Способ и устройство для очистки воздуха и воды

Номер патента: 11112

Опубликовано: 30.12.2008

Авторы: Схьетне Туре, Ларсен Роар, Лунд Аре

Есть еще 7 страниц.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ очистки загрязненной воды путем образования гидратов и их отделения от загрязненной воды, обогащенной загрязняющими веществами, отличающийся тем, что подвергаемую очистке воду подают по первой трубе (31) в первый контейнер (T) с подходящим давлением и температурой, обеспечивающими образование гидрата, в контейнере (T) воду смешивают с гидратообразующим соединением, подаваемым по второй трубе (36), некоторую часть смеси гидрата и загрязненной воды рециркулируют в виде гидратообразующих зародышей в первый контейнер (T) по третьей трубе (32), а остаток подают в сепаратор (U), где смесь разделяют на загрязненную воду и чистый гидрат, гидрат подают во второй контейнер (W) по четвертой трубе (34, 35), во втором контейнере (W) температуру поднимают таким образом, что гидрат диссоциирует на чистую воду и гидратообразующее соединение, гидратообразующее соединение из второго контейнера (W) подают обратно по трубе (36) в первый контейнер (T) для образования гидрата, а чистую воду выделяют в качестве продукта.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что загрязняющие вещества включают один или более компонентов, выбранных из группы, включающей углеводороды, органические и неорганические соли, пыль, грязь, металлы, песок, газ, радиоактивные соединения и биологический материал.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделенные загрязняющие вещества подвергают рециркуляции на начальных стадиях способа или подают на участок для сбора (Y).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что образование гидрата осуществляют в несколько стадий, включающих повторное последовательное образование гидрата в загрязненной воде из сепаратора (U) до тех пор, пока концентрация загрязняющих веществ в загрязненной воде не станет слишком высокой для дальнейшего образования гидратов.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что выделенные гидраты из сепаратора (U) подвергают стадии промывания перед диссоциацией на чистую воду и гидратообразующий газ.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидратообразующее соединение, подаваемое в первый контейнер (T) по второй трубе (36), выбрано из низших углеводородов, CO2, галогенированных углеводородов, в которых галоген выбран из хлора и фтора, тетрагидрофурана, оксида этилена, благородных газов, таких как гелий, неон, аргон, ксенон, криптон, гексафторида серы, диоксида азота, предпочтительно C1-C5углеводородов или CO2, более предпочтительно метана, этана, пропана, CO2, наиболее предпочтительно метана или CO2.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что давление и температура на стадии образования гидратов имеют следующие значения: T<30шC, P>1 бар, предпочтительно T<20шC, P>5 бар, наиболее предпочтительно T<10шC, P>20 бар.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что частицы гидратов, подаваемые по третьей трубе (32) на стадию образования гидратов, имеют диаметр максимум 3 мм, предпочтительно максимум 500 мкм, еще более предпочтительно максимум 100 мкм.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что выделение гидратов осуществляют осаждением, либо фильтрацией, либо центрифугированием, либо флотацией.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что для диссоциации гидратов повышают температуру и/или снижают давление.

11. Устройство для очистки загрязненной воды, отличающееся тем, что оно содержит первую трубу (31) для подвергаемой очистке воды, проходящую в первый контейнер (T) для обеспечения образования гидрата, пятую трубу (33), проходящую из первого контейнера в сепаратор (U) для разделения на загрязненную воду и чистый гидрат, третью трубу для рециркуляции (5, 13, 32), проходящую из пятой трубы обратно в первый контейнер, шестую трубу (38), проходящую из сепаратора на участок для накопления загрязненной воды, четвертую трубу (34, 35), проходящую из сепаратора во второй контейнер (W) для диссоциации гидрата на чистую воду и гидратообразующее соединение, вторую трубу (36), проходящую из второго контейнера (W) в первый контейнер (T), седьмую трубу (37) из второго реактора (W) для удаления очищенной воды и один или более теплообменников (Z), обеспечивающих охлаждение в первом контейнере (T) и нагревание во втором контейнере (W).

12. Устройство для очистки загрязненной воды, отличающееся тем, что оно содержит последовательно расположенные устройства по п.11 в количестве для получения удовлетворительного повышения концентрации загрязняющих веществ.

 

