[go: up one dir, main page]

NO332199B1 - Metode og apparat for samtidig gjenvinning av energi og rensing av vann. - Google Patents

Metode og apparat for samtidig gjenvinning av energi og rensing av vann. Download PDF

Info

Publication number
NO332199B1
NO332199B1 NO20101059A NO20101059A NO332199B1 NO 332199 B1 NO332199 B1 NO 332199B1 NO 20101059 A NO20101059 A NO 20101059A NO 20101059 A NO20101059 A NO 20101059A NO 332199 B1 NO332199 B1 NO 332199B1
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
water
hydrate
hydrates
osmotic
energy
Prior art date
Application number
NO20101059A
Other languages
English (en)
Other versions
NO20101059A1 (no
Inventor
Tore Skjetne
Sten-Roger Karlsen
Bjørn Arstad
Original Assignee
Ecowat As
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ecowat As filed Critical Ecowat As
Priority to NO20101059A priority Critical patent/NO332199B1/no
Priority to PCT/NO2011/000211 priority patent/WO2012011821A1/en
Publication of NO20101059A1 publication Critical patent/NO20101059A1/no
Publication of NO332199B1 publication Critical patent/NO332199B1/no

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/26Treatment of water, waste water, or sewage by extraction
    • C02F1/265Desalination
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/002Forward osmosis or direct osmosis
    • B01D61/0022Apparatus therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/22Treatment of water, waste water, or sewage by freezing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/008Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for characterised by the actuating element
    • F03G7/015Actuators using the difference in osmotic pressure between fluids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/38Treatment of water, waste water, or sewage by centrifugal separation
    • C02F1/385Treatment of water, waste water, or sewage by centrifugal separation by centrifuging suspensions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/42Treatment of water, waste water, or sewage by ion-exchange
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/52Treatment of water, waste water, or sewage by flocculation or precipitation of suspended impurities
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08Seawater, e.g. for desalination
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/10Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from quarries or from mining activities
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/34Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from industrial activities not provided for in groups C02F2103/12 - C02F2103/32
    • C02F2103/36Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from industrial activities not provided for in groups C02F2103/12 - C02F2103/32 from the manufacture of organic compounds
    • C02F2103/365Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated from industrial activities not provided for in groups C02F2103/12 - C02F2103/32 from the manufacture of organic compounds from petrochemical industry (e.g. refineries)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/02Temperature
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/03Pressure
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00Specific treatment goals
    • C02F2303/10Energy recovery
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

