流體處理方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】流體處理方法和系統(tǒng)
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)
[0002] 本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C.§119(e)要求于2013年2月6日提交且名稱為"流體處理方法 和系統(tǒng)（FLUID TREATMENT METHODS AND SYSTEM)"的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.61/761,607的 權(quán)益，所述申請(qǐng)的全文W引用方式并入本文中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本文中公開(kāi)了用于處理諸如來(lái)自壓裂場(chǎng)所的廢水的流體的方法和系統(tǒng)的實(shí)施例 和實(shí)施方案。在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)可包括一個(gè)或多個(gè)模塊，諸如電氧化模塊、電凝聚 模塊、浮選模塊、蒸發(fā)模塊和超過(guò)濾模塊。還可提供一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)模塊W分析廢水中的一 種或多種廢水成分的濃度。來(lái)自此類模塊的數(shù)據(jù)可用來(lái)調(diào)整處理系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)操作 參數(shù)或條件。所述系統(tǒng)還可包括設(shè)計(jì)成使對(duì)環(huán)境的不利影響最小化的一個(gè)或多個(gè)特征，諸 如避免將化學(xué)品添加到流、提取鹽或其它化學(xué)品W供再使用，和/或使用來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)燃燒過(guò)程 的二氧化碳。
[0004] 在用于廢水處理的系統(tǒng)的一個(gè)特定實(shí)例中，可提供廢水進(jìn)水口，所述廢水進(jìn)水口 配置成接收進(jìn)入的廢水流。所述系統(tǒng)還可包括電氧化模塊，所述電氧化模塊配置成接收進(jìn) 入的廢水流且增加行進(jìn)穿過(guò)所述電氧化模塊的廢水流的抑。在一些實(shí)施例中，模塊中的一 個(gè)或多個(gè)可配置成將廢水流的抑增加到在約11與約12之間。在一些實(shí)施例中，可在不向水 添加化學(xué)品的情況下增加流的抑。
[0005] 還可提供包括至少兩個(gè)電極的電凝聚模塊。電凝聚模塊可配置成接收進(jìn)入的廢水 流且從行進(jìn)穿過(guò)所述電凝聚模塊的廢水流去除一種或多種污染物;在一些實(shí)施例中，電氧 化模塊和電凝聚模塊可為單個(gè)組合電化學(xué)處理單元的部分。
[0006] 系統(tǒng)還可包括浮選模塊，浮選模塊配置成接收進(jìn)入的廢水流并將其分離為水相流 和一個(gè)或多個(gè)其它流，諸如油相流、污泥相流和/或包括油和固體粒子的流。蒸發(fā)模塊可配 置成從浮選模塊接收水相流且還配置成沉淀水相流內(nèi)的結(jié)垢元素;在一些實(shí)施例中，浮選 模塊還可配置成從進(jìn)入浮選模塊的廢水流的表面撇去凝聚油。
[0007] 在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還可包括配置成將二氧化碳?xì)怏w輸送到蒸發(fā)模塊的二 氧化碳管道。在一些此類實(shí)施例中，輸送到二氧化碳?xì)怏w管道的二氧化碳?xì)怏w可從廢氣產(chǎn) 生，廢氣是由用于在廢水處理的系統(tǒng)的處理場(chǎng)所處的碳氨燃料的燃燒所引起。例如，輸送到 二氧化碳?xì)怏w管道的二氧化碳?xì)怏w可通過(guò)處理系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)模塊從廢氣產(chǎn)生，廢氣是 由碳氨燃料的燃燒所引起。
[0008] 超過(guò)濾模塊可配置成接收進(jìn)水流且輸送流出的滲透物流，所述滲透物流包括鹽溶 液，諸如包括氯化鋼鹽和/或一種或多種其它鹽的溶液。在一些實(shí)施例中，此溶液可諸如借 助于熱處理模塊加 W進(jìn)一步處理W獲得可再使用鹽產(chǎn)物。此熱處理器可配置成從超過(guò)濾模 塊接收包括濃縮化Cl溶液的進(jìn)水流且在第一口處輸送固態(tài)化Cl且在第二口處輸送凈化水 流。
