据本专利技术的方面的用于从流体分离油滴的系统。图2示出了根据本专利技术的方面的用于在系统中使用的泵。图3示出了根据本专利技术的方面的泵的两个入口之间的气体进入对于气泡大小的作用。具体实施方式现在参考附图，图1示出了根据本专利技术的方面的包括浮选单元12的系统10。浮选单元12包括具有腔16的器皿14，所述腔16具有足够的体积，以在其中保持一定量的待处理流体（为了参考的简单性，在下文为“废物流18”）和任何其它流体。在某些实施例中，废物流18从合适的废物源被递送，所述废物源将一定量的废物流18递送到器皿14的一个或多个入口。废物流18可包括在其中具有一种或多种不溶性污染物（诸如，油、固体以及其它不溶性和/或悬浮物质）的任何水性流体。在实施例中，废物流18包括来自油回收过程的产出水。为了将一定量的流体/气体混合物20递送到器皿14，以帮助油/固体污染物在器皿14中从废物流18分离，提供有与器皿14流体连通的泵22。泵22包括：一个或多个入口，以实现水性流体24到其的递送；以及一个或多个入口，以实现气体26到其的流动。如下文将详细解释的，泵22是有效的，以使气体26与流体24混合，以便提供包括溶解在其中的多个气体气泡的流体/气体混合物20。流体/气体混合物20从泵22被递送到器皿14。在器皿14内或在流体/气体混合物20由泵22递送到器皿14之前，流体/气体混合物20经受压力中的减小，这允许溶解气体气泡从流体/气体混合物20释放。当流体/气体混合物20在器皿14中与废物流18组合时，所理解的是，器皿14中的流体的总量可共同地被称为“流体30”。释放气体气泡（被显示为28）连同油以及可选来自废物流18的任何其它不溶性物质在器皿14中朝向流体30的顶部表面上升。在某些实施例中，而后可在器皿14中从流体30的顶部部分29移除不溶性物质，如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.分离过程，包括：/n经由泵(22)使一定量的气体(26)溶解在流体(24)中，以形成包括具有100微米或更小的平均气泡大小的多个溶解气泡(28)的流体/气体混合物(20)；/n将所述流体/气体混合物(20)递送到在其中包括废物流(18)的浮选单元(12)，所述废物流(18)包括具有平均油滴大小的油滴(33)；/n使所述溶解气泡(28)从所述流体/气体混合物释放；以及/n经由所述释放气泡(28)到所述油滴(33)的附着以及所述油滴(33)在所述浮选单元(12)中朝向流体表面的上升，使所述油滴在所述浮选单元(12)中从所述废物流(18)分离。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170815 US 62/5457131.分离过程，包括：
经由泵(22)使一定量的气体(26)溶解在流体(24)中，以形成包括具有100微米或更小的平均气泡大小的多个溶解气泡(28)的流体/气体混合物(20)；
将所述流体/气体混合物(20)递送到在其中包括废物流(18)的浮选单元(12)，所述废物流(18)包括具有平均油滴大小的油滴(33)；
使所述溶解气泡(28)从所述流体/气体混合物释放；以及
经由所述释放气泡(28)到所述油滴(33)的附着以及所述油滴(33)在所述浮选单元(12)中朝向流体表面的上升，使所述油滴在所述浮选单元(12)中从所述废物流(18)分离。


2.根据权利要求1所述的过程，其中，所述平均气泡大小在所述平均油滴大小的30％内。


3.根据权利要求1所述的过程，其中，所述平均气泡大小在所述平均油滴大小的20％内。


4.根据权利要求1所述的过程，还包括：
确定所述浮选单元(12)或所述废物流(18)中的所述油滴(33)的平均大小；以及
基于所确定的平均气泡大小，经由所述泵(22)而调节所述平均气泡大小。


5.根据权利要求1所述的过程，其中，所述泵(22)包括被设置在第一泵室内的叶轮(56)，并且所述过程还包括：
将第一量的气体(28)引入到所述叶轮(56)的前部部段(58)；
将第二量的气体引入到所述叶轮(56)的后部部段(60)；
修改所述第一量的气体对于所述第二量的气体的比率，以改变所述平均气泡大小。


6.根据权利要求1所述的过程，还包括以至少70Hz的频率操作所述泵(22)，以便相对于以60Hz或更低操作的泵而增加所述泵(22)的马达速度，并且增加被吸入到所述泵(22)中的一定量的空气。


7.根据权利要求1所述的过程，还包括：
确定所述浮选单元(12)或废物流(18)中的固体污染物的平均大小；以及
基于所确定的平均固体污染物大小，经由所述泵(22)而调节所述平均气泡大小。


8.根据权利要求1所述的过程，还包括将已处理流(32)从所述浮选单元(12)递送到所述泵(22)，以为所述泵(22)提供所述流体(24)，所述已处理流(32)相对于所述废物流具有减少量的油。


9.根据权利要求1所述的过程，还包括将一定量的气体从所述浮选单元(12)的顶部部分(29)递送到所述泵(22)，以提供气体，用于溶解。


10.分离系统(10)，包括：
泵(22)，与气体源和流体源流体连通，所述气体源和所述流体源被配置成分别将气体(26)和流体(24)递送到所述泵(22)，所述泵(22)被配置成将所述气体(26)引入到所述流体(24)中，以形成流体/气体混合物(20)，所述流体/气体混合物(20)包括具有100微米或更小的平均气泡大小的多个溶解气泡(28)；以及
浮选单元(12)，包括具有平均油滴大小的油滴(33)的一定量的废物流，所述浮选单元(12)包括与所述泵(22)流体连通的入口，用于在其中接收一定量的所述流体/气体混合物(24)。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：SP维尔钦斯基，CD库利，CL费尔克，
申请(专利权)人：西门子能源公司，
类型：发明
国别省市：美国;US