Metode og apparat for samtidig gjenvinning av energi og rensing av vann.
Foreliggende oppfinnelse angår en metode og et apparat for rensing av vann, spesielt forurenset produsert vann fra en petroleumsbrønn.
Behovet for rensing av vann kan oppstå i ulike sammenhenger. Formålet kan være å skaffe rent drikkevann for konsumpsjon, for å unngå utslipp av vannløslige eller vanntransporterte forurensninger, å få lovlige akseptable lave konsentrasjoner av kjemiske forbindelser i avløp fra industrielle prosesser eller å oppnå ønsket innhold av komponenter i vannet, men i så lave konsentrasjoner at de er for lave for alminnelig gjenvinning. Hovedsakelig er det to hovedgrunner for gjennomføring av vannrensing; enten for produksjon av rent vann eller for gjenvinning av substanser som er løst i vannet. Ulike metoder finnes for rensing av vann; filtrering, destillasjon, sentrifugering, etc. Mange metoder er utmerket for visse forurensinger, men er ineffektive for andre. Få metoder er gode for all slags vannløslig innhold. Mange av disse effektive vannrenseprosessene kan være meget energikrevende.
Kjent teknikk
Ulike prosesser for vannrensing er omtalt i oppfinnerens patent NO321097 som beskriver apparat og en metode for behandling av forurenset vann ved å danne hydrater og trekke ut rent vann etter dissosiering av de dannede hydratene, den såkalte Ecowatprosessen. Prosessen resulterer i rent vann og en lake som kan deponeres, eller reinjiseres i brønnen når Ecowatprosessen benyttes innen oljeproduksjonsprosessen. Når laken skal reinjiseres kan den blandes med sjøvann for å balansere ionene i laken og felle ut potensielle problematiske lite løselige avleiringsdannennde salter slik som BaS04, CaS04 etc. før reinjiseringen utføres.
NO321097 benytter adskilte varmevekslere for håndtering av energien fra den eksoterme hydratdannende prosessen.
US4781837 relaterer seg til konsentrasjon av væske ved å utnytte forskjellen i osmotisk trykk mellom to væsker og å gjenvinne løsningen ved bruk av den motsatte prosessen. En prosess for å gjenvinne deler av energien mellom de to væskene er også vist.
N0314575 angår en semipermeabel membran bestående av et tynt lag av ikke-porøst materiale (diffusjons hud), og ett eller flere lag av et porøst støttemateriale (det porøse lag). Videre er det beskrevet en metode for å fremskaffe forhøyet trykk ved osmose så vel som et apparat for å fremskaffe et forhøyet trykk og elektrisk kraft.
Problemstilling
Effektive vannrenseprosesser er energikrevende prosesser. For Ecowatprosessen vil energiforbruket være omkring 1-3 kWh/m3 rent vann for å drive pumper og motorer. Rekompressjon av den hydratdannende forbindelsen trenger ytterligere 6-9 kWh/m3 rent vann. Rent vann og rent utslipp til lavest mulig pris vil alltid være etterspurt.
Injisering av lake for å opprettholde det hydrauliske trykket i reservoarer er svært ofte brukt for økt olje og gass gjenvinning. Typisk er injeksjonsvannet pumpet inn i vannsonene i de nedre delene av reservoaret. Dersom ubehandlet sjøvann benyttes for trykkopparbeidelse er det en økt risiko for permeabilitetsendringer i de porøse lagene i reservoarformasjonen. Permeabilitetsendringer oppstår på grunn av ioneforholdene. Sjøvann inneholder sulfationer, mens vannet i reservoaret (formasjonsvannet) ofte inneholder kationer som barium, strontium og kalsium. I kombinasjon danner disse utfellinger, forsegler poreåpninger, og videre injeksjon kan bli vanskelig om ikke umulig. En løsning på dette kan være desulfatiseringsanlegg hvor sulfat fjernes fra sjøvann før inj isering.