[0009] 在一些實(shí)施例中，還包括含反滲透(RO)模塊。此可有利于將進(jìn)水流分離為出水流， 出水流包括一股或多股高TDS流和一股或多股低TDS流。如果需要，高TDS流可被發(fā)送到蒸發(fā) 器(諸如熱處理器），W產(chǎn)生一種或多種固態(tài)產(chǎn)物，諸如固態(tài)氯化鋼鹽產(chǎn)物。
[0010] 還可提供一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)模塊(諸如激光誘導(dǎo)擊穿光譜模塊），其可配置成分析廢 水中的一種或多種化學(xué)成分的濃度。此類檢測(cè)模塊還可配置成將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)中的一個(gè) 或多個(gè)其它模塊，W調(diào)整系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)操作參數(shù)或條件，諸如禁用廢水處理系統(tǒng)中 的一個(gè)或多個(gè)模塊、調(diào)整廢水處理系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)模塊的操作參數(shù)、將廢水流轉(zhuǎn)向W 繞過(guò)廢水處理系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)模塊，或使廢水再循環(huán)通過(guò)廢水處理系統(tǒng)中的一個(gè)或多 個(gè)模塊。
[0011] 在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)模塊可定位且配置成在廢水進(jìn)入電氧化模塊之 前檢測(cè)廢水的抑。在一些此類實(shí)施例中，所述系統(tǒng)可配置成禁用電氧化模塊和/或?qū)U水流 轉(zhuǎn)向W在廢水進(jìn)入電氧化模塊之前，在檢測(cè)廢水的闊值抑時(shí)避開(kāi)電氧化模塊和/或電凝聚 模塊。在一些實(shí)施例中，此闊值抑可為約11，且電氧化模塊和/或電凝聚模塊可配置成當(dāng)從 檢測(cè)模塊接收到廢水流具有低于闊值的抑的指示時(shí)，將廢水流的抑增加到在約11與約12之 間。
[0012] 在一些實(shí)施例中，所述系統(tǒng)可包括移動(dòng)廢水處理系統(tǒng)，所述移動(dòng)廢水處理系統(tǒng)配 置成允許將廢水處理系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)蕉鄠€(gè)不同處理場(chǎng)所。例如，移動(dòng)廢水處理系統(tǒng)可包括拖車 和機(jī)動(dòng)車中的至少一個(gè)。
[0013] 在用于廢水處理的方法的特定實(shí)例中，所述方法可包括:在廢水進(jìn)水口中接收進(jìn) 入的廢水流;從廢水捜集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括設(shè)及廢水中的組分和廢水中的一種或多 種組分的濃度的數(shù)據(jù)中的至少一個(gè);和使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)W確定是否修改廢水處理系統(tǒng)中的一 個(gè)或多個(gè)模塊或參數(shù)。當(dāng)根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)確定應(yīng)修改廢水處理系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)模塊或參 數(shù)時(shí)，所述方法還可包括修改廢水處理系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)模塊或參數(shù)。從廢水捜集實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)的步驟可使用例如激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)來(lái)執(zhí)行。
[0014] 所述方法還可包括增加廢水的抑。在一些實(shí)施方案中，增加廢水的pH的步驟可使 用電化學(xué)處理方法來(lái)執(zhí)行，且增加廢水的抑的步驟可在不向廢水添加任何化學(xué)品的情況下 來(lái)執(zhí)行。
[0015] 在一些實(shí)施方案中，在廢水進(jìn)水口中接收進(jìn)入的廢水流的步驟可在從廢水捜集實(shí) 時(shí)數(shù)據(jù)的步驟之后執(zhí)行。
