CN113329800A - 通过杂共沸蒸馏使水性组合物脱盐的***和方法 - Google Patents

Abstract

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***。

Description

通过杂共沸蒸馏使水性组合物脱盐的***和方法

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***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***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***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***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。

根据本公开的一个或多个其它方面，用于使水性组合物脱盐的***包括蒸馏***，该蒸馏***包括与热源热连通的蒸馏容器和与蒸馏容器流体连通的冷凝器。该***包括与冷凝器流体连通的冷凝物接收器，并且可操作以接收来自蒸馏***的至少包含水相和富含夹带剂相的多相冷凝物。冷凝物接收器可以包括分离***，该分离***可操作以从冷凝物中分离至少一部分水相。该***还可以包括与蒸馏容器流体连通的结晶器，该结晶器可操作以接收来自蒸馏容器的塔底液体并分离塔底液体中的至少一部分盐以产生盐产物和盐水组合物。

本公开的附加特征和优点将在随后的详细描述中阐述，并且部分地本领域技术人员将从该描述中容易明白或通过实践所描述的主题而认识到，包括随后的详细描述、权利要求以及附图。

附图说明

当结合以下附图阅读时，可最佳地理解本公开的特定方面的以下详细描述，其中相同的结构用相同的附图标记表示，并且其中：

图1示意性描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，用于使水性组合物脱盐的***的工艺流程图；

图2图示描绘水和1-丁醇的共沸物的相平衡图；

图3图示描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，对于与水和各种夹带剂化合物形成的多个杂共沸物，气相中的水的质量分数(y轴)和杂共沸物沸点温度(x轴)；

图4A图示描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，水、苯和甲苯的三元杂共沸物在1巴(100kPa)的压力下的相平衡图；

图4B图示描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，水、苯和甲苯的三元杂共沸物在3.5巴(350kPa)的压力下的相平衡图；

图5图示描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，水、苯和正戊烷的三元杂共沸物在3.5巴(350kPa)的压力下的相平衡图；

图6图示描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，水、甲苯和正戊烷的三元杂共沸物在3.5巴(350kPa)的压力下的相平衡图；

图7示意性描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，图1的***的蒸馏***；

图8A示意性描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，相对于图1的***的蒸馏塔的冷凝器和冷凝物接收器的配置的实施方案；

图8B示意性描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，相对于图1的***的蒸馏塔的冷凝器和冷凝物接收器的配置的另一个实施方案；

图8C示意性描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，相对于图1的***的蒸馏塔的冷凝器和冷凝物接收器的配置的又一个实施方案；

图8D示意性描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，相对于图1的***的蒸馏塔的冷凝器和冷凝物接收器的配置的又一个实施方案；

图9示意性描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，用于使水性组合物脱盐的过程的***的另一个实施方案，该过程包括从***的蒸馏过程中进行的热管理和回收；

图10示意性描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，用于使水流脱盐的***的另一个实施方案，该***包括蒸馏进料流结晶过程；

图11示意性描绘图10的***的实施方案，包括根据本公开中描述的一个或多个实施方案的来自***的蒸馏过程的热管理和回收；

图12示意性描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案的用于进行实施例1至5中的实验的实验装置；

图13图示描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，对于包括固定量的甲苯夹带剂和不同量的水性组合物的多种杂共沸混合物，作为时间(x轴)的函数的杂共沸混合物的整体温度(y轴)；

图14图示描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，对于图13的多种杂共沸混合物，作为时间(x轴)的函数的收集的脱盐水体积(y轴)；

图15图示描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，对于图13的杂共沸混合物，作为时间(x轴)的函数的气相温度(y轴)；

图16图示描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，对于杂共沸混合物开始汽化之后的时间段，作为时间(x轴)的函数的图13的杂共沸混合物的整体温度(y轴)；

图17图示描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，对于包括固定量的具有不同量的甲苯夹带剂的水性组合物的多种杂共沸混合物，作为时间(x轴)的函数的杂共沸混合物的整体温度(y轴)；

图18图示描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，对于图17的多种杂共沸混合物，作为时间(x轴)的函数的收集的脱盐水体积(y轴)；

图19图示描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，对于图17的杂共沸混合物，作为时间(x轴)的函数的气相温度(y轴)；

图20图示描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，对于杂共沸混合物开始汽化之后的时间段，作为时间(x轴)的函数的图17的杂共沸混合物的整体温度(y轴)；

图21图示描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，对于包括甲苯夹带剂与不同盐度的水性组合物组合的多种杂共沸混合物，作为时间(x轴)的函数的收集的脱盐水的体积(y轴)；

图22图示描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，对于图21的杂共沸混合物的水性组合物，作为盐度(x轴)的函数的蒸馏速率(y轴)；

