[发明专利]用于增强溶解气体浮选的方法和系统

说明书

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。

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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，本发明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；