高新净化含硫化氢的水溶液的技术和设备技术

专利名称:高新净化含硫化氢的水溶液的技术和设备技术
用于净化含硫化氢的水溶液的方法和设备
背景技术
石油和天然气钻井操作产生大量的采出水,这些采出水含有相当大量的溶解在水中的硫化氢。考虑到硫化氢的毒性,采出水的处理已经成为问题。硫化氢是无氧微生物活性产品,使得硫化氢同样存在于许多其他水溶液中,例如存在于填埋处理流出物中。US2007/0029201A1 (Hannu L Suominen)公开了与权利要求I的前序部分相符的方法,其能够通过调节电解槽元件中的电流来提供期望类型的氧化-还原反应。

发明内容
本发明的目的在于进ー步改进和增强这个现有的已知方法,以便使其能够应用于含硫化氢的水溶液的浄化。本发明的特定应用是从石油或天然气钻井产生的采出水中去除硫化氢,同时还在其它方面清洁采出水,从而能够进行在环境方面合理的石油和天然气钻 井操作。该目的是通过根据所附的权利要求I中记载的特征的方法发明来实现。该目的还通过所附权利要求6中记载的设备来实现。从属权利要求中记载了本发明的优选实施例。

现在将參考附图更加严密地描述本发明的ー个工作实例,其中图I示出了根据本发明的一个实施例的设备的示意性垂直剖面,所述设备能够实施本发明的方法,以及图2示出了根据本发明的第二实施例的设备。
具体实施例方式图I和2彼此不同之处仅仅在于顶部部分,即在于用于将水与由于电解而产生的絮状物分开的提取塔。首先參考在本发明的具体应用中两个图上共同的特征。来自石油或天然气钻井的采出水通过泵12被递送穿过管道6和阀而被递送到电解槽中,该电解槽包括第一上游电解槽元件,其中内电极I被管状铝电极2围绕。接下来是管状铁电极3,最后ー个是管状铝电极4。电极彼此通过电介质分开,并且単独地调节穿过每个电解槽元件2、3、4的电流,即电极连接到分开的且单独地控制的电源11。内电极I可以是所有电解槽元件共有的,或者其可以在不同的电解槽元件2、3、4设置有不同的涂层。必要的是,负内电极I的负电性高于正外电极,该正外电极可以为例如铝和铁电极。内电极可以由不锈钢、镍、铬、钼或贵重金属合金制成,相对于外电极主要在负电性上存在差异。电源11的正极联接到外电极,并且其负极联接到内电极。待清洁的水溶液横穿相继的电解槽元件2、3、4的环形电解空间5,并且电解槽元件中的电流被调节为使得装备有铝电极的电解槽元件2产生氢氧化铝和硫酸铝,装备有铁电极的电解槽元件3产生氢氧化鉄。因为铝电极2在铁电极3之前,所以在硫酸铝中获得硫化氢的硫,从而避免电解槽元件的铁电极产生硫化铁的问题,这使得沉淀不会转换为将与絮状物一起排放的固体物质。在装备有铝电极的电解槽元件2中析出的氢氧化铝用作分子筛,在装备有铁电极的电解槽元件3中析出的氢氧化铁也用作分子筛,然而,氢氧化铁提供的分子筛比氢氧化铝提供的分子筛密集。由氢氧化铝和氢氧化铁共同产生的沉淀能够很好地结合在反应中产生的那些非常小的氢气泡,同时其还将硫酸铝结合到形成的絮状物,该絮状物通过在负极上析出的氢气泡而向上提升。由形成的沉淀和氢气泡共同产生的絮状物具有的比重稍稍小于水的比重,由此该絮状物在水和絮状物分离塔7中以比在其中前进的水流快的速率上升。在沉淀或絮状物向上上升到提取塔7中之前,优选的是,设置有另一个铝电极4的最后电解槽元件能够从水中去除溶解的残留铁。在铁电解槽元件3中析出的铁离子Fe3大到足以用于被捕集在氢氧化铝网中。待净化的水溶液以及如上所述已经在电解槽元件中析出且沉淀为固体物质的反应产物,进入提取塔7并且在该提取塔中通过在电解中释放的氢的作用而上升,在提取塔7的顶部端部中聚积成絮状物15,该絮状物通过出口管道10排出。 在图I的工作实例中,净化水出口管道9通过竖立管道分支9a连接到提取塔7的位于供应管道7a的顶部端部以下的底部部分。管道分支9的高度通常能够在絮状物15的形成区域内调节至不高于管道分支10的高度的位置。该调节可以用作对流出絮状物的含水量形成冲击的手段。附图标记17、18和19表示洗涤线,借助该洗涤线以指定的间隔清洁该设备。在图2中,提取塔7在其长度的一部分上设置有网壁8,该网壁被净化水收集管道16围绕。管道16通过管道分支9a连接有净化水出口管道9,该净化水出口管道设置有高度调节装置,该高度调节装置用于调节聚积在提取塔7的顶部端部中的絮状物15的含水量。从而,提取塔7以及管道16和9借助网8形成连通的容器,由此,随着管道9的高度降低,塔7中的液位也降低,并且在絮状物出口管道10处出现的絮状物15变得较为干燥。絮状物15的含水量能够调节为使其能够通过自身流出该出口管道10,而不需要单独的刮器。网壁8仅仅用作流动引导件,而不用作筛。所提出的方法和设备能够将硫化氢以析出的硫酸铝的形式从水中提取到絮状物15中。连同硫化氢一起,许多其它的杂质可以从采出水中提取到絮状物15中,使得净化水能够回归自然或者能够重复用于石油或天然气生产过程。以上所述仅仅是一个电解槽及其提取塔。期望数量的这种电解槽及其提取塔可以以并行的关系设置,由此阀13可以用于关闭或打开数量与采出水的量相符的并排的净化单元。并排净化单元的电解槽中的正极可以从单个电源11并联。环形铝和铁电极2、3、4可以具有通常在50-100mm范围内变化的内径、可为大约250mm的长度以及大约IOmm的壁厚。