Текст

Смотреть все

011112 Настоящее изобретение относится к способу и устройству для очистки воды или воздуха/газа, а также воды и воздуха/газа, очищенных согласно данному изобретению. Уровень техники Необходимость очистки воды может возникать по различным причинам. Ее целью может быть получение чистой питьевой воды для потребления, предотвращение утечки растворимых в воде или переносимых водой загрязняющих примесей, получение безопасных сточных вод в результате промышленных процессов либо получение желательных компонентов, содержащихся в воде, но в концентрациях,слишком низких для общей регенерации. В основном существуют два главных вида очистки воды: получение чистой воды или регенерация веществ, которые могут быть растворены в воде. Для очистки воды существуют различные способы, такие как фильтрация, дистилляция, центрифугирование и т.д. Многие из способов хорошо подходят для определенных загрязняющих веществ, но являются неэффективными для других. Всего лишь некоторые способы подходят для всех видов растворимых в воде веществ. При добыче нефти возникает хорошо известная проблема, заключающаяся в сопутствующем получении водной фазы. Такая водная фаза загрязнена, помимо прочих веществ, углеводородами и солями. Слив такой воды, также называемой "пластовой воды", "добываемой воды" или "разработочной воды", в окружающую среду, в море или на суше, приводит к сильному загрязнению. Следовательно, перед сливом вода должна быть очищена. Одна из альтернатив включает возвращение воды назад в резервуар, но это влечет за собой ограничивающий фактор стоимости добычи нефти, ограничивающий количество нефти, добываемой из резервуара, при возвращении всей пластовой воды назад в резервуар. В Норвегии было принято решение о запрещении после 2005 г. слива сточных вод в виде пластовой воды. Это означает, что поток, сливаемый после процесса, должен содержать только чистую воду. Природные потоки, вытекающие из отложений, в данном случае не принимаются во внимание. Норвежские требования к сточным водам касаются постоянно увеличивающегося объема пластовой воды, добываемой из норвежских нефтяных скважин. Требования к сточным водам, содержащим 0 м.д. каких-либо веществ, и к безвредным сточным водам различны. Последнее означает, что определенное количество веществ до предельного уровня концентрации и/или общего количества, и/или вместе с некоторыми другими соединениями и т.д., является приемлемым. Существует множество параметров в связи с вредностью, при этом многие из них являются малоизвестными. Другая сложность заключается в том, что даже если большое количество некоторых веществ не наносит вред природе, то разграничение между вредными и безвредными веществами может быть настолько проблематичным, что это может привести к тому, что отсутствие выбросов обеспечивает большую экономическую выгоду.Troll B и C производят приблизительно 60000 м 3 пластовой воды каждые 24 ч. Такой объем требует абсолютной очистки, обеспечивающей приемлемое производство нефти. Это означает, что очистке должно подвергаться 2500 т/ч воды. Для очистки воды до содержания в потоке приблизительно 40 м.д. углеводорода (в результате гидроциклонов, флоккуляции, фильтрации и т.д.) используют растворы. Кроме того, могут быть слиты нежелательные соли, а загрязняющие углеводороды наносят наибольший вред природе. Вся пластовая вода может быть закачана назад в резервуар, из которого добывают нефть либо в другую пористую сеть над производственной зоной или под ней. Однако при возвращении назад всего объема полученной пластовой воды процесс добычи довольно скоро становится явно невыгодным из-за высокого содержания воды в нефти. Это означает, что объем добычи снижается ниже возможного уровня. Поэтому задачей настоящего изобретения является обеспечение технологического раствора для получения большого количества абсолютно чистой воды из пластовой воды. Важным элементом настоящего изобретения является то, что загрязняющие вещества подвергают либо регенерации для получения нужных соединений, либо безопасному накоплению/ликвидации. Существуют альтернативные способы очистки воды. Их полное описание было дано в работе Bjornproduced water", IBC Offshore Water Management Conference, Aberdeen, 1993. В табл. 1 перечислены различные способы очистки полученной пластовой воды, связанные с регенерацией углеводородов.-1 011112 Таблица 1 Эффективность использования различных способов очистки добываемой пластовой воды в нефтяной промышленности Поскольку настоящее изобретение обеспечивает получение абсолютно чистой воды, очевидно, что данный способ гораздо более эффективен, чем известные способы. В Британском патенте GB 1360797, 1973 г., описана очистка загрязненной примесями воды путем образования гидратов. Данный патент касается конкретного использования трихлорфторметана и 3-бромпропена как таковых либо в смеси для получения гидрата. Отсутствует упоминание об образовании гидратов с углеводородными газами. Недостаток данного патента заключается в использовании галогенидов метана и пропена. Общеизвестно, что присутствие галогенидов в окружающей среде является неблагоприятным. В патенте также отсутствует описание эффективности способа при наличии большого количества растворенных солей и того, как они очищают воду при высокой концентрации соли. Создается впечатление, что данный способ конкретно предназначен для очистки загрязненной поверхностной воды, например, из реки. При очистке такой воды целью является выделение чистой воды для потребления или промышленных целей, при этом отсутствует указание, что делать с оставшейся частью. Патент США US 2904511, 1955 г., также касается получения чистой воды из морской воды. В данном патенте описано получение чистой воды из морской воды и основано на извлечении чистой воды при помощи гидратного процесса, в то время как более концентрированную морскую воду, которая становится побочным продуктом данного способа, непрерывно сливают. Стадии получения гидрата, его выделения, промывания, а также рециркулирования гидратообразующего соединения и сбор чистой воды совпадают с данным изобретением. Однако в патенте США отсутствует описание использования органических загрязняющих веществ. В Британском патенте GB 1320134, 1973 г., равно как и в двух вышеупомянутых патентах(GB 1360797 и US 2904511), описано получение чистой воды из соленой или солоноватой воды. Наиболее важной особенностью данных патентов является тот факт, что для получения гидрата используют природный газ, получая в результате два продукта: чистую воду и чистый природный газ. Природный газ из газового резервуара имеет сложный состав и содержит более тяжелые углеводороды. Перед транспортировкой LNG предпочтительно удалять более тяжелые компоненты, что может быть достигнуто путем образования гидрата. Несмотря на упоминание о том, что загрязненная вода может быть подвергнута данному процессу несколько раз, не учитывается тот факт, что повышенное содержание соли приведет к остановке процесса. Также отсутствует указание о том, что происходит с загрязненной водой после процесса. Другая ссылка, в которой описан известный способ, имеет более позднюю