Under petroleumsproduksjon produseres også såkalt "produsertvann". Ionesammensetningen i produsertvannet er nesten identisk reservoarvannets. Ved å behandle produsertvannet i Ecowatprosessen vil ionekonsentrasjonen øke multippelt. Når Konsentratet og sjøvann blandes vil noen salter raskt felle ut og bli til fast stoff (slik som SrS04, BaS04, CaS04). Utfellingene kan fjernes fra injeksjonsvannet før injeksjon og dermed fjerne risikoen for permeabilitetsendringer nede i borehullet. I tillegg vil andre ioner fra den konsentrerte laken hjelpe til å stabilisere skifer og leire i reservoaret og dermed forhindre strømningsproblemer under injeksjon.
Når man kjører Ecowatprosessen for et hvilket som helst formål vil konsentratet inneha en potensiell energi i form av å ha en høy ionekonsentrasjon i forhold til andre tilgjengelige nærliggende væsker så som sjøvann, elvevann, ferskvann, formasjonsvann etc. Ved en gitt temperatur er det osmotiske trykket i et system gitt av molaliteten saltet har i vannet. Når gasshydrater dannes blir det gjenværende vannet mer konsentrert, hvilket betyr at molaliteten øker. Derfor kan, under behandling av f.eks. sjøvann eller annen vannkilde, Ecowatprosessen øke konsentrasjonen av salter omlag 5 ganger eller mere, avhengig av konsentrasjonen av salter i vannet i utgangspunktet. Det osmotiske trykket øker tilsvarende. Energi kan fanges opp når dette trykket frigjøres. For en 5 gangers økning vil den potensielle energien være omkring 5 kW pr liter frigitt konsentrert vann. Dette er verdifull energi som er ønsket å beholde i systemet.
Kort sammendrag
En løsning på problemene nevnt ovenfor er den foreliggende oppfinnelsen. Foreliggende oppfinnelse er en metode for samtidig gjenvinning av energi og rensing av forurenset vann (3, 31) fra et innløp av forurenset produsert vann fra en petroleumsbrønn omfattende trinnene: - tilsette det forurensede vannet (3, 32) fra et innløp for slikt forurenset vann til en hydratreaktor (C, T), - fremskaffe en hydratdannende forbindelse (8, 36) og hydratkimer (32) til det forurensede vannet (3, 31) i hydratreaktoren (C, T) , - kontrollere trykk og temperatur i hydratreaktoren (C,T) slik at hydrater (4, 33) dannes; - transportere hydratene (4, 33) og med dette det anrikede forurensede vannet (10, 38) til en separator (D, U); - skille hydratene (4, 33) fra det forurensede vannet (10, 38) i en separator (D, U); - transportere de nå fraskilte hydratene (6, 34) til en dissosieringstank (F, W), og - dissosiere de transporterte fraskilte hydratene (6, 34) for å separere rent vann (9, 37) og hydratdannende forbindelse (8, 36) ved påfølgende retur av den hydratdannende forbindelsen (8, 36) via en pumpe (P) til hydratreaktoren (C, T) , og lede det rene vannet (9, 37) til et rentvannsreservoar (K, X), hvor de nye trekkene er - det anrikede forurensede vannet (10, 38) transporteres fra separatoren (D, U) til en osmotisk høypotensiell side (RH) til i det minste en saltenergicelle (R) og vann med osmotisk lavere potensiale transporteres til en osmotisk lavpotensiell side (RL) til i det minste saltcellen (R); - omdanne energien representert ved det osmotisk økede trykket grunnet differansen i det osmotiske potensialet i saltcellen (R) til mekanisk energi. Et annet aspekt ved oppfinnelsen er et apparat for samtidig gjenvinning av energi og rensing av forurenset produsert vann fra en petroleumsbrønn fra et innløp for det forurensede vannet (3,31), omfattende - en hydratreaktor (C, T) innrettet til dannelse av hydrater (4,33) fra det forurensede vannet (3,31), - en hydratdannende forbindelse (8, 36) for tilsats til det forurensede vannet (3, 31) i hydratreaktoren (C, T), - et