[0016] 在一些實(shí)施方案中，修改廢水處理系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)模塊或參數(shù)的步驟可包括 W下步驟中的至少一個(gè):禁用廢水處理系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)模塊、調(diào)整廢水處理系統(tǒng)中的 一個(gè)或多個(gè)模塊的操作參數(shù)、將廢水流轉(zhuǎn)向W繞過(guò)廢水處理系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)模塊，和 使廢水再循環(huán)通過(guò)廢水處理系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)模塊。
[0017] 在一些實(shí)施方案中，從廢水捜集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的步驟可包括評(píng)估廢水的抑值W確定抑 值是否滿足pH闊值，諸如11。在一些此類實(shí)施方案中，增加廢水的抑的步驟可包括將廢水的 抑增加到在約11與約12之間。
[0018] 在壓裂場(chǎng)所處的廢水處理的方法的具體實(shí)例中，所述方法可包括從壓裂操作接收 進(jìn)入的廢水流、確認(rèn)廢水內(nèi)存在油，且當(dāng)確認(rèn)廢水內(nèi)存在油時(shí)，確定廢水中是否存在超出特 定闊值濃度的一種或多種堿上金屬，諸如化、Mg、Sr和Ba。
[0019] 當(dāng)確認(rèn)已超過(guò)闊值時(shí)，可增加水的pH值。在一些實(shí)施例中，pH值可使用電化學(xué)處理 方法增加到在約11與約12之間。
[0020] 當(dāng)確認(rèn)還沒(méi)有超過(guò)闊值時(shí)，可繞過(guò)調(diào)整水的pH值的步驟。在調(diào)整水的抑值或繞過(guò) 調(diào)整水的pH值的步驟的步驟之后，可將水發(fā)送通過(guò)至少一個(gè)處理過(guò)程，所述至少一個(gè)處理 過(guò)程包括W下過(guò)程中的至少一個(gè)：電凝聚、電氧化、溶氣浮選處理、使用二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行 的結(jié)垢元素的沉淀，和超過(guò)濾。
[0021] 在一些實(shí)施方案中，所述方法可包括確定廢水中是否存在化且確定廢水中的化是 否超過(guò)第一闊值。所述方法還可包括確定廢水中是否存在Mg且確定廢水中的所述Mg是否超 過(guò)第二闊值。在一些實(shí)施方案中，第一闊值可包括約lOOOmg/L，且第二闊值可包括約500mg/ L。
[0022] 當(dāng)確認(rèn)已超過(guò)第一闊值和第二闊值中的至少一個(gè)(或在一些實(shí)施方案中，超過(guò)所 述兩者）時(shí)，所述方法還可包括將水的pH值調(diào)整到在約11與約12之間。在一些實(shí)施方案中， 此可使用電化學(xué)處理方法來(lái)執(zhí)行。
[0023] 當(dāng)確認(rèn)還沒(méi)有超過(guò)第一闊值和第二闊值中的至少一個(gè)時(shí)，可繞過(guò)調(diào)整水的pH值的 步驟。在一些實(shí)施方案中，除非還沒(méi)有超過(guò)第一闊值和第二闊值兩者，否則無(wú)法繞過(guò)調(diào)整水 的抑值的步驟。
[0024] 在調(diào)整水的抑值或繞過(guò)調(diào)整水的抑值的步驟的步驟之后，可將水發(fā)送通過(guò)本文中 公開(kāi)的處理過(guò)程中的一個(gè)或多個(gè)，舉例來(lái)說(shuō)，諸如電凝聚、溶氣浮選處理、使用二氧化碳?xì)?體進(jìn)行的結(jié)垢元素的沉淀，和超過(guò)濾。
[0025] 在一些實(shí)施例中，如果碳濃度大于特定闊值，或總堿±金屬(例如，化、Mg、Sr和Ba) 或一種或多種此類堿±金屬的濃度小于另一特定闊值，那么可通過(guò)禁用電氧化模塊或?qū)⒋?模塊周圍的流轉(zhuǎn)向來(lái)繞過(guò)電氧化。例如，在一些實(shí)施例中，當(dāng)檢測(cè)到碳濃度為約600mg/L的 闊值和/或檢測(cè)到堿±金屬的濃度低于約50mmol/L時(shí)，可繞過(guò)電氧化。
[0026] 在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)闊值濃度可與特定堿±金屬相關(guān)聯(lián)。例如，在一些實(shí) 施例中，可在一些實(shí)施例中結(jié)合評(píng)估碳濃度，使用檢測(cè)巧濃度小于特定闊值(諸如在一個(gè)優(yōu) 選實(shí)施例中為約800mg/L和在另一優(yōu)選實(shí)施例中為約lOOOmg/L)，來(lái)確定是否繞過(guò)電氧化。 然而，如果廢水流中檢測(cè)到的碳低于闊值且堿±金屬濃度(或一種或多種此類堿±金屬)高 于另一闊值，那么可執(zhí)行電氧化且反之可通過(guò)禁用電凝聚模塊或?qū)⒋四K周圍的流轉(zhuǎn)向來(lái) 繞過(guò)電凝聚。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 本文的書(shū)面公開(kāi)描述了非限制性和非窮舉性的說(shuō)明性實(shí)施例。參考附圖中描繪的 某些此類說(shuō)明性實(shí)施例，其中：