图23图示描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，对于图21的杂共沸混合物，作为时间(x轴)的函数的气相温度(y轴)；

图24图示描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，对于杂共沸混合物汽化开始之后的时间段，作为时间(x轴)的函数的图21的杂共沸混合物的整体温度(y轴)；

图25图示描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，对于包括作为夹带剂的水性组合物和甲苯和正戊烷的多种三元杂共沸混合物，作为时间(x轴)的函数的三元杂共沸混合物的整体温度(y轴)；

图26图示描绘根据本公开中描述的一种或多种实施方案，对于杂共沸混合物开始汽化之后的时间段，作为时间(x轴)的函数的图25的杂共沸混合物的整体温度(y轴)；

图27图示描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，对于图25的多种杂共沸混合物，作为时间(x轴)的函数的收集的脱盐水体积(y轴)；

图28图示描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，对于图25的杂共沸混合物，作为时间(x轴)的函数的气相温度(y轴)；和

图29图示描绘根据本公开中描述的一个或多个实施方案，在环境压力下水、甲苯和正戊烷的三元杂共沸物的相平衡图。

出于描述图1、7、8A、8B、8C、8D、9、10和11的简化示意图示和描述的目的，某些化学处理操作领域的普通技术人员可以使用的和众所周知的众多阀门、温度传感器、电子控制器等不包括在内。此外，通常包括在典型化学处理操作中的附属部件，例如阀门、管道、泵、热交换器、仪表、内部容器结构或其它子***可能没有被描绘。尽管未被描绘，但应当理解这些部件在本公开的精神和范围内。然而，诸如本公开中描述的那些的操作部件可以加到本公开中描述的***和实施方案中。

附图中的箭头是指工艺流。然而，箭头可以等效地指代可以用于在两个或更多个***部件之间转移工艺流的输送管线。另外，连接到***部件的箭头可以限定每个给定***部件中的入口或出口。箭头方向通常对应于包含在由箭头表示的物理输送管线内的物流的材料的主要移动方向。此外，不连接两个或更多个***部件的箭头可以表示离开所描绘***的产物流或进入所描绘***的***入口物流。产物流可以在伴随的化学处理***中进一步处理或可以商业化为最终产物。

另外，附图中的箭头可以示意性描绘将物流从一个***部件运输到另一个***部件的工艺步骤。例如，从一个***部件指向另一个***部件的箭头可以表示将***部件流出物“传递”到另一个***部件，所述传递可以包含：工艺流的内容物“离开”一个***部件或从所述***部件中“除去”以及将所述产物流的内容物“引入”到另一个***部件中。

应当理解，当两个或更个线在图1、7、8A、8B、8C、8D、9、10和11的示意性流程图中相交时，两个或更多个工艺流被“混合”或“组合”。混合或组合还可以包括通过将两个物流直接引入到类似的***部件例如蒸馏容器、结晶器或其他***部件中来进行混合。例如，应当理解，当两个物流被描绘为在进入***部件前直接组合时，可以以等效的方式将物流分开引入到***部件中并且在***部件中混合。

现在将更详细地参考本公开的各个方面，在附图中示出本公开的一些方面。在任何可能的情况下，将贯穿附图使用相同附图标记来指代相同或类似的部分。

具体实施方式

本公开涉及用于使包含至少一种盐并且可以包含一种或多于一种有机成分的水性组合物脱盐的方法、工艺和***。用于使本公开的水性组合物脱盐的方法和工艺包括通过将水性组合物与至少一种夹带剂组合以形成杂共沸混合物。水性组合物包含至少一种盐。将夹带剂加到水性组合物中形成杂共沸物沸点温度低于水性组合物的沸点温度的杂共沸物。所述方法和工艺还包括在操作蒸馏压力下低于水性组合物的沸点温度的蒸馏温度(例如在1个大气压(101.325千帕)下小于100℃，例如对于纯水)下将杂共沸混合物蒸馏，这可能导致杂共沸混合物分离成两相冷凝物和蒸馏塔底液体，并从蒸馏中回收两相冷凝物。两相冷凝物可以包括多个液相，例如富含夹带剂的相和包括脱盐水的水相。该工艺和方法还可以包括从两相冷凝物中除去至少一部分水相以回收脱盐水。本公开的方法和工艺还可以包括使蒸馏塔底液结晶以将蒸馏塔底液体分离成盐产物和盐水组合物。

