一种脱除水中含有的二氧化碳的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种脱除水中含有的二氧化碳的方法，属于油气田技术领域。
【背景技术】
[0002]随着开采年限的增加，大部分油田地层压力降低，产油速度下降。为了提高采油速度、多产油、稳产油，需要维持或者提高地层压力。保证原油产量最常用的方法是向地层注水，而采出水经过处理后回注是油田节约水源的最佳途径。目前我国很多油田采出水中都溶有二氧化碳气体，部分油田的采出水中二氧化碳含量高达几百mg/L，根据SY/T5329-94《碎屑岩油藏注水水质推荐指标》标准要求，油田回注水水质标准中要求游离二氧化碳含量小于10mg/L。这是因为，二氧化碳气体溶于水中，污水整体呈现酸性，在相同的pH条件下它对钢铁的腐蚀比盐酸还严重。二氧化碳引起钢铁迅速的全面腐蚀和严重的局部腐蚀，使得设备和井下管道发生过早腐蚀失效，并造成严重的后果。
[0003]目前，油田采出水回注系统中处理二氧化碳腐蚀问题的主要方法是化学法，另外一些高校和研究机构提出还可以采用真空法、超重力法和气提法。各种方法均有其应用范围和优缺点。
[0004]化学法是向污水中投加缓蚀剂，依靠缓蚀剂来控制腐蚀，缓蚀剂的作用原理是在金属壁上成膜控制腐蚀，其主要优点是工程投资省。存在的问题:缓蚀剂并不能完全去除污水中引起腐蚀的因素。并且因药剂的消耗、保护距离有限，容易引起水质二次污染。
[0005]真空法对水中含有的二氧化碳有一定脱除能力，但对设备要求高，需抽气设备和负压操作，投资较闻。
[0006]超重力工艺脱除水中二氧化碳的效果明显，但是由于技术成熟度及运行费用高等经济原因还未在油田废水处理中广泛应用。
[0007]目前业界还没有找到一种令人满意的解决方案，因此需要一种环保、高效、高可靠性、费用低的脱除二氧化碳的方式。
【发明内容】
[0008]为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种脱除水中含有的二氧化碳的方法，特别适用于油气田中用于回注的产出水。
[0009]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:该方法是:1、空气气提脱除二氧化碳，在此过程中水的含氧量增加至接近饱和；2、用氮气气提脱除上一步的氧气；3、对气提气氮气进行催化燃烧再生，然后加压循环利用。
[0010]其具体工艺流程如下:
1、含二氧化碳的采出水经过加压泵或阀门调整到高于大气压的压力，自上而下进入脱二氧化碳塔，利用鼓风机自脱二氧化碳塔下方向分离装置中提供过量的空气，空气与含二氧化碳的水进行逆流接触气提出二氧化碳，携带二氧化碳的空气从脱二氧化碳塔上部排气口排到大气中，而脱除二氧化碳的水从脱二氧化碳塔下部排水口排出，这时排出水中的二氧化碳浓度降低到10mg/L以下，水中的氧气浓度达到或接近饱和状态；
所述的脱二氧化碳塔内置填料，填料为具有耐酸性腐蚀的不锈钢散装填料或规整填料，用于提供气体和液体的接触；
2、将脱二氧化碳塔中排出的水与气提气氮气混合后导入到脱氧装置，进行脱氧处理。经过除氧的出水从脱氧装置下方排水口排出，富含氧气的气提气氮气(以下简称“富氧气提气”)经脱氧塔上方捕雾器至排气口排出进入气提气再生回路；
