本文選題：油田高含鹽污水 + 噴霧干燥��； 參考：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院工程熱物理研究所)》2017年碩士論文

【摘要】：我國大部分油田已進入開采的中后期,采出液含水量高達80%,使得油田污水的處理量迅速增加。其中,油田污水含鹽量已高達上萬或數(shù)十萬mg/L,直接外排和回注都會對周邊環(huán)境造成嚴重破壞,其脫鹽處理技術(shù)的開發(fā)研究已成為油田企業(yè)亟待解決的任務(wù)之一。噴霧干燥技術(shù)已在化工、食品、醫(yī)藥等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用,在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中占有極為重要的地位,與傳統(tǒng)的油田污水處理技術(shù)相比,具有設(shè)備簡單、水分蒸發(fā)迅速、操作控制方便、適宜大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點。本文基于噴霧干燥技術(shù),提出了油田高含鹽污水噴霧干燥的處理方法。目前尚無噴霧干燥技術(shù)處理油田高含鹽污水的工程應(yīng)用實例,因此首次使用CFD針對油田高含鹽污水的噴霧干燥過程進行了深入地研究,探索了將噴霧干燥技術(shù)應(yīng)用于油田高含鹽污水處理的可行性,可為理論研究與工程實踐提供一定的參考依據(jù)。(1)針對含鹽量為7× 104mg/L的油田污水,設(shè)計了一套處理量為28.8kg/h的逆流型噴霧干燥器。在標準k-ε雙方程模型和DPM模型的框架下,基于歐拉-拉格朗日方法,描述了空氣與霧化液滴在干燥器內(nèi)相對運動及傳熱傳質(zhì)過程,對液滴蒸發(fā)過程進行了數(shù)值模擬,得到了設(shè)備內(nèi)部各流場分布。通過隨機軌道模型追蹤了液滴顆粒的運動軌跡及液滴NaCl濃度的變化。結(jié)果表明:污水液滴的噴入對空氣有明顯的擾動作用,近軸線區(qū)域擾動最大。離噴嘴越遠,速度分布越均勻。由于液滴群與逆流空氣的相互作用,在液滴群兩側(cè)形成了旋渦回流區(qū)。氣相溫度梯度在液滴群集中的中心軸線區(qū)域較大。沿軸線方向自上而下,溫度逐漸降低,水蒸氣含量逐漸升高,液滴蒸發(fā)速率呈增加趨勢。液滴一般在3到7秒便可蒸發(fā)完畢,在該干燥器結(jié)構(gòu)及工況條件下,設(shè)備內(nèi)蒸發(fā)效率可達到 58.9%。(2)研究了入口空氣流速、入口空氣溫度、噴霧錐角、液滴直徑等操作參數(shù)對干燥器內(nèi)速度場、溫度場和液滴蒸發(fā)特性的影響規(guī)律。得出以下結(jié)論:入口空氣流速和入口空氣溫度是影響蒸發(fā)速率的關(guān)鍵操作參數(shù)。提高入口空氣流速和入口空氣溫度,均可加快液滴蒸發(fā)。但是受液滴顆粒沉降速度的限制,在算例的液滴直徑及污水流量條件下,入口空氣流速達到0.4m/s后,流速的提高對蒸發(fā)速率的提高量顯著減小。當(dāng)入口空氣溫度達到313K后,再提高空氣溫度,對蒸發(fā)速率的提高作用不大。隨噴霧錐角的增大,蒸發(fā)速率略微提高。液滴越細化,蒸發(fā)速率越高。(3)由于在油田企業(yè)的實際工程應(yīng)用中,需要考慮油田開采現(xiàn)場的場地限制及裝置搭建的方便性,因此基于逆流型噴霧干燥器的數(shù)值模擬方法,對并流型水平箱式結(jié)構(gòu)噴霧干燥器的污水噴霧蒸發(fā)特性也進行了研究,并對比分析了不同噴嘴布置方案的蒸發(fā)效果。進一步的,為了給實際工程方案的設(shè)定提供一定的參考依據(jù),根據(jù)中國石化石油勘探開發(fā)研究院在四川德陽的小型試驗所使用的箱體結(jié)構(gòu),研究了操作參數(shù)的最佳設(shè)置。為了解在四川德陽環(huán)境條件下何種工況的蒸發(fā)效果較好,采用正交試驗設(shè)計原理,對各環(huán)境工況下的箱式結(jié)構(gòu)進行了數(shù)值模擬研究。得出以下結(jié)論:在箱式結(jié)構(gòu)中,液滴群向右側(cè)有一定的偏移,速度場分布較不均勻,在箱體右下直角處存在不合理的旋渦回流區(qū)。由于在箱體左側(cè)入口處液滴與空氣的橫向交叉流動,使兩相摻混過程主要發(fā)生在箱體中部及后部。在該算例箱體體積下,單噴嘴的布置方案是最優(yōu)方案。當(dāng)入口空氣流速較小,為0.4m/s時,右側(cè)引風(fēng)方式與上側(cè)引風(fēng)方式的流場分布差別不大;當(dāng)流速增加到0.6m/s及0.8m/s時,右側(cè)引風(fēng)方式優(yōu)于上側(cè)引風(fēng)。液滴直徑在20μm～150μm范圍內(nèi)時,最佳入口空氣流速為 0.4m/s 及 0.6m/s。0.4m/s 的流速適用于直徑 25μm、50μm、100μm、150μm的液滴,0.6m/s的流速適用于直徑100μm、150μm的液滴。通過正交試驗得出較好的環(huán)境工況為空氣溫度30℃、相對濕度60%、空氣流速0.6m/s、液滴直徑25μm或空氣溫度20℃、相對濕度40%、空氣流速0.6m/s、液滴直徑25μm。綜上,本文緊密結(jié)合了石油企業(yè)的實際需要,為噴霧干燥技術(shù)在油田高含鹽污水處理領(lǐng)域提供了一定的工程設(shè)計依據(jù),具有實踐指導(dǎo)作用。
[Abstract]:Most of the oil fields in our country have entered the middle and late period of mining. The water content of the extracted liquid is as high as 80%, which makes the treatment quantity of the oilfield sewage increase rapidly. Among them, the salt content of the oilfield sewage is up to tens of thousands or hundreds of thousands of mg/L. The direct outer row and reinjection will cause serious damage to the surrounding environment, and the development and research of the desalting treatment technology has become an oil field enterprise. One of the tasks to be solved urgently. The spray drying technology has been widely used in the industries of chemical industry, food and medicine. It occupies an important position in the field of industrial and agricultural production. Compared with the traditional oilfield sewage treatment technology, it has the advantages of simple equipment, rapid evaporation of water, convenient control and large scale production. Spray drying technology is used to treat the spray drying of high salt wastewater in oil field. At present, there is no spray drying technology to treat high salt wastewater in oil field. Therefore, the spray drying process of high salt water with high salt water in oil field is first studied by CFD, and the application of spray drying technology to oil field high is explored. The feasibility of the treatment of salt containing sewage can provide some reference for theoretical research and engineering practice. (1) a set of reverse flow spray dryer with a treatment amount of 28.8kg/h is designed for the oilfield sewage with a salt content of 7 x 104mg/L. Under the framework of the standard k- e double equation model and the DPM model, the Euler Lagrange method is described. The relative motion and heat and mass transfer process of the air and atomization droplets in the drier are numerically simulated and the distribution of each flow field inside the device is obtained. The trajectory of the droplets and the change of the NaCl concentration are traced by the random orbit