专利名称：净化水的方法以及包含该方法的采油工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及净化水的方法以及包含该方法的采油工艺，尤其是涉及含有二氧化硅的水的净化方法和工艺。
背景技术：
二氧化硅是自然界中的一种常见物质，经常存在于各种水体中，且通常条件下在水中的溶解度较低。为了避免二氧化硅从水中沉积出来并对用水装置造成结垢等不利影响，许多情况下需要对水中的二氧化硅进行一定程度的移除。已经有多种尝试来从含有二氧化硅的废水或其他水源中移除二氧化硅。例如美国专利第7905283号公开了一种重油开采过程中去除二氧化硅的方法。在这个方法中，氧化镁或氯化镁混合蒸发前的水或蒸发后产生的浓缩液以共同沉淀氢氧化镁和二氧化硅。当蒸发后再去除二氧化硅时，二氧化硅会导致蒸发器结垢，这是不希望见到的结果。此外，由于获得化学品和最终处置化学品的额外费用以及该过程实际操作中难以精确控制等原因，添加如氧化镁或氯化镁等化学品用于净化水有时不是一个很好的选择。因此，例如在采油工艺中等应用中，需要一种新的或改进的净化包含二氧化硅的水的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的净化水的方法以及包含该方法的采油工艺。本发明涉及净化水的方法，包括:在约60摄氏度到低于约100摄氏度的温度范围用电絮凝过程净化含有第一浓度的二氧化硅的水，从而获得含有低于第一浓度的第二浓度的二氧化硅的电絮凝净化水；以及蒸发电絮凝净化水以获得蒸汽和浓缩液。本发明涉及采油工艺，包括:从油井中获取油水混合物；分离油水混合物以获得油产品和含有第一浓度的二氧化硅的水；在约60摄氏度到低于约100摄氏度的温度范围用电絮凝过程净化含有第一浓度的二氧化硅的水，从而获得含有低于第一浓度的第二浓度的二氧化硅的电絮凝净化水；蒸发电絮凝净化水以获得蒸汽和浓缩液；冷凝蒸发获得的蒸汽以得到冷凝水；以及加热冷凝水以获得注入油井获取油水混合物的蒸汽。
结合详细说明并参照附图可以更好地理解本发明的特色，组成以及优点，在附图中:图1是根据本发明的一个实施例的采油工艺的示意具体实施例方式说明书和权利要求中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量,还包括与该数量接近的可接受的修正的部分, 而不会导致相关基本功能的改变。相应的，用“约”或“大约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。本发明中所提及的数值包括从低到高一个单元一个单元增加的所有数值，此处假设任何较低值与较高值之间间隔至少两个单元。举例来说，如果提及一个组分的数量或一个工艺参数的值，比如，温度，压力，时间等等，是从I到90，20到80，或30到70，是想表达15到85，22到68，43到51，30到32等数值都已经明白的列举在此说明书中。对于小于I的数值，0.0001,0.001，0.01或者0.1被认为是比较适当的一个单元。前述只是想要表达的特别示例，所有在列举的最低到最高值之间的数值组合均被视为以类似方式清楚地列在本说明书中。本发明各实施例中的方法可被用于净化天然水和/或来自于不同工业过程的废水。在一些实施例中，被净化水来自石油开采过程、煤层甲烷开采过程和地热水回收过程中的至少一种。石油开采过程的一个示例为蒸汽辅助重力泄油工艺。请参考图1，根据本发明的一个实施例，采油工艺I包括:a.从油井(未图示)中获取油水混合物2 ；b.分离油水混合物2以获得油产品3和含有第一浓度的二氧化硅的水
4；c.在约60摄氏度到低于约100摄氏度的温度范围用电絮凝净化含有第一浓度的二氧化硅的水4，从而获得含有低于第一浓度的第二浓度的二氧化硅的电絮凝净化水5 ;d.蒸发电絮凝净化水5以获得蒸汽6和浓缩液7 ；e.冷凝蒸发获得的蒸汽6以得到冷凝水8 ；以及f.加热冷凝水8以获得注入油井获取油水混合物2的蒸汽9。本发明中“电絮凝”指的是一种方法，在其中电流被施加于阴极和阳极之间，以在被净化水中产生电场。被净化水和其中的物质作为电解液。如果阴极和阳极中至少一个为牺牲电极，由如钢、铁、铝、锌或镁等材料制成，电极上的离子迁移到电解液中并与在对电极上产生的氢氧根离子形成低溶解度的金属氢氧化物。金属氢氧化物相互集结 并与其他物质结合。在适当的操作条件下，这些集结的物质尺寸长大从而可借重力、气浮或过滤等方法移走。在一些实施例中，电絮凝过程中使用的电极是由铁和铝中至少一种制成，从而电极释放离子的电化学反应是为Al—Al3++3e_和/或Fe — Fe2++2e'被净化水和电絮凝净化水中的二氧化硅可有各种不同的形态，例如，溶解态的和胶体态的。此外，考虑到电絮凝过程可能改变二氧化硅的形态或者可能更倾向于去除某些形态的二氧化硅，被净化水中的二氧化硅和电絮凝净化水中的二氧化硅形态可能相同也可能不同。类似地，本发明中涉及的其他方法处理前后的水中的二氧化硅形态可能相同也可能不同。本发明所述“二氧化硅”包括二氧化硅及其在不同条件下可能存在的不同形式。电絮凝过程中二氧化硅的去除效率可受从牺牲电极迁移到水中的离子浓度的影响。在一些实施例中，电絮凝操作时可施加大小合适的电流从牺牲电极释放金属离子以使释放到水中的金属离子与水中含有的二氧化硅的摩尔比为约0.1: I到约10: 1，或约