kontrollsystem (CS) for avføling og kontroll av trykk og temperaturforholdene i hydratreaktoren (C,T) slik at hydrater (4, 33) dannes; - en separator (D, U) for mottak av, og separasjon av hydratene (4, 33) og det anrikede forurensede vannet (10, 38) - en dissosiasjonstank (F, W) for mottak og dissosiering av de resulterende fraseparerte hydratene (6, 34) for å separere rent vann (9, 37) og den hydratdannende forbindelsen (8, 36), - en returlinje (L8, L36) for retur av den hydratdannende forbindelsen (8, 36) via en pumpe (P) til hydratreaktoren (C, T) , og - en rentvannsutløpslinje (L) for det rene vannet (9, 37) til et rentvannsreservoar (K, X) hvor de nye trekkene er - en mikser på returlinjen (L8, L36) mellom pumpen (P) og hydratreaktoren (C, T), mikseren (Mixer) innrettet for injisering eller resirkulering av hydratkimer (32) til det forurensede vannet (3, 31) i hydratreaktoren (C, T) for forbedret hydratdannelse, - en eller flere saltceller (R) med osmotisk høypotensiale side (RH) for mottak av det anrikede forurensede vannet (10, 38) fra separatoren (D, U), og en osmotisk lavpotensiale side (RL) for mottak av vann med lavere osmotisk potensiale; - en omformer (RT) for omforming av osmotisk trykk, som oppstår på grunn av forskjellen i osmotiske potensialer i saltcellen (R), til mekanisk energi.
Ytterligere spesifikke trekk ved oppfinnelsen er gitt i de vedlagte underordnede kravene.
Fordeler
Gjenvinning av deler av energien
En første fordel ved foreliggende oppfinnelse er at prosessen utnytter det osmotiske potensialet som er latent i den konsentrerte laken som er resultatet av renseprosessen. Denne energien kan bli gjenvunnet og kan bli ført tilbake inn i prosessen som enten elektrisk kraft eller direkte mekanisk energi. Ved omdanning av denne energien ved hjelp av en generator til elektrisk energi blir det lett å kontrollere og justere kraften som kreves av ethvert påkrevd kraftkonsumerende steg internt, for å drive pumper, ventiler etc, eller for annet prosessforbruk. Dette reduserer behovet for eksternt tilført energi.
Integrert felling
En annen fordel er at ved tilfellene av reinjisering til oljereservoaret kan utfelling og energiekstraksjon utføres i samme prosesstrinn. Strømmen med lav salinitet må overvåkes nøye for å sikre at utfellingen skjer nedstrøms den osmotiske barrieren.
Redusert energitap
En tredje fordel med oppfinnelsen er den kombinerte varmevekslerreaktortanken (Q). Ved å bygge dissosiasjonstanken sammen med hydratiseringstanken vil det bli et redusert tap i energi grunnet kortere energitransport.
Forbedret varmeveksling
En fjerde fordel er formen på rørene brukt i det minste i en av reaktortankene dvs. i det minste i en del av varmeveksleren. De spesialutformede rørene er multippelretningskorrugert for å øke turbulensen i væsken og/eller hydratstrømning på begge sider av rørveggene. Varmevekslingen vil dobles eller tredobles ved bruk av korrugerte rør.
Akselerert hydratdannelse
En femte fordel med oppfinnelse er måten å blande hydratformeren (en gass) med forurenset vann. Blandingen foregår i en mikseenhet som danner små gassbobler og vanndråper. Dette øker reaksjonshastigheten med et minimum av energitilførsel.
Forbedrede hydratdannende gasser