[0028] 圖1是諸如廢水的流體的處理系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0029] 圖2是諸如廢水的流體的處理方法的一個(gè)實(shí)施方案的流程圖。
[0030] 圖3是諸如廢水的流體的處理方法的另一實(shí)施方案的流程圖。
[0031 ]圖4是壓裂場(chǎng)所處的廢水處理的方法的又一實(shí)施方案的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]通過(guò)參考附圖可最佳地理解實(shí)施例，其中遍及全文相似部分是由相似數(shù)字指定。 將容易了解，如本文附圖中大體描述且說(shuō)明的本公開(kāi)的組件可被布置和設(shè)計(jì)成各種各樣的 不同配置。因此，W下對(duì)設(shè)備的實(shí)施例的更詳細(xì)描述不旨在限制本公開(kāi)的范圍，而是僅僅表 示本公開(kāi)的可行實(shí)施例。在一些情況下，未詳細(xì)示出或描述熟悉的結(jié)構(gòu)、材料或操作W避免 混淆本公開(kāi)的各個(gè)方面。此外，可在一個(gè)或多個(gè)替代實(shí)施例和/或?qū)嵤┓桨钢蠾任何合適方 式組合所描述的特征、結(jié)構(gòu)、步驟或特性。
[0033] 本公開(kāi)提供了用來(lái)處理舉例來(lái)說(shuō)諸如石油天然氣工業(yè)中的廢水的流體的方法和 系統(tǒng)的各種實(shí)施例和實(shí)施方案。其中可采用本文中描述的發(fā)明方法和系統(tǒng)的背景的更具體 實(shí)例包括例如壓裂返排水處理、生產(chǎn)水處理和蒸汽輔助重力泄油(SAGD)水處理。
[0034] 在一些實(shí)施例和實(shí)施方案中，可借助于一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)處理單元提供一個(gè)或多個(gè) 步驟和/或單元。在一些實(shí)施例中，整個(gè)系統(tǒng)可包括移動(dòng)處理系統(tǒng)。例如，移動(dòng)水處理系統(tǒng)可 配置成既運(yùn)輸流體、又處理流體，諸如廢水。替代地，此類系統(tǒng)可配置成提供移動(dòng)處理，但是 不提供運(yùn)輸。換句話說(shuō)，系統(tǒng)可配置成處理和分配在使用場(chǎng)所處的水。
[0035] -些移動(dòng)系統(tǒng)可包括例如拖車和/或機(jī)動(dòng)車。一些此類系統(tǒng)可包括一個(gè)或多個(gè)流 體膽存容器、一個(gè)或多個(gè)流體處理單元，和/或一個(gè)或多個(gè)流體輸送累。在一些實(shí)施例中，流 體處理系統(tǒng)可并入到流體膽存容器中，使得廢水例如在其包含于流體膽存容器中時(shí)可加 W 處理。
[0036] -些實(shí)施例還可為模塊化的，使得一個(gè)或多個(gè)模塊化單元可在系統(tǒng)內(nèi)單個(gè)地被取 代。一些實(shí)施例既可為移動(dòng)的、又可為模塊化的，使得整個(gè)系統(tǒng)或系統(tǒng)的至少一部分提供在 移動(dòng)裝置(諸如拖車或機(jī)動(dòng)車)上，且使得系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)單元可為模塊化的W允許選 擇性地取代系統(tǒng)內(nèi)的單個(gè)處理單元。
[0037] -些實(shí)施例可配置成借助于可持續(xù)的相對(duì)較低能量輸入來(lái)發(fā)揮作用。一些實(shí)施例 還可配置成對(duì)環(huán)境友好的。例如，一些實(shí)施例可提供廢水處理，同時(shí)與替代系統(tǒng)相比還提供 低的碳排放量。
[0038] -些實(shí)施例還可提供從諸如由石油天然氣生產(chǎn)引起的廢物流回收資源，W使廢物 流適于再使用、回收或處置為對(duì)環(huán)境友好的廢物形式。
[0039] -些實(shí)施例可包括使用二氧化碳?xì)怏w作為某些物質(zhì)（諸如錯(cuò)和其它堿±金屬）的 選擇性去除和回收中的碳酸鹽的來(lái)源。在一些實(shí)施例中，二氧化碳可被提供作為來(lái)自另一 過(guò)程(例如，碳氨燃料的燃燒）的廢氣且被進(jìn)料到此系統(tǒng)或模塊中而不是被丟棄。此可通過(guò) 例如減小碳的排放促成本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的環(huán)境友好方面。
[0040] 如下文更詳細(xì)地討論，一些