дату, 2001 г.,PCT/US01/27720. Внимание в данной ссылке сосредоточено на контроле температуры очищаемой водной фазы, обеспечивающем эффективный способ относительно энергетического баланса. Данный способ касается только получения чистой воды для потребления, без учета того, что произойдет с загрязняющими веществами. Норвежский патент NO 311854 относится к способу и системе транспортировки потока жидких углеводородов, содержащих воду. В данном патенте внимание сосредоточено на непрерывном образовании гидратов газа в технологическом потоке, чтобы обеспечить должную транспортировку содержащих воду жидкостей в трубопроводе на участках с низкой температурой. Гидраты удаляют из транспортного тру-2 011112 бопровода таким образом, чтобы не нарушать работу трубопровода, и таким образом, чтобы сохранить непрерывное образование гидратов из источников. Общим для известных способов является тот факт, что они не учитывают, что произойдет далее с загрязняющими веществами и солями, удаленными из воды. Кроме того, ни одна из ссылок на известные способы не упоминает об очистке разработочной воды из нефтяной промышленности. Описана очистка морской воды, солоноватой воды или загрязненной поверхностной воды. Совершенно не учитывается тот факт, что может возникнуть ситуация, когда промышленные процессы необходимо будет приостановить из-за того, что они загрязняют окружающую среду. В описании известных способов отсутствует упоминание об использовании загрязняющих веществ. С другой стороны, по меньшей мере, такое же значение имеет то, что в описании известных способов очистки воды отсутствует упоминание о неопределенности вокруг образования зародышей гидратов. Поэтому настоящее изобретение представляет существенное усовершенствование в данной области техники. При добыче нефти традиционно пытаются избежать образования гидратов, поскольку гидраты могут забить трубопроводы, что вызывает технологические проблемы и может угрожать безопасности. Задача настоящего изобретения как раз заключается в том, чтобы сделать промышленные процессы одновременно как экологически приемлемыми, так и экономически выгодными. Основная задача настоящего изобретения касается добычи нефти/газа, но, несмотря на то, что данное изобретение описано в основном со ссылкой на добычу нефти/газа, оно в равной степени относится и к другим видам промышленности, например к получению бумаги, переработке ядерных отходов, утечкам из судов в море, рециркуляции воды во время космического путешествия и т.д. Поэтому существует потребность в разработке способа абсолютной очистки загрязненной воды. Его задачей является получение совершенно чистой воды, которая может быть возвращена в природу без какого-либо риска для окружающей среды. Данный способ не всегда обеспечивает очистку всего объема воды, сохраняется остаток с высокой концентрацией загрязняющих веществ. Из-за повышения концентрации могут быть использованы другие способы, имеющие существенно более высокую эффективность и обеспечивающие экономически выгодное получение, например, нефти/газа даже при дальнейшем повышении содержания воды в технологическом потоке. Конечный остаток загрязненной водной фазы может быть, например, возвращен назад в резервуар без какой-либо опасности для природы. Очевидно, что данный способ может быть использован для решения многих промышленных и социальных задач. Помимо требования к эффективности процесса и в результате - к меньшему расходу энергии, важный аспект включает решение проблемы использования всего отработанного тепла. Отработанное тепло может быть использовано для отопления жилого сектора на нефтяных платформах, а также на других установках, требующих подачи тепла. В принципе, могут быть проложены кабели до устья скважин, а также трубопроводы для их обогрева, чтобы избежать закупоривания. В любом случае некоторые средства могут снизить затраты как путем использования способов и устройств согласно настоящему изобретению, так и сооружений на платформах в целом. Краткое описание изобретения Самый важный аспект настоящего изобретения заключается в том, что он касается всего потока воды в целом в связи с технологическим процессом. Ничто не выбрасывается в окружающую среду. Например, при использовании мощных тепловых насосов данный способ может быть осуществлен без больших затрат на энергию. В некоторых из современных видов использования промышленный процесс включает нетрадиционные элементы. Например, при добыче нефти/газа это относится к гидратам, для которых была неожиданно найдена возможность положительного использования; обычно образование гидратов ингибируют, поскольку оно может привести к блокированию трубопроводов, вызывающему затруднения в работе и создающему угрозу безопасности. Для других видов использования это является совершенно новым подходом рассматривать очистку воды как способ очистки воздуха. В промышленности могут быть использованы все виды мусора, а знания об отложениях могут быть использованы для осуществления долговременного хранения концентрированных веществ. Один из аспектов настоящего изобретения относится к способу очистки загрязненной воды путем образования гидратов и их отделения от загрязненной воды, обогащенной загрязняющими веществами,отличающемуся тем, что он включает добавление частиц гидратов к воде во время образования гидратов. Согласно одному из вариантов данный способ включает дальнейшую обработку отделенных загрязняющих веществ. Такие отделенные загрязняющие вещества могут включать один или более компонентов, выбранных из группы, включающей углеводороды, органические и неорганические соли, пыль,грязь, металлы, песок, газ, радиоактивные вещества и биологический материал. Обработка отделенных загрязняющих веществ может быть осуществлена путем рециркуляции на начальные стадии процесса или накопления/ликвидации. Согласно другому варианту, данный способ включает следующие стадии:a) подачу гидратообразующего соединения и зародышей гидратов в воду;b) образование гидратов в подходящих условиях давления и температуры;c) отделение гидратов от загрязненной воды;d) диссоциацию гидратов на чистую воду и гидратообразующее соединение. Процесс очистки может состоять из нескольких стадий, включающих повторное последовательное образование гидратов в загрязненной воде со стадии c) до тех пор, пока концентрация загрязняющих веществ в загрязненной воде не станет слишком высокой для дальнейшего образования гидратов. Если процесс очистки состоит из нескольких стадий, то такие стадии могут включать:a) подачу гидратообразующего соединения и зародышей гидратов в воду;b) образование гидратов в подходящих условиях давления и температуры;c) отделение гидратов от загрязненной воды;d) диссоциацию гидратов на чистую воду и гидратообразующее соединение;e) подачу гидратообразующего соединения и зародышей гидратов к загрязненной воде со стадии с);f) образование гидратов в подходящих условиях давления и температуры;g) отделение гидратов от загрязненной воды;h) диссоциацию гидратов на чистую воду и гидратообразующее соединение. При необходимости такой процесс может быть повторен несколько раз. Концентрация загрязняющих веществ в загрязненной воде после окончания процесса может составлять по меньшей мере 10 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 12 мас.