En sjette fordel er bruken av "designgasser" som hydratdannere. Hydratdannende forbindelser erkarakterisertved det faktum at de er relativt små, ikke polare molekyler, primært av de lavere hydrokarbonene som f.eks metan, etan og propan, men også karbondioksid, nitrogen, oksygen, dihydrogensulfid, halogenerte hydrokarboner der halogenet er valgt blant fluor, klor, tetrahydrofuran, etylenoksid, edelgasser slik som helium, neon, argon, xenon, krypton, svovelheksafluorid og dinitrogenoksid kan benyttes. På grunn av Xenons gunstige trykk- og temperaturegenskaper kan denne være en brukbar gas å benytte for å minimalisere energiforbruket i prosessen. Men, Xenon er sjelden og dyr. Mange naturgasser er velegnet for formålet med å danne hydrater men på grunn av eksplosjonsfare er de mindre fordelaktige. Når man designer en blanding av naturgasser og C02 som "dekkgass" kan man redusere eksplosjonsfaren men beholde de gode egenskapene som sparer tilførsel av energi. Propan og isobutan er slike foretrukne naturgasser passende for design. Blanding av 4% propan med 96% C02 beholder trykkegenskapene til propan og delta T egenskapene til C02. Høyere andel propan kan forbedre hydratdannelsesprosessen men gir økt eksplosjonsfare.
Kort figurforklaring
Figur 1 viser et flytdiagram av en utførelse av bakgrunnsteknikken, den såkalte Ecowatprosessen, for rensing av produsert vann. Figur 2 viser et flytdiagram av en utførelse av bakgrunnsteknikken, Ecowatprosessen, for rensing av vann fra en kilde til drikkevann. Figur 3 viser et flytdiagram av en utførelse av bakgrunnsteknikken, Ecowatprosessen, for rensing av gass/luft. Figur 4 viser en trykk/temperatur sammenheng for dissosiering av hydrater, ved ulike saltkonsentrasjoner med C02 som hydratdannende forbindelse. Hydratdannelse er kinetisk kontrollert og foregår ved betingelser over/til venstre for den respektive kurve. Figur 5 viser en trykk/temperatur sammenheng for dissosiering av hydrater, ved ulike saltkonsentrasjoner, slik som for Fig. 4, men med CH4 som hydratdannende forbindelse. Figur 6 viser en trykk/temperatur sammenheng for dissosiering av hydrater, ved ulike saltkonsentrasjoner, slik som for
Fig.5, men med C2H6 som hydratdannende forbindelse.
Figur 7 viser et flytdiagram for lavenergirensing av vann i følge en utførelse av oppfinnelsen. Figur 8 viser deler av Fig. 7 med illustrasjon av detaljer i innfellingene 8a og 8b. Fig 8a viser en illustrasjon av korrugerte rør i varmeveksleren (Q).
Figur 8b viser et lengdesnitt av mikseren (IM).
Figur 9 viser et flytdiagram av en alternativ utførelse av renseprosessen foran det osmotiske energigjennvinningstrinnet med hydratdannende enhet og dissosiasjonsenhet delt i stedet for integrert i den integrerte varmeveksleren (Q) og i tillegg en avgasser for det særpregede prosesstrinnet.
Beskrivelse av utførelser av oppfinnelsen
Den foreliggende oppfinnelse relaterer seg til en lavenergimetode for rensing av vann og et apparat innrettet til denne prosessen. I følge oppfinnelsen ledes det forurensede vannet (3, 31) gjennom rør fra et innløp for forurenset vann, deretter tilsettes det forurensede vannet (3, 31) til en hydratreaktor (C, T). En hydratdannende forbindelse (8, 36) og hydratkimer (32) tilsettes til det forurensede vannet (3, 31) i hydratreaktor (c, T). Trykk og temperaturforhold i hydratreaktor (C, T) kontrolleres slik at hydrater (4, 33) dannes. De på denne måten dannede hydratene (4, 33) og med dette det anrikede forurensede vannet (10,38) transporteres til en separator (D, U) som separerer hydratene (4,33) fra det forurensede vannet (10, 38). De resulterende utskilte hydratene (6, 34) blir deretter transportert til en dissosieringstank (F, W). Her dissosieres de transporterte utskilte hydratene (6, 34) slik at rent vann (9, 37) og hydratdanneren (8, 36) kan separeres. Videre blir hydratdanneren (8, 36) returnert via en pumpe (P) til hydratreaktoren (C, T). Det rene vannet (9, 37) føres til et rentvannsreservoar (K, X). Det anrikede forurensede vannet (10, 38) transporteres fra separatoren (D, U) til en osmotisk høypotensial side (RH) av i det minste en saltenergicelle (R). Vann med lavere osmotisk potensiale transporteres til en osmotisk lav potensial side (RL) av i det minst en salt celle (R). Energi representert ved trykkøkning grunnet forskjellen i osmotisk potensial i saltenergicelle(R) omdannes til mekanisk energi.
