專利名稱：用于凈化含硫化氫的水溶液的方法和設(shè)備的制作方法
用于凈化含硫化氫的水溶液的方法和設(shè)備
背景技術(shù)：
石油和天然氣鉆井操作產(chǎn)生大量的采出水，這些采出水含有相當(dāng)大量的溶解在水中的硫化氫?？紤]到硫化氫的毒性,采出水的處理已經(jīng)成為問(wèn)題。硫化氫是無(wú)氧微生物活性產(chǎn)品，使得硫化氫同樣存在于許多其他水溶液中，例如存在于填埋處理流出物中。US2007/0029201A1 (Hannu L Suominen)公開(kāi)了與權(quán)利要求I的前序部分相符的方法，其能夠通過(guò)調(diào)節(jié)電解槽元件中的電流來(lái)提供期望類型的氧化-還原反應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于進(jìn)ー步改進(jìn)和增強(qiáng)這個(gè)現(xiàn)有的已知方法，以便使其能夠應(yīng)用于含硫化氫的水溶液的浄化。本發(fā)明的特定應(yīng)用是從石油或天然氣鉆井產(chǎn)生的采出水中去除硫化氫，同時(shí)還在其它方面清潔采出水，從而能夠進(jìn)行在環(huán)境方面合理的石油和天然氣鉆 井操作。該目的是通過(guò)根據(jù)所附的權(quán)利要求I中記載的特征的方法發(fā)明來(lái)實(shí)現(xiàn)。該目的還通過(guò)所附權(quán)利要求6中記載的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求中記載了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。


現(xiàn)在將參考附圖更加嚴(yán)密地描述本發(fā)明的ー個(gè)工作實(shí)例，其中圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的設(shè)備的示意性垂直剖面，所述設(shè)備能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的方法，以及圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的設(shè)備。
具體實(shí)施例方式圖I和2彼此不同之處僅僅在于頂部部分，即在于用于將水與由于電解而產(chǎn)生的絮狀物分開(kāi)的提取塔。首先參考在本發(fā)明的具體應(yīng)用中兩個(gè)圖上共同的特征。來(lái)自石油或天然氣鉆井的采出水通過(guò)泵12被遞送穿過(guò)管道6和閥而被遞送到電解槽中，該電解槽包括第一上游電解槽元件，其中內(nèi)電極I被管狀鋁電極2圍繞。接下來(lái)是管狀鐵電極3，最后ー個(gè)是管狀鋁電極4。電極彼此通過(guò)電介質(zhì)分開(kāi)，并且単獨(dú)地調(diào)節(jié)穿過(guò)每個(gè)電解槽元件2、3、4的電流，即電極連接到分開(kāi)的且單獨(dú)地控制的電源11。內(nèi)電極I可以是所有電解槽元件共有的，或者其可以在不同的電解槽元件2、3、4設(shè)置有不同的涂層。必要的是，負(fù)內(nèi)電極I的負(fù)電性高于正外電極，該正外電極可以為例如鋁和鐵電極。內(nèi)電極可以由不銹鋼、鎳、鉻、鉬或貴重金屬合金制成，相對(duì)于外電極主要在負(fù)電性上存在差異。電源11的正極聯(lián)接到外電極，并且其負(fù)極聯(lián)接到內(nèi)電極。待清潔的水溶液橫穿相繼的電解槽元件2、3、4的環(huán)形電解空間5，并且電解槽元件中的電流被調(diào)節(jié)為使得裝備有鋁電極的電解槽元件2產(chǎn)生氫氧化鋁和硫酸鋁，裝備有鐵電極的電解槽元件3產(chǎn)生氫氧化鉄。因?yàn)殇X電極2在鐵電極3之前，所以在硫酸鋁中獲得硫化氫的硫，從而避免電解槽元件的鐵電極產(chǎn)生硫化鐵的問(wèn)題，這使得沉淀不會(huì)轉(zhuǎn)換為將與絮狀物一起排放的固體物質(zhì)。在裝備有鋁電極的電解槽元件2中析出的氫氧化鋁用作分子篩，在裝備有鐵電極的電解槽元件3中析出的氫氧化鐵也用作分子篩，然而，氫氧化鐵提供的分子篩比氫氧化鋁提供的分子篩密集。由氫氧化鋁和氫氧化鐵共同產(chǎn)生的沉淀能夠很好地結(jié)合在反應(yīng)中產(chǎn)生的那些非常小的氫氣泡，同時(shí)其還將硫酸鋁結(jié)合到形成的絮狀物，該絮狀物通過(guò)在負(fù)極上析出的氫氣泡而向上提升。由形成的沉淀和氫氣泡共同產(chǎn)生的絮狀物具有的比重稍稍小于水的比重，由此該絮狀物在水和絮狀物分離塔7中以比在其中前進(jìn)的水流快的速率上升。在沉淀或絮狀物向上上升到提取塔7中之前，優(yōu)選的是，設(shè)置有另一個(gè)鋁電極4的最后電解槽元件能夠從水中去除溶解的殘留鐵。