%, более предпочтительно по меньшей мере 15 мас.%. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения выделенные гидраты со стадииc) подвергают стадии промывания перед диссоциацией на чистую воду и гидратообразующий газ. Гидратообразующее соединение, используемое на стадии a), может быть выбрано из низших углеводородов, CO2, галогенированных углеводородов, в которых галоген выбран из хлора и фтора,тетрагидрофурана, оксида этилена, благородных газов, таких как гелий, неон, аргон, ксенон, криптон,гексафторида серы, диоксида азота. Гидратообразующее соединение предпочтительно представляет собой C1-C5 углеводороды или CO2,более предпочтительно метан, этан, пропан, CO2, наиболее предпочтительно метан или CO2. При осуществлении способа согласно настоящему изобретению давление и температура предпочтительно имеют следующие значения: T30C, P1 бар, предпочтительно T20C, P5 бар, наиболее предпочтительно,T10C, P20 бар. Далее частицы гидратов могут быть получены путем рециркуляции гидратов со стадии c), при этом частицы гидратов, используемые на стадии образования гидратов, могут иметь диаметр максимум 3 мм, предпочтительно максимум 500 мкм, еще более предпочтительно максимум 100 мкм. Согласно другому варианту настоящего изобретения выделение гидратов на стадии с) представляет собой известный процесс разделения, при этом такой процесс выделения гидратов может быть выбран из группы, включающей осаждение, фильтрацию, центрифугирование, флотацию. После разделения в загрязненной воде, обогащенной загрязняющими веществами и гидратами, гидраты могут быть диссоциированы путем повышения температуры и/или снижения давления. Чистая вода, полученная способом согласно данному изобретению и удаляемая со стадии d), может быть адекватно чистой для использования в качестве питьевой воды или слива. Дальнейший аспект данного изобретения включает способ очистки газа, согласно которому газ барботируют через воду с целью переноса в нее газообразных загрязняющих веществ до использования способа очистки воды согласно настоящему изобретению. Дальнейший аспект данного изобретения касается устройства для очистки загрязненной воды, отличающегося тем, что оно содержит:a) установку для смешивания гидратообразующего соединения, зародышей гидратов и загрязненной воды при охлаждении и под давлением;b) устройство для выделения гидратов из загрязненной воды;c) устройство для диссоциации гидратов в чистой воде и гидратообразующего соединения. Согласно одному из вариантов осуществления устройство также включает устройства для очистки воды, установленные, как указано выше, последовательно и в достаточном количестве, чтобы обеспечить получение удовлетворительной концентрации загрязняющих веществ. При использовании данного устройства на нескольких стадиях оно может включать:a) установку для смешивания гидратообразующего соединения, зародышей гидратов и загрязненной воды при охлаждении и под давлением;b) устройство для выделения гидратов из загрязненной воды;c) устройство для диссоциации гидратов на чистую воду и гидратообразующее соединение;d) установку для смешивания гидратообразующего соединения, зародышей гидратов и загрязненной воды со стадии b) при охлаждении и под давлением;e) устройство для выделения гидратов из загрязненной воды;f) устройство для диссоциации гидратов на чистую воду и гидратообразующее соединение. Устройство для очистки воды согласно данному изобретению может быть использовано для очистки воды, полученной во время регенерации углеводородов.-4 011112 Дальнейший аспект данного изобретения касается устройства для очистки воздуха/газа, отличающегося тем, что такое устройство включает:a) установку для переноса газообразных компонентов из очищаемого газа в воду;b) установку для смешивания гидратообразующего соединения, зародышей гидратов и загрязненной воды при охлаждении и под давлением;c) устройство для выделения гидратов из загрязненной воды;d) устройство для диссоциации гидратов на чистую воду и гидратообразующее соединение. Дальнейшие аспекты данного изобретения касаются воды или воздуха/газа, отличающихся тем, что их очищают способом согласно настоящему изобретению. Далее варианты осуществления данного изобретения описаны со ссылкой на фигуры, на которых: фиг. 1 представляет технологическую схему способа очистки добываемой пластовой воды согласно настоящему изобретению; фиг. 2 представляет технологическую схему способа очистки воды из водного источника согласно настоящему изобретению; фиг. 3 представляет технологическую схему способа очистки газа/воздуха согласно настоящему изобретению; фиг. 4 представляет связь давления/температуры для диссоциации гидратов при различных концентрациях соли, при этом в качестве гидратообразующего соединения служит CO2. Образование гидратов контролируется кинетически и происходит при вышеуказанных условиях до получения соответствующих кривых; фиг. 5 представляет связь давления/температуры для диссоциации гидратов при различных концентрациях соли, при этом в качестве гидратообразующего соединения служит CH4. Образование гидратов контролируется кинетически и происходит при вышеуказанных условиях до получения соответствующих кривых; фиг. 6 представляет связь давления/температуры для диссоциации гидратов при различных концентрациях соли, при этом в качестве гидратообразующего соединения служит С 2 Н 6. Образование гидратов контролируется кинетически и происходит при вышеуказанных условиях до получения соответствующих кривых. Подробное описание изобретения В основе настоящего изобретения лежит тот факт, что гидратообразующие соединения образуют стойкие гидраты вместе с водой при определенном давлении и температуре. Гидратообразующие соединения отличаются тем, что они имеют относительно небольшие, неполярные молекулы и в основном представляют собой низшие углеводороды, например метан, этан и пропан, но также могут быть использованы диоксид углерода, азот, кислород, дигидросульфид, галогенированные углеводороды, в которых галоген выбран из хлора и фтора, тетрагидрофурана, оксида этилена, благородных газов, таких как гелий, неон, аргон, ксенон, криптон, гексафторида серы, диоксида азота. Гидрат состоит из гидратообразующих молекул, окруженных молекулами воды. Стойкие гидратные структуры не содержат ни солей,ни других углеводородов. Гидраты выделяют путем их отделения от загрязненной воды, уже обогащенной загрязняющими веществами. Чистую воду получают путем изменения давления и температуры, которое приводит к диссоциации гидратов на гидратообразующее соединение и чистую воду. Освобожденное гидратообразующее соединение возвращают назад в способ, в то время как чистая вода может быть использована для потребления или может быть непосредственно слита как чистая вода. Предназначенную для очистки воду помещают в бак с соответствующим давлением, температурой и, возможно, мешалкой, для оптимального образования гидратов. Гидратообразующее соединение смешивают с водой, в тех случаях, когда гидратообразующее соединение является