0.1: I 到约 8:1。电絮凝可能用到超过两个电极。这种情况下，可能有两种排列形式，即，单极排列和双极排列。单极排列指每一对电极内部相互连接，而并没有与其他电极互联。所有电极直接连接到电源。例如，四个电极的排列可以为:(+，-，+，_)而六个电极的排列可以为:(+，_，+，_，+，-)等，其中用于代表不同极性的电极，“ + ”为阳极，为阴极。这种排列可能还需要一个电阻箱来调节电流流量和一个万用表来读取电流的值。双极排列指的是只有最外面的两个端电极与电源直接连接，而两者之间的其他内电极则间接受电势影响。内电极为双极电极，即导电板的两平行面分别带有相反的电荷。例如，四个电极的排列可以为:(+，0，0，_)而六个电极的排列为:(+，0，0，0，0，-)等，其中“ + ”为阳极，为阴极，“O”为双极电极。根据要处理的被净化水中杂质的组成，如有需要可在电絮凝过程中使用添加剂。该添加剂可被随后去除，或在形成沉淀过程中参与化学反应。例如，过氧化氢、芬顿试剂(过氧化氢和二价铁(Fe2+)的反应产物)、高锰酸盐(例如以高锰酸钾和高锰酸钠等形态加入)和臭氧等化学氧化剂可加入被净化水中以进行化学氧化。此外，当使用非牺牲阴极和阳极时，可使用添加剂来形成离子与溶质和悬浮微粒相互作用以将悬浮液和溶液中的杂质絮凝出来。当使用牺牲阴极和阳极时，添加剂可用于增加水的导电性从而促进电絮凝。在一些实施例中，在电絮凝时将有效剂量的离子絮凝剂加入被净化水中。在一些实施例中，离子絮凝剂可包含后述至少一种物质:丙烯酰胺/季铵盐共聚物、表氯醇和胺的共聚物，丙烯酰胺/烯丙基/三烷基/铵的共聚物，丙烯酰胺/ 二烯丙基烷基铵共聚物，丙烯酰胺/丙烯酸共聚物及其盐，丙烯酰胺/烷基丙烯酸共聚物，丙烯酰胺/马来酸共聚物，丙烯酰胺马来酸共聚物，丙烯酰胺/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的共聚物，丙烯酸共聚物及其盐类，丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物。示例性阳离子丙烯酰胺/季铵盐共聚物可由下列化学式I表示:
权利要求
1.化水的方法,包括: 在约60摄氏度到低于约100摄氏度的温度范围用电絮凝过程净化含有第一浓度的二氧化硅的水，从而获得含有低于第一浓度的第二浓度的二氧化硅的电絮凝净化水；以及 蒸发电絮凝净化水以获得蒸汽和浓缩液。
2.权利要求1所述的净化水的方法，其中电絮凝过程中电极释放的金属离子和二氧化硅的摩尔比为约0.1: I至约10: I。
3.权利要求1所述的净化水的方法，其中所述电絮凝过程进行的温度范围为约80摄氏度到约95摄氏度。
4.权利要求1所述的净化水的方法，其中所述电絮凝过程进行的温度为约90摄氏度。
5.权利要求1所述的净化水的方法，其中电絮凝过程中电极释放的金属离子与二氧化硅的摩尔比为约0.1: I至约8: I。
6.权利要求1至5中任何一项所述的净化水的方法，其中在电絮凝进行过程中加入了有效剂量的离子絮凝剂，其中离子絮凝剂包括丙烯酰胺/季铵盐共聚物、表氯醇和胺的共聚物、丙烯酰胺/烯丙基/三烷基/铵的共聚物、丙烯酰胺/ 二烯丙基烷基铵共聚物、丙烯酰胺/丙烯酸共聚物及其 盐类，丙烯酰胺/烷基丙烯酸共聚物、丙烯酰胺/马来酸共聚物、丙烯酰胺马来酸共聚物、丙烯酰胺/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的共聚物、丙烯酸共聚物及其盐类、丙烯酸/2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物中的至少一种。
7.权利要求1至5中任何一项所述的净化水的方法，其中电絮凝过程进行后进一步过滤获得电絮凝净化水。
8.油工艺，包括: 从油井中获取油水混合物； 分离油水混合物以获得油产品和含有第一浓度的二氧化硅的水； 在约60摄氏度到低于约100摄氏度的温度范围用电絮凝过程净化含有第一浓度的二氧化硅的水，从而获得含有低于第一浓度的第二浓度的二氧化硅的电絮凝净化水； 蒸发电絮凝净化水以获得蒸汽和浓缩液； 冷凝蒸发获得的蒸汽以得到冷凝水；以及 加热冷凝水以获得注入油井获取油水混合物的蒸汽。
9.权利要求8所述的采油工艺，其中电絮凝过程中电极释放的金属离子和二氧化硅的摩尔比为约0.1: I至约10: I。
10.权利要求8所述的采油工艺，其中电絮凝过程中电极释放的金属离子和二氧化硅的摩尔比为约0.1: I至约8: I。
全文摘要
本发明涉及一种净化水的方法，该方法包括在约60摄氏度到低于约100摄氏度的温度范围用电絮凝过程净化含有第一浓度的二氧化硅的水，从而获得含有低于第一浓度的第二浓度的二氧化硅的电絮凝净化水；以及蒸发电絮凝净化水以获得蒸汽和浓缩液。本发明也涉及包含该方法的采油工艺。
文档编号C02F1/463GK103086483SQ201110338429
公开日2013年5月8日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者熊日华, 孙怡文, 戴维.M.波利佐蒂 申请人:通用电气公司