在鐵電解槽元件3中析出的鐵離子Fe3大到足以用于被捕集在氫氧化鋁網(wǎng)中。待凈化的水溶液以及如上所述已經(jīng)在電解槽元件中析出且沉淀為固體物質(zhì)的反應(yīng)產(chǎn)物，進(jìn)入提取塔7并且在該提取塔中通過(guò)在電解中釋放的氫的作用而上升，在提取塔7的頂部端部中聚積成絮狀物15，該絮狀物通過(guò)出口管道10排出。 在圖I的工作實(shí)例中，凈化水出口管道9通過(guò)豎立管道分支9a連接到提取塔7的位于供應(yīng)管道7a的頂部端部以下的底部部分。管道分支9的高度通常能夠在絮狀物15的形成區(qū)域內(nèi)調(diào)節(jié)至不高于管道分支10的高度的位置。該調(diào)節(jié)可以用作對(duì)流出絮狀物的含水量形成沖擊的手段。附圖標(biāo)記17、18和19表示洗滌線，借助該洗滌線以指定的間隔清潔該設(shè)備。在圖2中，提取塔7在其長(zhǎng)度的一部分上設(shè)置有網(wǎng)壁8，該網(wǎng)壁被凈化水收集管道16圍繞。管道16通過(guò)管道分支9a連接有凈化水出口管道9，該凈化水出口管道設(shè)置有高度調(diào)節(jié)裝置，該高度調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)聚積在提取塔7的頂部端部中的絮狀物15的含水量。從而，提取塔7以及管道16和9借助網(wǎng)8形成連通的容器，由此，隨著管道9的高度降低，塔7中的液位也降低，并且在絮狀物出口管道10處出現(xiàn)的絮狀物15變得較為干燥。絮狀物15的含水量能夠調(diào)節(jié)為使其能夠通過(guò)自身流出該出口管道10，而不需要單獨(dú)的刮器。網(wǎng)壁8僅僅用作流動(dòng)引導(dǎo)件，而不用作篩。所提出的方法和設(shè)備能夠?qū)⒘蚧瘹湟晕龀龅牧蛩徜X的形式從水中提取到絮狀物15中。連同硫化氫一起，許多其它的雜質(zhì)可以從采出水中提取到絮狀物15中，使得凈化水能夠回歸自然或者能夠重復(fù)用于石油或天然氣生產(chǎn)過(guò)程。以上所述僅僅是一個(gè)電解槽及其提取塔。期望數(shù)量的這種電解槽及其提取塔可以以并行的關(guān)系設(shè)置，由此閥13可以用于關(guān)閉或打開(kāi)數(shù)量與采出水的量相符的并排的凈化單元。并排凈化單元的電解槽中的正極可以從單個(gè)電源11并聯(lián)。環(huán)形鋁和鐵電極2、3、4可以具有通常在50-100mm范圍內(nèi)變化的內(nèi)徑、可為大約250mm的長(zhǎng)度以及大約IOmm的壁厚。提取塔7的長(zhǎng)度甚至為其內(nèi)徑的幾十倍。從而，析出的絮狀物15和凈化水具有足夠的時(shí)間來(lái)彼此分離。能夠提供期望反應(yīng)的用于電解槽元件的電流和電壓值取決于多個(gè)方面，例如溶液的電導(dǎo)系數(shù)、其穿過(guò)電解槽的流量以及溶液組分和陽(yáng)極之間的負(fù)電性差。溶液的電導(dǎo)系數(shù)能夠利用添加劑進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且流量可以按照期望進(jìn)行調(diào)節(jié)。因?yàn)槠鋮⑴c到反應(yīng)中，所以溶液的電導(dǎo)系數(shù)在反應(yīng)期間會(huì)發(fā)生變化。這些原因使得必須要針對(duì)每個(gè)應(yīng)用而通過(guò)試驗(yàn)找到最佳的電流和電壓值。通常，操作在10-100A的電流范圍內(nèi)和100-10V的電壓范圍內(nèi)進(jìn)行。在一個(gè)應(yīng)用中，電壓可為10V，電流可為40-50A。在另一個(gè)應(yīng)用中，電壓可為50V，電流可為20-30A。此外，每個(gè)電解槽元件在其電壓和電流方面是不同的，以便使得每個(gè)電解槽元件能夠在其自己的反應(yīng)中具有最佳的輸入。因此，在找到用于每個(gè)應(yīng)用的合適電流和電壓值之前，需要以多種電流和電壓值進(jìn)行很多次的試驗(yàn)運(yùn)行。盡管如此，但技術(shù)人員將仍然能夠采用本發(fā)明，原因在于試驗(yàn)運(yùn)行以及 值和測(cè)量結(jié)果的制表是例行工作。提取塔7優(yōu)選地至少在其長(zhǎng)度的一部分上制成為透明的，以便能夠通過(guò)絮狀物的形成而對(duì)電流和電壓值實(shí)施概略的調(diào)節(jié)。目的是形成急劇地限定的絮狀物，而清潔液體保持在絮狀物的下方。
權(quán)利要求