газообразным, его барботируют в воду. Образование гидратов происходит спонтанно до тех пор, пока в баке присутствуют зародыши гидрата. Эффективность процесса сильно зависит от присутствия гидратов, поэтому их подают из внешних источников. Подачу зародышей гидратов в способе осуществляют при помощи обводного трубопровода согласно технологии, запатентованной в норвежском патентеNO 311854. Данный патент касается способа снижения уровня использования химических веществ и проблем, возникающих в трубопроводах для транспортировки углеводородов, при этом, вкратце, его задачей является контроль роста частиц гидрата на зародышах гидрата, рециркулируемых в процесс. После этого рост происходит эффективно, обеспечивая быстрое и полное образование гидратов в том смысле, что конверсии подвергается весь объем воды. Это помогает избежать "метастабильного" периода ожидания образования зародышей, а также избежать роста частиц гидрата в виде оболочки вокруг капель воды. Если гидраты растут в виде оболочки вокруг капель воды, это приводит к инкапсулированию воды и загрязняющих веществ, при этом такие загрязняющие вещества продолжают оставаться в способе. Один из аспектов настоящего изобретения касается способа, согласно которому воду после дневного процесса очистки подвергают усиленной очистке, целью которой является получение совершенно чистой воды. Такой способ может включать несколько стадий, при этом после каждой стадии получают совершенно чистую воду с одновременной концентрацией нежелательных веществ в потоке воды, кото-5 011112 рая продолжает оставаться в процессе. Если способ включает несколько стадий, то поток воды с концентрированными загрязняющими веществами подвергают дальнейшей очистке, повторяя первый способ как отдельный способ, а не рециркулируя его. Каждый раз гидрат выделяют на соответствующих стадиях способа, при необходимости, гидрат может быть промыт совершенно чистой водой. В таком случае промывную воду направляют в дальнейший способ, таким образом также подвергая ее дальнейшей очистке и обработке. Когда концентрация (солевых) загрязняющих веществ достигнет более приблизительно 25 мас.%,процесс не подлежит повторению. В этом случае соль удаляют очисткой воды над мембранами и/или путем обратного осмоса. Верхний предел концентрации, при которой происходит образование гидратов, прежде всего, ограничивается концентрацией соли, однако на данный предел также влияют другие полярные соединения,"соревнующиеся за воду". Поэтому теоретический предел концентрации для образования гидратов несколько варьируется в зависимости от того, какое соединение (какие соединения) загрязняет (загрязняют) воду; например данный предел несколько выше 25 мас.% при загрязнении метанолом. Все это хорошо известно специалисту в данной области техники. На данном этапе способа очистки получают большую часть чистой воды, например более 50% чистой воды. В некоторых случаях получают приблизительно до 90% чистой воды от первоначального количества воды, которую сливают или используют для потребления. Количество углеводородов, присутствие которых нежелательно в полученной воде, может быть повышено, например, путем химической экстракции и центрифугирования. Это согласуется с традиционной технологией обратной подачи углеводородов на участок для их получения. Поэтому содержание воды в такой остаточной жидкости может быть настолько небольшим, что оно не влияет на остальной способ. В целом, подача углеводородной части назад в первоначальный поток из нефтяных скважин таким образом, что углеводороды могут быть регенерированы, может оказаться целесообразной. Помимо углеводородов, также регенерируют добавляемые химические агенты, например поверхностно-активные вещества, с целью их повторного использования в способе регенерации углеводородов. Последний остаток загрязненной воды при добыче нефти/газа может быть вновь закачан в резервуар или другую пористую структуру в отложениях. На данном этапе способа очистки объем возвращаемой жидкости существенно снижается, тем самым обеспечивая возможность получения нефти/газа без утечек. Такой же принцип может применяться к любому промышленному способу, приводящему к образованию нежелательных продуктов. Поскольку в результате очистки получают вполне чистую воду, загрязняющие вещества сконцентрированы в небольшом объеме оставшейся жидкости. Такая жидкость также может храниться в течение длительного времени в стойких отложениях, доступных на суше или в море. Однако способ удаления чистой воды позволяет использовать загрязняющие вещества в качестве ресурса, а не рассматривать их как проблему. Альтернативное использование способа очистки необходимо для получения чистой питьевой воды/воды для потребления из речек, озер, грунтовой воды или морской воды. Такие источники воды не содержат такое же количество углеводородов и поэтому могут быть очищены сравнительно простым способом. Однократное применение вышеописанного способа очистки может оказаться достаточным. После однократной очистки чистую воду отделяют, а загрязненную воду отправляют назад в источник. Если во время следующего цикла источник содержит слишком большое количество нежелательных веществ, то для удаления загрязняющих веществ, например углеводородов и/или солей, могут быть использованы другие устройства, не наносящие вреда окружающей среде и одновременно способствующие получению воды экономически выгодным способом. Применение данного способа обеспечивает снижение затрат и представляет интерес для потребителей, желающих уменьшить расходы. Настоящее изобретение предлагает существенное усовершенствование известных подобных способов, поскольку рециркуляция частиц гидратов при новом виде использования поможет избежать трудностей в связи с образованием зародышей гидратов, а также обеспечить осуществление способа в менее экстремальных условиях,чем обычно, т.е. при более высоких температурах и более низком давлении, чем в "традиционных" гидратных процессах, в которых эти переменные должны быть экстремальными, для того чтобы обеспечить желаемое зарождение и образование зародышей/кристаллов. При использовании данного способа для получения воды для питья/воды для потребления применяют биологически приемлемые гидратообразующие соединения, например диоксид углерода, кислород,азот, благородные газы и т.