I en utførelse av oppfinnelsen benyttes energien som oppstår på grunn av forskjellen i osmotisk potensiale i saltcellen (R) til å drive i det minste pumpen (P) enten direkte, mekanisk via en aksel, remmer eller gir, eller indirekte.
I en utførelse av oppfinnelsen utnyttes det osmotiske trykket dannet i saltcellen (R) i en turbin (RT) eller motor som driver en generator (RG) til å produsere elektrisk kraft. Omformeren (RT) kan i en utførelse være en væskedrevet motor.
I en utførelse av oppfinnelsen varmeveksles varmen som oppstår under dannelsen av hydratene (4, 33) med
dissosieringsprosessen for hydratene (6, 34) i varmeveksleren (Q). Varmeveksleren (Q) omfatter hydratiseringstanken (C,T) og dissosieringsadken (F, W).
I en utførelse av oppfinnelsen er varmeveksleren (Q) en rør i rør- eller en rør i mantel varmeveksler hvori en eller flere av rørene er korrugerte for å øke turbulensen og varmeoverføringen. Slike spesialutformede rør er kurrugerte i multiple retninger og øker kontaktflaten og turbulensen i væsken og /eller hydratstrømmen på begge sider, både internt og eksternt relatert til rørveggen.
I en utførelse av oppfinnelsen inneholder vannet med lavere osmotisk potensiale en andel friskvann, sjøvann eller det forurensede vannet (3, 31) tilført gjennom innløpslinjen (SW, FW, CW). Hvilken type osmotisk lavpotensialevann som benyttes bestemmes avhengig av årsaken for å rense det forurensede vannet. Under petroleumsproduksjonsformasjonsvannbehandling kan det være naturlig å benytte sjøvann. I det tilfellet vil det påfølge et utfellingstrinn(SP).
Ofte er produsertvannet rikere på barium, strontium og kalsiumioner enn sjøvann og sjøvannet er mye rikere på sulfater. Dersom disse to typene lake blandes vil sulfatsalter av de nevnte ionene felle ut som uløselig fast stoff. Ved å blande de to lakene fjernes sulfationene og den gjenværende laken er fin for reinjisering i reservoaret som trykkstøtte.
I en utførelse av oppfinnelsen varmeveksles det forurensede vannet (3,31) med resulterende rent vann (9, 37) i en varmeveksler (LH) dersom det forurensede vannet har en høyere temperatur en foretrukket for en effektiv hydratproduserende prosess. En innløpstemperatur på vannet som skal behandles som er nær prosesstemperaturen for hydratdannelse vil senke behovet for energitilførsel. Tilsvarende vil rentvannstemperaturen (9, 37) øke fra en typisk prosesstemperatur på omkring -1,5 grader C, vil være bedre for omgivelsene og forhindre at det resulterende rene vannet (9,37) fryser.
I en utførelse av oppfinnelse er den hydratdannende forbindelsen (8, 38) en design gass som omfatter en blanding av C02 og en lett hydrokarbonforbindelse. De lette hydrokarbonforbindelsene kan være primære lave hydrokarboner, f.eks metan, etan og propan, men også karbondioksid, nitrogen, oksygen, dihydrogensulfid, halogenerte hydrokarboner der halogenet er valgt blant fluor, klor, tetrahydrofuran, etylenoksid, edelgasser slik som helium, neon, argon, xenon, krypton, svovelheksafluorid og dinitrogenoksid.
I en utførelse av oppfinnelsen er det anrikede forurensede vannet (10, 38) ledet gjennom en ionebytter for å veksle giftige ioner med ikke-giftige ioner for felling før deponering av det forurensede vannet.