所述的脱氧装置根据占地要求和原水水质、出水要求的不同可以采用一级或二级脱氧。一般来说，两级的效果要好于一级。每一级脱氧又可采取两种形式之一:a)逆流接触脱氧塔；或者b)静态混合器+气液分离器。一般来说:塔的分离效果好，但是对处理的水洁净度要求比较高，要求进脱氧塔的水已经经过除油、除悬浮物的处理，而且设备尺寸大，在海洋平台等应用更容易受限。经过一级脱氧塔处理出水氧含量能达到0.05mg/L以下，经过二级脱氧塔处理的出水氧含量能达到0.02mg/L以下，经过一级静态混合器、一级气液分离器和二级静态混合器、二级气液分离器的组合处理的出水氧含量能达到0.05mg/L以下。
[0011]所述的脱氧塔中设填料，由于水中仍有一部分二氧化碳，因此填料为具有耐酸性腐蚀的不锈钢散装填料或规整填料，待处理的水从脱氧塔上部进入，气提气氮气从脱氧塔下部进入，水与氮气在填料床层逆流接触。
[0012]所述的一级和二级气液分离器可以采用卧式或立式结构。
[0013]3、将从脱氧装置上方排气口排出的富氧气提气导入催化反应器，向催化反应器中添加燃料，使富氧气提气与在催化剂的作用下与燃料反应消耗掉氧气，除掉氧气的气提气氮气(以下简称“贫氧气提气”)自催化反应器出口排出，循环使用。而从催化反应器出来的贫氧气提气由于吸收反应放出的热量，温度比入口高。所以利用由催化反应器出来的高温的贫氧气提气中的一部分，进到换热器将催化反应器前的气提气预热，便于稳定催化氧化反应，其余的部分利用三通阀排到气提气回路；
所述的催化反应器设催化剂床，用固定催化剂，催化剂采用三氧化二铝负载钼或钯等贵金属作为催化剂；
所述的催化反应器内设加热器，一旦反应器内的温度低于某设定值时，对催化反应器补充加热；
所述的燃料是氢气。在油气田选用氢气做催化燃烧的燃料不是一个常用的选择。油气田的常规脱氧装置如果采用气提法，几乎全部采用甲醇、乙醇或甲烷。但是这些燃料含有碳元素，燃烧后产生二氧化碳。如果采用常规流程，脱除二氧化碳后的水中将再次导入二氧化碳，则前面的脱除二氧化碳的效果将大打折扣。而在这里采用氢气，则燃烧产物中不含二氧化碳，避免了上述问题。
[0014]4、将脱氧装置排出的贫氧气提气利用气体增压装置加压导入气提气回路，循环利用；
所述的气体增压装置可以是罗茨风机，也可以是其他气体增压设备。
[0015]本发明的有益效果是:此方法可以去除油田污水中的二氧化碳，处理效果好，从而可以降低采出水的酸度，碳钢的腐蚀速率降至0.02 mm/a以下，达到SY/T 5329-94《碎屑岩油藏注水水质推荐指标》；采用空气气提二氧化碳，虽然引入了氧气，但采用氮气气提能够脱除氧气，气提气采用催化反应的方式回收利用，除氧效果好，可靠性高，系统没有二次污染；系统无需投加缓蚀药剂；本发明流程简单，反应条件温和，特别适合处理含二氧化碳的油田回注水，除二氧化碳效率高，运行费用低。
[0016]本发明将脱氧工艺用于脱除二氧化碳，之后再进行脱氧，而且根据下游的管道材质，选用氢气做氮气再生的燃料，避免了脱碳脱氧流程后再次引入二氧化碳的问题。
[0017]本发明可以用于油气田等行业，尤其涉及油气田采出水中含有二氧化碳进行去除再回注的工艺，但是也可以用于其他水中含有二氧化碳的领域，从而避免含有二氧化碳的酸性水对设备和管道造成腐蚀。
【附图说明】
[0018]图1为本发明方法工艺流程图1，采用两级静态混合器和分离器脱除氧气。
[0019]图2为本发明方法工艺流程图2，采用一级静态混合器和分离器脱除氧气。
[0020]图3为本发明方法工艺流程图3，采用两级脱氧塔再生氮气。
[0021]图中标号:
1、鼓风机，2、