д. Гидраты выделяют в нижней или верхней части производственной камеры в зависимости от свойств гидратообразующих соединений. После использования CO2 плотность гидратов начинает превышать плотность воды, поэтому гидраты выделяют в нижней части производственной камеры. Поскольку данный способ не приводит к очень большому скоплению соли, как при очистке добываемой пластовой воды, он является менее дорогостоящим. Если энергия может быть получена от солнца или других существенных источников окружающей среды, данный процесс является весьма выгодным. Настоящее изобретение уникально тем, что оно усовершенствует способ получения гидратов из морской воды, поскольку устраняет всякую неопределенность в связи с образованием зародышей и нача-6 011112 лом образования кристаллов. Изначально это был стохастический (случайный) способ, требующий ожидания в течение нескольких часов или дней для спонтанного образования гидратов. Однако было обнаружено, что элементы из норвежского патента NO 311854 могут быть использованы для начала роста без задержек путем непрерывной подачи новых "зародышей" в виде существующих частиц гидрата. Известная технология, описанная в US 2904511 и в следующих разделах, также имеет недостаток, заключающийся в том, что в момент образования частиц гидрата они проявляют тенденцию к инкапсулированию воды (содержащей загрязняющие вещества) в виде капель с оболочкой из гидрата и подобных геометрических образований, что полностью устраняется при использовании технологии, описанной в NO 311854,в качестве элемента настоящего изобретения. Подобное инкапсулирование воды с примесями/загрязняющими веществами весьма негативно влияет на эффективность процесса, поскольку такие загрязняющие вещества продолжают оставаться в чистой воде и смешиваются с чистой водой, полученной после последующей диссоциации гидратов. Способ образования гидратов является экзотермическим, выделяемое тепло может быть использовано в качестве энергии для процесса диссоциации гидратов, который по своей природе является эндотермическим. Поэтому для такого процесса может быть установлено оборудование, обеспечивающее максимальное использование энергии, например теплообменники. Гидрат может быть перенесен из бака для получения гидратов в новое устройство, в котором давление понижено и/или температура повышена для диссоциации воды из гидратообразующего соединения. Гидратообразующее соединение подают обратно на первую стадию процесса, а чистую воду сливают или используют. Если подвергаемая очистке вода представляет собой добываемую пластовую воду, то до очистки она содержит соли и углеводороды. Основной солью обычно является хлорид натрия, но могут также присутствовать и другие соли. Углеводороды представляют собой растворимые в воде соединения и/или эмульгированные капли воды-в-масле. Во время процесса поток воды обогащается солью и углеводородами, которые могут быть отделены, чтобы не останавливать процесс. Углеводороды могут быть извлечены или отделены при помощи мембран. Соли могут быть удалены при помощи ионно-селективных мембран или путем обратного осмоса. Наконец, остается некоторое количество водного остатка, очистка которого невыгодна с экономической точки зрения; он может быть, например, закачан в подходящую пористую часть резервуара. Поскольку количество остаточной воды невелико, то весь процесс может представлять собой хорошую альтернативу полному закачиванию. Помимо NaCl, другие соли также могут представлять интерес для улучшения добычи нефти, поскольку они могут быть добавлены к морской воде, используемой для нагнетания для поддержания давления и производительности в резервуаре. Выгода возвращения солей заключается в том, что нагнетаемая вода становится почти такой же, как и пластовая вода, благодаря чему снижается опасность образования осадка в пористой структуре. После удаления чистой воды из добываемой пластовой воды концентрация углеводородов в загрязненной воде повышается. Это способствует выделению большего количества углеводорода, поскольку после этого эмульгированные капли могут соединиться с другими каплями и в результате стать достаточно большими, для того чтобы быть непосредственно выделенными из воды таким же образом, как и в сепараторах. Если выделение углеводородов в виде продукта вызывает какие-либо проблемы, они могут быть вновь возвращены в резервуар. Ожидается, что большая часть таких углеводородов имеет значение для выделения, поскольку они могут быть использованы в шламе или при химическом затоплении/очистке. Поэтому весьма выгодным при добыче нефти является снижение объема возвращаемой воды. В высшей степени целесообразным является, например, возврат всего лишь 10% от добываемой воды. Эффективность настоящего изобретения может быть еще выше, поскольку может быть достигнут возврат,составляющий всего лишь 10% от добываемой воды. Чтобы обеспечить оптимальную эффективность процесса, желательно возвращать всего лишь 5% от добываемой воды, в некоторых случаях может быть достигнуто возвращение всего лишь 1% от добываемой воды. Система согласно настоящему изобретению может быть установлена на существующих производственных участках. До тех пор пока на участке происходит добыча газа, гидратообразующее соединение в виде газа(ов) может быть получено на таком производстве, в противном случае требуется установка газового резервуара и газовой обводной линии. Способ очистки согласно настоящему изобретению имеет мировой рынок, связанный с повсеместным получением углеводородов из отложений. Большая потребность в нем появится в связи с Северным морем и добычей нефти Норвегией, во всех скважинах также рано или поздно появится вода, и тогда возникнет необходимость в использовании данного способа очистки. Однако следует предположить, что не все страны предъявят к производителям абсолютное требование нулевых выбросов, как это делает сейчас Норвегия, но компания, придерживающаяся политики нулевых выбросов, несомненно, является предпочтительным производителем перед теми компаниями, которые не берут на себя такую же высокую ответственность за окружающую среду.-7 011112 Устройство для очистки воды согласно настоящему изобретению может быть установлено на заводах по производству углеводородов, особенно на платформах, в контакте с существующими сепараторами. Однако рынок для использования способа очистки воды для получения чистой воды больше, чем рынок добычи нефти. Существует большая потребность в чистой воде в различных частях света. Эта потребность может быть удовлетворена путем обессоливания морской воды. Технология обессоливания морской воды была разработана и запатентована уже давно, но в тех местах, где нет морской воды, пластовая вода из водных резервуаров может служить таким же хорошим источником воды. Тогда потребуется эффективная очистка воды, и гидратный способ согласно настоящему изобретению сможет конкурировать с обессоливанием. Дальнейший способ применения настоящего изобретения связан с космическими путешествиями,при которых потребность в чистой воде также является важным фактором. В этой связи рециркуляция воды является решающей, особенно во время длительного пребывания в космосе. Способ согласно настоящему изобретению может быть, например, использован на космических кораблях/космических станциях, а также других космических объектах. Загрязненная вода может поступать из первоначального резервуара на корабле или из возможного источника на/в космическом объекте. При осуществлении такого способа, вероятно, наиболее целесообразно использование биологически приемлемых гидратообразующих соединений, например диоксида углерода, кислорода, азота, благородных газов и т.