提取塔7的长度甚至为其内径的几十倍。从而,析出的絮状物15和净化水具有足够的时间来彼此分离。能够提供期望反应的用于电解槽元件的电流和电压值取决于多个方面,例如溶液的电导系数、其穿过电解槽的流量以及溶液组分和阳极之间的负电性差。溶液的电导系数能够利用添加剂进行调节,并且流量可以按照期望进行调节。因为其参与到反应中,所以溶液的电导系数在反应期间会发生变化。这些原因使得必须要针对每个应用而通过试验找到最佳的电流和电压值。通常,操作在10-100A的电流范围内和100-10V的电压范围内进行。在一个应用中,电压可为10V,电流可为40-50A。在另一个应用中,电压可为50V,电流可为20-30A。此外,每个电解槽元件在其电压和电流方面是不同的,以便使得每个电解槽元件能够在其自己的反应中具有最佳的输入。因此,在找到用于每个应用的合适电流和电压值之前,需要以多种电流和电压值进行很多次的试验运行。尽管如此,但技术人员将仍然能够采用本发明,原因在于试验运行以及 值和测量结果的制表是例行工作。提取塔7优选地至少在其长度的一部分上制成为透明的,以便能够通过絮状物的形成而对电流和电压值实施概略的调节。目的是形成急剧地限定的絮状物,而清洁液体保持在絮状物的下方。
权利要求
1.一种用于净化含硫化氢的水溶液的方法,所述方法包括使待净化的水溶液穿过至少两个电解槽元件(2、3、4),这样的电解槽元件中的至少ー个电解槽元件采用正铝电极,并且至少另ー个电解槽元件采用正铁电扱;使待浄化的水溶液和在电解槽元件中获得的反应产物进入提取塔(7),并且借助电解时释放的氢使由反应产物构成的沉淀上升到用于絮状物(15)的提取塔(7)的顶部端部;以及将净化水从提取塔排出,其特征在干,已经穿过装备有铝电极的电解槽元件的水溶液穿过装备有铁电极的电解槽元件并且仅仅在最后进入提取塔(7),电解槽元件的电流调节为使得装备有铝电极的电解槽元件产生氢氧化铝和硫酸铝,并且装备有铁电极的电解槽元件产生氢氧化铁,借助电解时释放的氢使由氢氧化铝、硫酸铝和氢氧化铁构成的沉淀上升到用于絮状物(15)的提取塔(7)的顶部端部,从而能够将硫化氢以硫酸铝的形式从水中提取到絮状物(15)中。
2.根据权利要求I所述的方法,其特征在于,水溶液直接从ー个电解槽元件到下ー个电解槽元件而穿过相继地联接的电解槽元件。
3.根据权利要求I或2所述的方法,其特征在于,単独地调节穿过各个电解槽元件(2、3、4)的电流。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,最上游的电解槽元件和最下游的电解槽元件设置为装备有铝电极的电解槽元件,在最上游的电解槽元件和最下游的电解槽元件之间设有装备有铁电极的ー个或多个电解槽元件。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,该方法能够从在石油或天然气钻井中产生的采出水去除硫化氢。
6.一种用于浄化含硫化氢的水溶液的设备,所述设备包括电解槽,该电解槽包括至少ー个装备有铝电极的电解槽元件(2、4)和至少ー个装备有铁电极的电解槽元件(3);以及装配有浄化水出口管道(9)的水与电解生成的絮状物的分离提取塔(7),其特征在于,待浄化的水溶液已经从装备有铝电极的电解槽元件(2)穿过而直接进入装备有铁电极的电解槽元件(3),并且提取塔与由相继地联接的电解槽元件(2、3)形成的电解槽的顶部端部流动连通。
7.根据权利要求6所述的设备,其特征在于,浄化水出口管道(9)与提取塔(7)组成连通的容器。
8.根据权利要求7所述的设备,其特征在于,浄化水出口管道(9)设置有高度调节装置(14),所述高度调节装置能够调节聚积在提取塔(7)的顶部端部中的絮状物(15)的含水量。
9.根据权利要求6所述的设备,其特征在于,铝电极和铁电极联接到分开的且単独地控制的电源。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的设备,其特征在于,提取塔在其长度的一部分上设置有网壁(8),所述网壁被浄化水收集管道(16)围绕。
全文摘要
本发明涉及用于净化含硫化氢的水溶液的方法和设备。待净化的水溶液穿过至少两个电解槽元件(2、3、4),这样的电解槽元件中的至少一个电解槽元件采用正铝电极,并且至少另一个电解槽元件采用正铁电极。电解槽元件的电流调节为使得装备有铝电极的电解槽元件产生氢氧化铝和硫酸铝,并且装备有铁电极的电解槽元件产生氢氧化铁。待净化的水溶液和在电解槽元件中获得的反应产物进入提取塔(7),并且电解时释放的氢用来使由反应产物构成的沉淀上升到用于絮状物(15)的提取塔(7)的顶部端部。净化水从提取塔排出,从而能够将硫化氢以硫酸铝的形式从水中提取到絮状物(15)中。
文档编号C02F1/465GK102695679SQ201080045561
公开日2012年9月26日 申请日期2010年8月13日 优先权日2009年8月14日
发明者汉努·索米宁 申请人:汉努·索米宁

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