[发明专利]通过杂共沸蒸馏使水性组合物脱盐的系统和方法

说明书

一种使水性组合物脱盐的方法包括通过将水性组合物与夹带剂组合形成杂共沸混合物，该水性组合物包含至少一种盐，并使杂共沸混合物在低于操作蒸馏压力的水性组合物的沸点温度的蒸馏温度下蒸馏，导致将杂共沸混合物分离成蒸馏塔底液体和多相冷凝物。该方法包括回收具有富含夹带剂的相和水相的多相冷凝物，该水相包含脱盐水，并从多相冷凝物中除去一部分水相以回收脱盐水。还公开了用于实施使水流脱盐的方法的系统。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年1月23日提交的美国申请序列号16/255,034的权益，所述美国申请通过引用并入本文中。

技术领域

本说明书通常涉及用于使水性组合物脱盐的系统和方法，特别是包括用于使水性组合物脱盐的杂共沸蒸馏的系统和方法。

背景技术

石油钻探、生产和精炼操作可以产生各种水流，例如产出水，它们具有不同的盐浓度并包括溶解和未溶解的有机化合物，例如油渣或油滴、酚类化合物、来自钻井流体的聚合物化合物和生产化学品以及其它有机和无机污染物。来自石油钻探、生产或精炼的产出水和其它水流的盐度使这些水流不适用于许多应用，例如用于钻井、油脱盐、人类学或农业用途或其它应用。

工艺例如膜蒸馏、反渗透、其它膜工艺、薄膜蒸发、真空蒸馏、多级闪蒸(MSF)、多效蒸馏(MED)、机械或热蒸气压缩蒸发、电渗析、离子交换和其它分离工艺已被开发用于从水流中除去盐分。对于基于膜的分离过程，例如膜蒸馏、反渗透或其它膜工艺，来自石油钻探、生产和精炼操作的水流中油滴和其它有机和无机成分的存在使这些现有方法无法用于脱盐来自石油作业的水流。例如，产出水中的油滴和其它有机成分可能会导致各种膜工艺中使用的膜结垢。热分离方法，例如前面讨论的各种蒸馏方法，需要大量的能源需求以及大型设备尺寸(占地面积和高度)来使大量水脱盐。此外，从安全角度来看，这些现有方法中的一些方法不适用于无氧环境，例如石油钻探、生产或精炼操作。在这些无氧环境中，处理过程必须不需要接触或产生氧或能够提供游离氧的来源的化合物，例如通常用于化学处理以除去有机化合物的化合物。由于这些限制，来自石油钻探、生产或精炼操作的产出水和其它水流不能使用当前可用的脱盐技术安全有效地脱盐。

发明内容

因此，持续需要对水性组合物例如产出水和包括各种盐以及有机成分或油性残留物的其它水流脱盐的改进方法。本公开的方法和系统包括杂共沸蒸馏方法，其中水性组合物例如产出水与一种或多种夹带剂组合以形成具有杂共沸物沸点温度的杂共沸物，所述杂共沸物沸点温度低于水性组合物本身的沸点温度。夹带剂包括与水不混溶或与水混溶性降低、与水和水性组合物的其它成分不反应并且不会导致将游离氧引入水性组合物的有机化合物。杂共沸蒸馏过程可以在降低的蒸馏温度下进行，这使得基于由工业或环境废热驱动的短程蒸馏的紧凑且经济的水脱盐工艺成为可能。通过短程杂共沸蒸馏使水性组合物脱盐可以降低脱盐工艺的能量负荷以产生不含游离氧的脱盐水流。本公开的方法和系统可以包括额外的单元操作，例如结晶器和其它水处理方法，以进一步处理水性组合物的部分。

根据本公开的一些方面，一种用于使水性组合物脱盐的方法包括通过将至少一部分水性组合物与至少一种夹带剂组合以形成杂共沸混合物，所述至少一部分水性组合物包含至少一种盐。该方法包括使杂共沸混合物在操作蒸馏压力下在低于水性组合物的沸点温度的蒸馏温度下蒸馏，这导致杂共沸混合物分离成蒸馏塔底液体和多相冷凝物。该方法还包括回收多相冷凝物。多相冷凝物至少包含富含夹带剂的相和水相，所述水相包含脱盐水。该方法包括从多相冷凝物中除去至少一部分水相以回收脱盐水。该方法还可以包括使至少一部分蒸馏塔底液体结晶，这导致蒸馏塔底液体分离成盐产物和盐水组合物。