д., но с экономической точки зрения, наверно, предпочтительным является диоксид углерода. Энергия в процессе расходуется на поддержание давления газа, обеспечивающего стабильное образование гидратов. Необходимость охлаждения в космическом пространстве обычно отсутствует. Другие дополнительные виды использования настоящего изобретения включают многочисленные промышленные процессы, осуществляемые на суше и приводящие к сливу загрязненной воды. Загрязняющие вещества могут иметь органическую (например, целлюлозно-бумажная промышленность) и/или неорганическую (например, заводы по переработке отходов при получении ядерной энергии) природу. Некоторые из промышленных процессов могут также привести к сливу микробиологических загрязняющих веществ (например, ферментативные процессы или сточные трубопроводы). Гидратный процесс согласно настоящему изобретению применим во всех упомянутых случаях для отделения чистой воды,при этом загрязненная вода может быть подвергнута данному процессу много раз, а конечная стадия включает слив загрязненной части не путем ее возвращения назад в окружающую среду, а путем нахождения приемлемых долговременных захоронений для нее, например, в резервуарах глубоких и устойчивых отложений. Другой вид использования включает очистку воздуха, которая также может быть осуществлена при помощи способа и устройства согласно настоящему изобретению. Предполагается, что воздух барботируют через резервуар с водой, в результате чего из воздуха могут быть извлечены растворимые в воде и эмульгируемые компоненты. Водная фаза может быть очищена при помощи способа согласно настоящему изобретению. В результате осуществления данного способа могут быть регенерированы ресурсы, связанные с промышленными способами. Такой способ также применим в районах массового проживания людей, в которых высок риск заболеваний, распространяемых путем капельной инфекции. Следующий вид использования данного способа включает регенерацию растворимых в воде веществ и минералов из моря. Задачей его осуществления может быть удаление нежелательного соединения или добыча недоступного другим способом ресурса. Далее данное изобретение дополнительно проиллюстрировано при помощи следующих разъясняющих, но не ограничивающих иллюстративных вариантов его осуществления. Иллюстративные варианты Очистка добываемой пластовой воды в связи с активностью добычи промышленной нефти. Подвергаемую очистке воду подают из сепаратора (B) по трубе (3) в первый контейнер (C) при подходящем давлении и температуре (указаны в табл. 2-4, а также на фиг. 4-6), обеспечивая образование гидрата. Сырую нефть подают в контейнер (M) по трубе (2). В контейнере (С) воду смешивают с гидратообразующим соединением, подаваемым по трубе (8). Зерна гидрата подают по трубе (5). Смесь гидрата/загрязненной воды подают в сепаратор (D) по трубе (4), где смесь разделяют на загрязненную воду и чистый гидрат. Гидрат подают в контейнер (F) по трубе (6/7); при необходимости гидрат может быть промыт в подходящем контейнере (E). В контейнере (F) температуру повышают посредством теплообменника (O) и труб (21) и (22) таким образом, что гидрат диссоциирует на чистую воду и гидратообразующее соединение. Давление также может быть понижено, но исходя из условий осуществления способа, целесообразно поддерживать давление. Гидратообразующее соединение из контейнера (F) подают назад в первый контейнер (C) по трубе (8) для получения гидрата. Чистую воду подают в контейнер (K) для чистой воды по трубе (9). Загрязненную воду с первой стадии сепаратора (D) подают по трубе (10) во второй контейнер (G) для получения гидрата. В контейнере (G) воду смешивают с относительно чистой водой, подаваемой по трубе (11) из сепаратора (В), и гидратообразующим соединением при подходящем давлении и температуре (указаны в табл. 2-4, а также на фиг. 4-6). Гидратообразующее соединение подают по трубе (16). Зерна гидрата подают по трубе (13). Смесь гидрата/загрязненной воды подают в сепаратор (H) по трубе(12), где смесь разделяют на загрязненную воду и чистый гидрат. Гидрат подают в контейнер (J) по трубе(14/15); при необходимости гидрат может быть промыт в подходящем контейнере (I). В контейнере (J) температуру повышают посредством теплообменника (O) и труб (21) и (22) таким образом, что гидрат диссоциирует на чистую воду и гидратообразующее соединение. Давление также может быть понижено,но исходя из условий осуществления процесса, целесообразно поддерживать давление. Гидратообразующее соединение из контейнера (J) подают назад во второй контейнер (G) по трубе (16) для получения гидрата. Чистую воду подают в контейнер (K) для чистой воды по трубе (17). При необходимости загрязненная вода (труба (18 из второго контейнера (H) для разделения может быть очищена с использованием известных способов очистки (L) с целью получения углеводородов для рециркуляции на процесс регенерации углеводородов по трубе (19) и загрязненной воды (труба (20 для накопления/повторного закачивания (N). Углеводороды для рециркуляции на процесс регенерации углеводородов подают в сепаратор (B) по трубе (19). Сырую нефть, пластовую нефть и т.д. подают из накопительной емкости (A) по трубе (1) в сепаратор (B). Очистка воды. Подвергаемую очистке воду подают из накопительной емкости (S) по трубе (31) в контейнер (T) с подходящим давлением и температурой (указаны в табл. 2-4, а также на фиг. 4-6), обеспечивая образование гидрата. В контейнере (T) воду смешивают с гидратообразующим соединением, подаваемым по трубе (36). Зерна гидрата подают по трубе (32). Смесь гидрата/загрязненной воды подают по трубе (33) в сепаратор (U), где смесь разделяют на загрязненную воду и чистый гидрат. Гидрат подают в контейнер(W) по трубе (34/35); при необходимости гидрат может быть промыт в подходящем контейнере (V). В контейнере (W) температуру повышают посредством теплообменника (Z) и труб (39) и (40) таким образом, что гидрат диссоциирует на чистую воду и гидратообразующее соединение. Давление также может быть понижено, но исходя из условий осуществления процесса, давление целесообразно поддерживать. Гидратообразующее соединение из контейнера (W) подают назад в контейнер (T) для получения гидрата по трубе (36). Чистую воду подают в контейнер (X) для чистой воды по трубе (37). Загрязненную воду подают на участок для сбора (Y) по трубе 38, она может быть слита или использована каким-либо иным способом. Данный вариант может быть использован для очистки почти всех видов воды, содержащей загрязняющие вещества. Примерами могут служить очистка соленой воды для потребления, поверхностной или почвенной воды для потребления, воды в связи с космическими операциями, сточных вод после промышленных процессов. Очистка воздуха. Подвергаемый очистке воздух или газ подают по газовой трубе (41) в контейнер (S), содержащий воду. Регулируя условия способа, загрязненный газ (газы) переводят в жидкую фазу, при этом очищенный воздух выходит из контейнера (S) через сточную трубу (42). Воду, включающую загрязняющие вещества, подают по трубе (31) в контейнер (T) с подходящим давлением и температурой (указаны в табл. 2-4, а также на фиг. 4-6), обеспечивая образование гидрата. В контейнере (T) воду смешивают с гидратообразующим соединением, подаваемым по трубе (36). Зерна гидрата подают по трубе (32). Смесь гидрата/загрязненной воды подают в сепаратор (U) по трубе (33),где смесь разделяют на загрязненную воду и чистый гидрат. Гидрат подают в контейнер (W) по трубе(34/35); при необходимости