[发明专利]从流体过滤污染物的方法、过滤装置和过滤模块

说明书

技术领域

本发明涉及从流体过滤污染物的方法。本发明还涉及从流体过滤污染物的过滤模块，以及包含至少一个这样的过滤模块的过滤装置。特别但不是唯一的是，本发明涉及从流体过滤污染物的方法，其中将含污染物的流体导入含有至少一个过滤元件的过滤室中；以及包含这样的过滤室的过滤模块；以及包含至少一个这样的过滤模块的过滤装置。

背景技术

已开发了各种不同类型的过滤系统用于从流体过滤污染物。其中在常常需要清洁含烃类材料如油(oil)的大量水的油气开采和生产工业中对从水中过滤烃类材料的系统特别感兴趣。例如，含有油沉积物的地下岩层通常还包含与回收油一起采出的大量水。其必须与流体中回收至表层的油分离，且在油污染物排放至环境中前，必须从油污染物充分清除水。油通常以悬浮在水中的小液滴形式存在。固体如小砂粒通常也存在于采出的水中且必须通过过滤系统处理。

近年来，对由石油开采采出的水的处理成为日益重要的问题，伴随此引入了新的规定和现有立法的实施。特别是，目前英国运营商预期将采出水中烃类材料的水平降低至30mg/l，以满足奥斯陆和巴黎公约对保护东北大西洋海洋环境(Oslo and Paris Conventions for the protection of the marine environment of the North-East Atlantic(OSPAR))中规定的年总计卸油限制。如果总烃类浓度降低至10-15mg/l以下，则通常仅可达到年负载限度。在世界其他地方，10-15mg/l已是适当的。

在加工石油之前，常常有必要从采出油过滤少量水。这可能是为了除去采出油中天然存在的任何悬浮水滴，和/或已进入钻井孔并与采出油一起回收的任何水。固体颗粒如砂粒通常也存在于采出油中且必须将其除去。

已开发数种不同的方法和系统用于从采出水除去分散的油。这些包括水力旋流器、板分离器、气浮选技术、离心、固体吸附系统和终端过滤法。水力旋流器和离心系统比其他可用的系统在生产和操作方面更复杂且更昂贵。

在水力旋流器中，采用旋风原理，通过该原理由通往涡流室的高流速喷嘴所产生的涡流来分离不同密度的组分。

板分离器采用的是加速重力分离原理。

在气体浮选中，通过利用经由水上升的气泡，从水中分离油；可以将气体加入或可以将气泡导入水中。

在离心器中，通过机械旋转的容器产生的离心力分离不同密度的组分。

固体吸附系统的一个例子是，使含有油液滴和粉末(小尺寸的固体颗粒)的供料水经过用吸附或物理保留该油/粉末的固体材料填充的容器。所述材料可以是粉末、颗粒(如为活性炭系统)或者其他材料如碎坚果壳。使滤液(处理的水)经过容器，被去除的油/粉末保留在固体床上。所述固定床常常设计为一次性的，但是在一些情况下其可以通过反向冲洗被再利用。

终端过滤法的一个例子包括将被油污染的供料水导入过滤器。使滤液(处理的水)经过过滤器，且油液滴和粉末保留在过滤器中。使用其中孔径尺寸小于油液滴和粉末尺寸的排他原理或者通过使用污垢层来操作过滤器。数种材料可用于过滤器，包括无纺布、聚合物膜、金属网以及陶瓷膜。过滤器有时能通过用水或者清洗液反向冲洗被再利用，但是通常过滤器是一次性的，因此当过滤器变“满(full)”和流速下降时就会被丢弃。

所有这些系统和方法的主要缺点是它们不能够实现或不能够以经济的成本或以环境可持续的方式实现所需要的低至10到15毫克/升的最终油水平，并且实际上，经常甚至不能实现低于20到30毫克/升的水平，尤其是当油液滴尺寸为微米或亚微米级时。

用于这些情况而开发的另一系统是‘错流’微过滤法。这提供了改进的性能，但也有其固有的缺点。

错流系统通常使用位于过滤室内被称为膜的聚合物或陶瓷过滤元件。错流以被称为‘浓缩液’流的连续流体流经过每个过滤膜，并且其用于除去通过过滤膜收集的油和粉末。错流的主要目的是阻止过滤膜表面上形成污染物的污垢层，否则会损坏膜的性能。因此，为了阻止污垢层的形成，错流微过滤系统中的错流流速一直保持相对较高。因此过滤仅通过尺寸排除法进行，通过过滤膜中通道的孔径确定可排除的污染物液滴/粉末的最小尺寸。因此仅收集到尺寸大于膜孔径的污染物。