model. The results show that the injection of the droplets is obviously disturbing to the air. The moving effect is the largest disturbance in the near axis region. The farther the nozzle is, the more uniform the velocity distribution is. The vortex reflux region is formed on both sides of the droplet group because of the interaction between the droplet group and the countercurrent air. The temperature gradient of the gas phase is larger in the center axis of the droplet cluster. The temperature gradually decreases along the axis direction, and the content of water vapor gradually decreases. The evaporation rate of the droplet is increasing. The droplet can be evaporated in 3 to 7 seconds. The evaporation efficiency in the dryer can reach 58.9%. (2) under the structure and working condition of the dryer. The air velocity, the inlet air temperature, the spray cone angle, the droplet diameter and the other operating parameters are applied to the velocity field, the temperature field and the droplet evaporation in the drier. The following conclusion is drawn: the inlet air velocity and inlet air temperature are the key operating parameters affecting the evaporation rate. Increasing the inlet air velocity and inlet air temperature can accelerate the droplet evaporation. However, the droplet sedimentation velocity is limited by the droplet diameter and the sewage flow condition. When the flow velocity reaches 0.4m/s, the increase of the velocity of the flow increases significantly. When the inlet air temperature reaches 313K and the air temperature is increased, the effect of the evaporation rate is little. With the increase of the spray cone angle, the evaporation rate is slightly improved. The more the droplet is refined, the higher the evaporation rate is. (3) due to the actual engineering of the oil field enterprise In use, it is necessary to consider the site limitation of the field and the convenience of the installation. Therefore, based on the numerical simulation of the reverse flow spray dryer, the evaporation characteristics of the sewage spray drier with the flow type horizontal box type spray dryer are also studied, and the evaporation effect of the different nozzle layout schemes is compared and analyzed. In order to provide some reference for the setting of practical project, according to the box structure used by the Sinopec petroleum exploration and Development Research Institute in Deyang, Sichuan, the optimum setting of operating parameters is studied. In order to understand the better evaporation effect in the conditions of Deyang environment in Sichuan, the orthogonal experiment design is adopted. The numerical simulation of box structure under various environmental conditions is carried out. The following conclusion is drawn: in the box structure, the droplet group has a certain deviation to the right, the distribution of the velocity field is not uniform, and there is an unreasonable vortex reflux area at right right angle of the box body. The two phase mixing process mainly occurs in the middle and rear of the box. Under the volume of the case case, the layout scheme of the single nozzle is the best. When the inlet air velocity is small, the flow field distribution of the right air guide and the upper side is not very different when the inlet air velocity is 0.4m/s. When the velocity is added to the 0.6m/s and the 0.8m/s, the right draft mode is superior to the upper air flow. When the diameter of the droplet is within the range of 20 m to 150 mu m, the flow velocity of the best inlet air flow velocity of 0.4m/s and 0.6m/s.0.4m/s is suitable for the droplets of 25 mu m, 50 mu m, 100 mu m, 150 mu m, and the flow rate of 0.6m/s is suitable for the droplets of 100 mu m and 150 mu m. The better ambient conditions are air temperature 30 and relative humidity 60% through orthogonal test. The air velocity 0.6m/s, the droplet diameter 25 / m or the air temperature 20, the relative humidity 40%, the air velocity 0.6m/s and the droplet diameter 25 mu m. combined, this paper closely combines the actual needs of the oil enterprises, and provides a certain engineering design basis for the spray drying technology in the field of high salt wastewater treatment in the oilfield, and has the practical guiding role.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院工程熱物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X741

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本文編號：1917501