гидрат может быть промыт в подходящем контейнере (V). В контейнере (W) температуру повышают посредством теплообменника (Z) и труб (39) и (40) таким образом, что гидрат диссоциирует на чистую воду и гидратообразующее соединение. Давление также может быть понижено,но исходя из условий осуществления процесса, давление целесообразно поддерживать. Гидратообразующее соединение из контейнера (W) подают назад по трубе (36) в контейнер (T) для получения гидрата. Чистую воду подают в контейнер (S) по каналу (37) из контейнера (X) для чистой воды. Загрязненную воду подают на участок для сбора (Y) по трубе 38, она может быть слита или использована каким-либо иным способом. Пример взаимосвязи между гидратообразующим соединением и подходящим давлением и температурой, обеспечивающими образование гидрата с использованием CO2 в качестве гидратообразующего соединения, приведен в табл. 2. Образование гидрата, происходящее при условиях над кривыми, представленными на фиг. 4, контролируют кинетически. Пример взаимосвязи между гидратообразующим соединением и подходящим давлением и температурой, обеспечивающими образование гидрата с использованием СН 4 в качестве гидратообразующего соединения, приведен в табл. 3. Образование гидрата, происходящее при условиях над кривыми, представленными на фиг. 5, контролируют кинетически. Таблица 3 Пример связи между гидратообразующим соединением и подходящим давлением и температурой,обеспечивающими образование гидрата с использованием C2H6 в качестве гидратообразующего соединения, приведен в табл. 4. Образование гидрата, происходящее при условиях над кривыми, представленными на фиг. 6, контролируют кинетически. Несмотря на то что данное изобретение описано со ссылкой на иллюстративные варианты его осуществления и представленные здесь примеры, после ознакомления с данным описанием множество его эквивалентных модификаций и вариантов станут очевидными для специалистов в данной области техники. Следовательно, представленные выше примеры вариантов осуществления данного изобретения должны рассматриваться как иллюстративные, а не ограничивающие. Описанные варианты могут быть подвергнуты различным изменениям при условии, что они не нарушают сущность и объем данного изобретения. Данное изобретение определяется следующей формулой изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ очистки загрязненной воды путем образования гидратов и их отделения от загрязненной воды, обогащенной загрязняющими веществами, отличающийся тем, что подвергаемую очистке воду подают по первой трубе (31) в первый контейнер (T) с подходящим давлением и температурой, обеспечивающими образование гидрата, в контейнере (T) воду смешивают с гидратообразующим соединением,подаваемым по второй трубе (36), некоторую часть смеси гидрата и загрязненной воды рециркулируют в виде гидратообразующих зародышей в первый контейнер (T) по третьей трубе (32), а остаток подают в сепаратор (U), где смесь разделяют на загрязненную воду и чистый гидрат, гидрат подают во второй контейнер (W) по четвертой трубе (34, 35), во втором контейнере (W) температуру поднимают таким образом, что гидрат диссоциирует на чистую воду и гидратообразующее соединение, гидратообразующее соединение из второго контейнера (W) подают обратно по трубе (36) в первый контейнер (T) для образования гидрата, а чистую воду выделяют в качестве продукта. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что загрязняющие вещества включают один или более компонентов, выбранных из группы, включающей углеводороды, органические и неорганические соли, пыль,грязь, металлы, песок, газ, радиоактивные соединения и биологический материал. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отделенные загрязняющие вещества подвергают рециркуляции на начальных стадиях способа или подают на участок для сбора (Y). 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что образование гидрата осуществляют в несколько стадий,включающих повторное последовательное образование гидрата в загрязненной воде из сепаратора (U) до тех пор, пока концентрация загрязняющих веществ в загрязненной воде не станет слишком высокой для дальнейшего образования гидратов. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что выделенные гидраты из сепаратора (U) подвергают стадии промывания перед диссоциацией на чистую воду и гидратообразующий газ. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидратообразующее соединение, подаваемое в первый контейнер (T) по второй трубе (36), выбрано из низших углеводородов, CO2, галогенированных углеводородов, в которых галоген выбран из хлора и фтора, тетрагидрофурана, оксида этилена, благородных- 11011112 газов, таких как гелий, неон, аргон, ксенон, криптон, гексафторида серы, диоксида азота, предпочтительно C1-C5 углеводородов или CO2, более предпочтительно метана, этана, пропана, CO2, наиболее предпочтительно метана или CO2. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что давление и температура на стадии образования гидратов имеют следующие значения: T30C, P1 бар, предпочтительно T20C, P5 бар, наиболее предпочтительно T10C, P20 бар. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что частицы гидратов, подаваемые по третьей трубе (32) на стадию образования гидратов, имеют диаметр максимум 3 мм, предпочтительно максимум 500 мкм, еще более предпочтительно максимум 100 мкм. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что выделение гидратов осуществляют осаждением, либо фильтрацией, либо центрифугированием, либо флотацией. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что для диссоциации гидратов повышают температуру и/или снижают давление. 11. Устройство для очистки загрязненной воды, отличающееся тем, что оно содержит первую трубу(31) для подвергаемой очистке воды, проходящую в первый контейнер (T) для обеспечения образования гидрата, пятую трубу (33), проходящую из первого контейнера в сепаратор (U) для разделения на загрязненную воду и чистый гидрат, третью трубу для рециркуляции (5, 13, 32), проходящую из пятой трубы обратно в первый контейнер, шестую трубу (38), проходящую из сепаратора на участок для накопления загрязненной воды, четвертую трубу (34, 35), проходящую из сепаратора во второй контейнер (W) для диссоциации гидрата на чистую воду и гидратообразующее соединение, вторую трубу (36), проходящую из второго контейнера (W) в первый контейнер (T), седьмую трубу (37) из второго реактора (W) для удаления очищенной воды и один или более теплообменников (Z), обеспечивающих охлаждение в первом контейнере (T) и нагревание во втором контейнере (W). 12. Устройство для очистки загрязненной воды, отличающееся тем, что оно содержит последовательно расположенные устройства по п.11 в количестве для получения удовлетворительного повышения концентрации загрязняющих веществ.

МПК / Метки

МПК: C02F 1/00, B01D 47/02, B01D 53/14

Метки: способ, устройство, воздуха, очистки, воды

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/15-11112-sposob-i-ustrojjstvo-dlya-ochistki-vozduha-i-vody.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ и устройство для очистки воздуха и воды</a>

Похожие патенты