Claims (16)

1. En metode for samtidig gjenvinning av energi og rensing av forurenset vann (3, 31) fra et innløp av forurenset produsert vann fra en petroleumsbrønn, omfattende trinnene: - tilsette det forurensede vannet (3, 32) til en hydratiseringsbeholder (C, T) , - fremskaffe en hydrat dannende komponent (8, 36) og hydrat frø (32) til det forurensede vannet (3, 31) i hydratiseringsbeholderen (C, T) , - kontrollere trykk og temperatur i hydratiseringsbeholderen (C,T) slik at hydrater (4, 33) dannes; - transportere hydratent (4, 33) og med dette det anrikede forurensede vannet (10, 38) til en separator (D, U); - skille hydratene (4, 33) fra det forurensede vannet (10,
38) ; - transportere de nå fraskilte hydratene (6, 34) til en dissosieringstank (F, W) , og - dissosiere de transporterte fraskilte hydratene (6, 34) for å separere tent vann (9, 37) og hydrat dannende komponent (8,
36) ved påfølgende retur av den hydrat dannende komponent (8, 36) via en pumpe (P) til hydratiseringsreaktoren (C, T) , og lede det rene vannet (), 37) til et rentvannsreservoar (K, X);karakterisert ved-det anrikede forurensede vannet (10, 38) transporteres fra separatoren (D, U) til en osmose høypotensiell side (RH) til i det minste en saltenergicelle (R)og vann med osmotisk lavere potensiale transporteres til en osmose lavpotensiell side (RL) til i det minste saltcellen (R); - omdanne energien representert ved det osmotisk økede trykket grunnet differansen i det osmotiske potensialet t saltcellen (R) til mekanisk energi.
2. Metoden i henhold til krav 1, hvor energien brukes til å drive i det minste pumpen (P).
3. Metoden i henhold til krav 1, hvor det osmotiske trykket dannet i saltcellen (R) utnyttes i en turbin (RT) eller i en motor som driver en generator (RG) for produksjon av elektrisk kraft.
4. Metoden i henhold til krav 1, hvor varmen som utvikles ved hydratdannelse (4, 33) varmeveksles med dissosiasjonsprosessen for de utskilte hydratene (6, 34) i varmeveksleren (Q).
5. Metoden i henhold til krav 1, hvor vannet med lavere osmotisk potensiale omfatter en andel av det forurensede vannet (3, 31).
6. Metoden i henhold til krav 1, hvor vannet med lavere osmotisk potensiale omfatter sjøvann.
7. Metoden i henhold til krav 1, hvor vannet med lavere osmotisk potensiale omfatter friskvann.
8. Metoden i henhold til krav 1, hvor det forurensede vannet (3, 31) blir varmevekslet med det rene vannet (9, 37) i en varmeveksler (LH).
9. Metoden i henhold til krav 1, hvor den hydratdannende forbindelsen (8, 38) er en designgass omfattende en blanding av C02 og en lett hydrokarbonforbindelse.
10. Et apparat for samtidig gjenvinning av energi og rensing av forurenset produsert vann fra en petroleumsbrønn, (3, 31) fra et innløp for det forurensede vannet (3,31), omfattende - en hydratreaktor (C, T) innrettet til dannelse av hydrater (4,33) fra det forurensede vannet (3,32), - en hydratdannende forbindelse (8, 36) for tilsats til det forurensede vannet (3, 31) i hydratreaktoren (C, T), - et kontrollsystem (CS) for avføling og kontroll av trykk og temperaturforholdene i hydratreaktoren (C,T) slik at hydrater (4, 33) dannes; - en separator (D, U) for mottak av og separasjon av hydratene (4, 33) og det anrikede forurensede vannet (10, 38) - en dissosiasjonstank (F, W) for mottak og dissosiering av de resulterende fraseparerte hydratene (6, 34) for å separere rent vann (9, 37) og den hydratdannende forbindelsen (8, 36), - en returlinje (L8, L36) for retur av den hydratdannende forbindelsen (8, 36) via en pumpe (P) til hydratreaktoren (C, T) , og - en rentvannsutløpslinje (L) for det rene vannet (9, 37) til et rentvannsreservoar (K, X) ; karakterisert ved- en mikser på returlinjen (L8, L36) mellom pumpen (P) og hydratreaktoren (C, T), mikseren (Mixer) innrettet for injisering eller resirkulering av hydratkimer (32) til det forurensede vannet (3, 31) i hydratreaktoren (C, T) for forbedret hydratdannelse, - en eller flere saltceller (R) med osmotisk høypotensiell side (RH) for mottak av det anrikede forurensede vannet (10, 38) fra separatoren (D, U), og en osmotisk lavpotensiell side (RL) for mottak av vann med lavere osmotisk potensiale; - en omformer (RT) for omforming av osmotisk trykk, som oppstår på grunn av forskjellen i osmotisk potensiale i saltcellen (R), til mekanisk energi.
11. Apparatet i følge krav 10, hvor hydratreaktoren (C, T) og dissosieringstanken (F, W) danner varmeveksleren (Q).
12. Apparatet i følge krav 10 og 11, hvor varmeveksleren (Q) er en rør-i-rør eller en rør-i-mantel varmeveksler hvor ett eller flere av rørene en korrugerte.
13. Apparatet i følge krav 10, hvor omformeren (RT) er innrettet til å levere mekanisk energi til i det minste pumpen (P) enten direkte eller indirekte.
14. Apparatet i følge krav 10, hvor omformeren (RT) er en væskedrevet motor eller en turbin (RT).
15. Apparatet i følge krav 10, hvor osmotisk lavpotensialsiden (RL) er utstyrt med en innløpslinje (SW, FW, CW) for å motta vann med lavere osmotisk potensiale slik som friskvann, sjøvann eller det forurensede vannet (3, 31).
16. Apparatet i følge krav 10, hvor en varmeveksler (LH) er innrettet for å varmeveksle det forurensede vannet (3, 31) med det rensede vannet (9, 37).
NO20101059A 2010-07-23 2010-07-23 Metode og apparat for samtidig gjenvinning av energi og rensing av vann. NO332199B1 (no)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20101059A NO332199B1 (no) 2010-07-23 2010-07-23 Metode og apparat for samtidig gjenvinning av energi og rensing av vann.
PCT/NO2011/000211 WO2012011821A1 (en) 2010-07-23 2011-07-22 Method and device for low energy purification of water