1.一種用于凈化含硫化氫的水溶液的方法，所述方法包括使待凈化的水溶液穿過(guò)至少兩個(gè)電解槽元件(2、3、4)，這樣的電解槽元件中的至少ー個(gè)電解槽元件采用正鋁電極，并且至少另ー個(gè)電解槽元件采用正鐵電扱；使待浄化的水溶液和在電解槽元件中獲得的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入提取塔(7)，并且借助電解時(shí)釋放的氫使由反應(yīng)產(chǎn)物構(gòu)成的沉淀上升到用于絮狀物(15)的提取塔(7)的頂部端部；以及將凈化水從提取塔排出，其特征在干，已經(jīng)穿過(guò)裝備有鋁電極的電解槽元件的水溶液穿過(guò)裝備有鐵電極的電解槽元件并且僅僅在最后進(jìn)入提取塔(7)，電解槽元件的電流調(diào)節(jié)為使得裝備有鋁電極的電解槽元件產(chǎn)生氫氧化鋁和硫酸鋁，并且裝備有鐵電極的電解槽元件產(chǎn)生氫氧化鐵，借助電解時(shí)釋放的氫使由氫氧化鋁、硫酸鋁和氫氧化鐵構(gòu)成的沉淀上升到用于絮狀物(15)的提取塔(7)的頂部端部，從而能夠?qū)⒘蚧瘹湟粤蛩徜X的形式從水中提取到絮狀物(15)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，水溶液直接從ー個(gè)電解槽元件到下ー個(gè)電解槽元件而穿過(guò)相繼地聯(lián)接的電解槽元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，単獨(dú)地調(diào)節(jié)穿過(guò)各個(gè)電解槽元件(2、3、4)的電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，最上游的電解槽元件和最下游的電解槽元件設(shè)置為裝備有鋁電極的電解槽元件，在最上游的電解槽元件和最下游的電解槽元件之間設(shè)有裝備有鐵電極的ー個(gè)或多個(gè)電解槽元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，該方法能夠從在石油或天然氣鉆井中產(chǎn)生的采出水去除硫化氫。
6.一種用于浄化含硫化氫的水溶液的設(shè)備，所述設(shè)備包括電解槽，該電解槽包括至少ー個(gè)裝備有鋁電極的電解槽元件(2、4)和至少ー個(gè)裝備有鐵電極的電解槽元件(3);以及裝配有浄化水出口管道(9)的水與電解生成的絮狀物的分離提取塔(7)，其特征在于，待浄化的水溶液已經(jīng)從裝備有鋁電極的電解槽元件(2)穿過(guò)而直接進(jìn)入裝備有鐵電極的電解槽元件(3)，并且提取塔與由相繼地聯(lián)接的電解槽元件(2、3)形成的電解槽的頂部端部流動(dòng)連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，浄化水出口管道(9)與提取塔(7)組成連通的容器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，浄化水出口管道(9)設(shè)置有高度調(diào)節(jié)裝置(14)，所述高度調(diào)節(jié)裝置能夠調(diào)節(jié)聚積在提取塔(7)的頂部端部中的絮狀物(15)的含水量。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，鋁電極和鐵電極聯(lián)接到分開(kāi)的且単獨(dú)地控制的電源。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，提取塔在其長(zhǎng)度的一部分上設(shè)置有網(wǎng)壁(8)，所述網(wǎng)壁被浄化水收集管道(16)圍繞。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于凈化含硫化氫的水溶液的方法和設(shè)備。待凈化的水溶液穿過(guò)至少兩個(gè)電解槽元件(2、3、4)，這樣的電解槽元件中的至少一個(gè)電解槽元件采用正鋁電極，并且至少另一個(gè)電解槽元件采用正鐵電極。電解槽元件的電流調(diào)節(jié)為使得裝備有鋁電極的電解槽元件產(chǎn)生氫氧化鋁和硫酸鋁，并且裝備有鐵電極的電解槽元件產(chǎn)生氫氧化鐵。待凈化的水溶液和在電解槽元件中獲得的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入提取塔(7)，并且電解時(shí)釋放的氫用來(lái)使由反應(yīng)產(chǎn)物構(gòu)成的沉淀上升到用于絮狀物(15)的提取塔(7)的頂部端部。凈化水從提取塔排出，從而能夠?qū)⒘蚧瘹湟粤蛩徜X的形式從水中提取到絮狀物(15)中。
文檔編號(hào)C02F1/465GK102695679SQ201080045561
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者漢努·索米寧 申請(qǐng)人:漢努·索米寧