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新型吸附介质技术应对水处理挑战

新型吸附介质技术应对水处理挑战

清洁水是一种宝贵的资源。几十年来,各国家和公司已经成功将工业生产水转化为了无污染的清洁水。

来自 | JPT
编译 | 白小明

油气行业估计每年在油气生产过程中产生约700亿桶污水。随着产量的增加、储量的减少,作业公司不得不从高产水的地区开采油气,而且必须采用先进的采收技术。

然而,这些采收方法将改变水/油混合物,并将常规水处理效率降低达50%。此外,监管机构正在实施更严格的水处理措施规范,比如限制可溶性烃类排放等。这些问题已经成为作业公司当前管理生产水过程中所面临的一大挑战。

水处理新技术的出现以及传统处理方法的发展,为解决生产水管理中的这些问题提供了途径。ProSep公司的Osorb介质系统(Osorb Media Systems,简称OMS)为处理化学提高采收率(CEOR)作业产生的污水提供了独特的解决方案,它可以去除溶解烃类,包括苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)。

OMS采用了Osorb,它是一种强大的吸附技术,可以一步去除产出水中溶解和分散的烃类。然而,这种吸附介质技术所取得的独特突破性进步,在于它所应用的一种集成式地下再生工艺。这种工艺让强力吸附介质可以使用多年而无需更换,避免了从前成本高昂、风险巨大的吸附介质更换环节。

行业过去曾调研过吸附介质的使用状况,但由于需要更换介质且操作范围太有限,操作成本太高。OMS通过降低水处理成本(低至0.07美元/桶)解决了这两项挑战,能够去除各种污染物,从重质分散油到溶解烃类,而且在油田化学品存在的情况下也有效。

Osorb介质系统

OMS在制造过程中形成了独特的结构:一种高孔隙度、疏水和亲有机物的颗粒。该技术的关键特点是有机物的可逆吸附,在水处理过程中搜集的油气可以通过几种不同的再生过程回收(根据最终用户的偏好和现有资源,可针对每种工况选择再生过程)。此外,介质的有效性可以通过再生和恢复过程得以长久保留,使用寿命长达20年。

去除溶解烃类

研究人员使用加速生命周期测试评估了介质去除溶解烃类(如BTEX)的有效性和耐久性。OMS通过反复再生蒸汽(在300℉下完成)从水中除去了甲苯。图1显示了在28个周期中测得的去除效率。在整个测试过程中,介质保留了99%的除甲苯效率及捕获能力,这验证了之前的内部测试结果,表明介质可稳定使用长达20年。

新型吸附介质技术应对水处理挑战

图1.蒸汽再生周期后,使用Osorb Media Systems(OMS)甲苯减少的百分比。

测试中值得注意的一项结果是,仅通过OMS一次后,甲苯平均含量就从400 mg/L降至了1 mg/L。此外,即使入口浓度高达2,072 mg/L,系统仍保持甲苯浓度低于1mg/L。

系统高效去除可溶性烃类的能力为水资源管理团队提供了一种工具,可以满足日益严格的产出水监管要求。介质的集成地下再生功能节约了作业成本,这使其成为了去除可溶性烃类经济有效的技术。

去除分散的烃类

油气生产公司面临的另一个问题,是去除CEOR作业产生的水中的分散烃类。与传统的重力和化学处理方法相比,OMS提供了独特的除油方法。

化学处理成本很高,并且常规的分离(包括聚结、浮选和增强重力方法)技术需要油水存在明显的密度差异,且油滴较大,才能实现有效分离。

然而,在CEOR作业期间,油滴很小,粘度高,而且油水的密度接近,导致分离效果较差。使用OMS可以高效回收油,它使用强大的吸附力从水中去除烃类。

阿曼石油开发公司(PDO)和卡塔尔石油公司(QP)合作,在阿曼的技术成果展示期间,评估了Osorb与活流体的表现性能,仅使用了一个Osorb体系。在展示过程中,工作人员在Marmul水处理厂内放置了一个自动化的试验OMS,用以处理CEOR作业的产出水,CEOR作业使用聚合物来提高采收率。

系统位于自由水分离器的下游和水处理主系统的上游,主系统由诱导气浮选(IGF)罐和果壳过滤器(NSF)组成。展示的目的是仅使用OMS将水中油浓度(OIW)降低至低于5mg/L。

现场试验于2016年和2017年完成,分为两个阶段,采用了不同的再生方法。使用8次再生的OMS总共处理了4,300桶产出水,水中油浓度(OIW)的减少情况如图2所示。入口OIW平均为59 mg/L,在8个周期内在12~202mg/L间波动,而出口OIW平均低于1mg/L。在每个再生周期后,介质保持大于90%的除油效率。

新型吸附介质技术应对水处理挑战

图2.技术展示期间,通过OMS介质入口和出口处水中的含油浓度。

展示期间,研究人员观察到两种再生方法都有效。无论使用何种再生方法,水处理效率均保持在90%以上,出口OIW浓度保持在小于5mg/L。OMS优于目前使用的IGF和NSF,为终端终用户提供了更清洁的处理水。

结论

油气行业需要新的创新技术,可以有效地满足新的监管要求,并处理产出到地面的越来越复杂的地层水。OMS为去除分散和溶解烃类提供了一种全新的、改进的水资源管理选择,即使是面对业内最难处理的产出水,它也可将这些污染物的浓度降至低于1mg/L的水平。这些吸附介质系统通过提供灵活的地下再生技术,为客户提供了经济可行的解决方案,省去了成本高昂且危险的更换介质环节。

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