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO20101059A NO332199B1 (no) 2010-07-23 2010-07-23 Metode og apparat for samtidig gjenvinning av energi og rensing av vann.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
NO20101059A1 NO20101059A1 (no) 2012-01-24
NO332199B1 true NO332199B1 (no) 2012-07-23

Family

ID=44630548

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO20101059A NO332199B1 (no) 2010-07-23 2010-07-23 Metode og apparat for samtidig gjenvinning av energi og rensing av vann.

Country Status (2)

Country Link
NO (1) NO332199B1 (no)
WO (1) WO2012011821A1 (no)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013164541A2 (fr) * 2012-05-02 2013-11-07 Total Sa Production d'energie par osmose directe
WO2016028135A1 (en) * 2014-08-18 2016-02-25 Universiti Malaysia Sabah An osmotic membrane distillation apparatus for energy production and a method thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5712802A (en) * 1980-06-26 1982-01-22 Ebara Infilco Co Ltd Water extraction system using permeable membrane
NO321097B1 (no) * 2003-06-27 2006-03-20 Sinvent As Fremgangsmate og anordning for rensing av vann og gass
WO2009008737A1 (en) * 2007-07-09 2009-01-15 Ecowat As Method for treatment of water comprising non-polar compounds
US20100183903A1 (en) * 2008-12-03 2010-07-22 Mcginnis Robert Utility scale osmotic grid storage

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA858921B (en) 1984-11-21 1986-07-30 Syrinx Res Pty Ltd Osmotic concentration by membrane
JP4166464B2 (ja) * 2001-12-10 2008-10-15 国立大学法人東京工業大学 海水淡水化装置付き浸透圧発電システム
EP1746680A1 (en) * 2005-07-20 2007-01-24 Vlaamse Instelling Voor Technologisch Onderzoek (Vito) Combination of a desalination plant and a salinity gradient power reverse electrodialysis plant and use thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5712802A (en) * 1980-06-26 1982-01-22 Ebara Infilco Co Ltd Water extraction system using permeable membrane
NO321097B1 (no) * 2003-06-27 2006-03-20 Sinvent As Fremgangsmate og anordning for rensing av vann og gass
WO2009008737A1 (en) * 2007-07-09 2009-01-15 Ecowat As Method for treatment of water comprising non-polar compounds
US20100183903A1 (en) * 2008-12-03 2010-07-22 Mcginnis Robert Utility scale osmotic grid storage

Also Published As

Publication number Publication date
NO20101059A1 (no) 2012-01-24
WO2012011821A1 (en) 2012-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Babu et al. A review of clathrate hydrate based desalination to strengthen energy–water nexus
Ali et al. Evaluation of integrated microfiltration and membrane distillation/crystallization processes for produced water treatment
Alnaizy et al. Draw solute recovery by metathesis precipitation in forward osmosis desalination
Nair et al. Water desalination and challenges: The Middle East perspective: a review
AU2010357340B9 (en) Concentration plant, plant for producing fresh water by concentration and for generating electric power, concentration method, and method for operating plant for producing fresh water by concentration and for generating electric power
Duong et al. Membrane distillation and membrane electrolysis of coal seam gas reverse osmosis brine for clean water extraction and NaOH production
NO338364B1 (no) Fremgangsmåte for vannoverfylling
WO2012075233A1 (en) Method for recovering gas from shale reservoirs and purifying resulting produced water
CA2872873C (en) Plant and process for treating methane-containing gas from natural sources
CN102164861A (zh) 从低纯度水制造高纯度水的方法及制造装置
WO2017205038A1 (en) Fuel synthesis from an aqueous solution
US20140091039A1 (en) System and method for the treatment of hydraulic fracturing backflow water
EP2655261A1 (en) Unit for desalination and greenhouse gas sequestration
US9915136B2 (en) Hydrocarbon extraction through carbon dioxide production and injection into a hydrocarbon well
WO2012128910A1 (en) Advanced oxidation of kinetic hydrate inhibitors
Kargari et al. Application of membrane gas separation processes in petroleum industry
NO332199B1 (no) Metode og apparat for samtidig gjenvinning av energi og rensing av vann.
NO321097B1 (no) Fremgangsmate og anordning for rensing av vann og gass
Hussain et al. Recent patents of nanofiltration applications in oil processing, desalination, wastewater and food industries
US11261111B2 (en) Methods and systems for treating an aqueous solution
Panda et al. Process intensification in the fields to separate, recycle and reuse waste through membrane technology
US20240123400A1 (en) Systems and methods for integrated direct air carbon dioxide capture and desalination mineral recovery
CN113493277A (zh) 一种煤化工高盐废水中氯化钠盐、硫酸钠盐的分离装置及工艺
Gunes-Durak et al. Overview of hydrogen energy production in the Black Sea for the disposal of potentially hazardous hydrogen sulfide
CN205528206U (zh) 含盐废水的处理系统

Legal Events

Date Code Title Description
CHAD Change of the owner's name or address (par. 44 patent law, par. patentforskriften)

Owner name: SINTEF TTO AS, NO

MM1K Lapsed by not paying the annual fees