参照图1，示意性描绘用于实施本公开的方法的***并且通常与附图标记100相关联。用于使水性组合物102脱盐的***100包括蒸馏***110，蒸馏***110可以包括与热源116热连通的蒸馏容器112和与蒸馏容器112流体连通的冷凝器130。***100还包括与冷凝器130流体连通的冷凝物接收器140。冷凝物接收器140可用于从蒸馏***110接收包括至少两个液相的多相冷凝物132，所述至少两个液相包括彼此不混溶的两个或更多个液相。冷凝物接收器140可以包括分离***，该分离***可操作以将水相142与多相冷凝物132分离以产生脱盐水流146。***100还可以包括与蒸馏容器112流体连通的结晶过程160。结晶过程160可用于从蒸馏容器112接收蒸馏塔底液体124并分离蒸馏塔底液体124中的至少一部分盐以产生盐产物170和盐水组合物172。

本公开的***和方法可以提供一种用于连续脱盐的水流和组合物的方法，所述组合物包含盐并且可以包含有机成分而不会经历结垢并且不需要定期清洁顺序，例如操作过滤和基于膜的技术所需的清洁顺序。本公开的***和方法还导致由水性组合物的油性残留物或其它有机成分污染设备和膜引起的维护停机时间减少。与基于膜的工艺或热非共沸蒸馏工艺相比，该***和方法也不需要预处理过程来除去硫化氢(H₂S)、油滴或其它有机成分(例如有机酸、醇、酚、溶解的C₁至C₇烃、苯、乙苯、甲苯和二甲苯)。与其它已知的热脱盐工艺相比，本公开的***和方法可以实现降低的能耗和更紧凑的设备。与其它已知的热脱盐工艺相比，本公开的***和方法还可以降低工艺设备的腐蚀速率，因为与其它热脱盐工艺的温度相比，进行杂共沸蒸馏的温度较低。本公开的***和方法被设计用于无氧环境并与加压容器一起使用并且与当前可用的脱盐技术相比可以容易地集成到现有的石油钻探、生产和精炼设施中。然而，根据工艺条件，本公开的***和方法也可以在大气压或真空下操作。本公开的***和方法还可以生产无氧脱盐水，而无需在用于石油生产和精炼工业中的多个应用的整个水处理过程中加入除氧剂的额外步骤。

包含水性组合物和至少一种夹带剂的杂共沸混合物的形成降低水性组合物的沸点温度，与常规的热蒸馏相比，这也降低杂共沸蒸馏过程的蒸馏温度。与常规的热蒸馏相比，杂共沸混合物的蒸馏温度降低可以减少蒸馏所需的能量，并且可以允许使用废热，废热在大多数油气钻探、生产或精炼设施，或其它可再生能源，例如太阳能、风能或其它可再生能源中很容易获得。因此，与非共沸热蒸馏工艺和其它脱盐工艺例如膜工艺、电渗析、离子交换或薄膜蒸发相比，本公开的***和方法可以具有更低的操作成本。本公开的***和方法还可以提供通过每次处理更大量的水性组合物的能力，与当前可用的技术相比，潜在地降低资本支出。

如本公开所使用的，术语“产出水”是指在石油或天然气生产期间通过生产井从地下地层中提取的水流和/或由气油分离厂(GOSP)或其它石油加工设施产生的水流。地下油气储备通常可以包含大量的水以及油和气体。在气体和油提取期间，这种水也作为副产物与气体或油一起被提取并且随后从气体或油中分离。从气体和油中分离出的水可以被称为产出水。然而，产出水还可以包含天然存在于地下地层中的水、注入到地下地层中以迫使地下地层中的油和气体朝着生产井前进的水、从地下地层中提取的其它水或其组合。如前所讨论的，产出水还可以包含来自如GOSP和石油加工设施等石油操作的水流。产出水还可以包含从地下地层中提取的水与一种或多种其它水流的混合物，所述其它水流如用于原油脱盐的淡水、在另一个石油加工设施处产生的工业废水、来自消防水库的水、其它水流或这些的组合。

如在本公开中使用的，术语“蒸馏”可以指基于液体组合物的成分的沸点温度差异从液体组合物分离一种或多种成分的过程。

如在本公开中使用的，术语“共沸物”可以指两种液体组分的混合物，其中所述两种液体组分之间的相对浓度不能通过蒸馏而改变。共沸物的蒸馏产生在液相中具有相同相对浓度的两种组分的气相。

如在本公开中使用的，术语“杂共沸物”可以指其中两种液体组分被认为是不混溶的共沸物，这导致杂共沸混合物是多相液体。如果两种液体组分的混合物产生两相液体，则可以认为两种液体组分是不混溶的。

如在本公开中使用的，术语“盐度”可以指液体中溶解盐的浓度并且在本公开中以克/升(g/L)为单位报道。

如在本公开中使用的，术语“环境温度和压力”通常是指25℃的温度和海平面的大气压(1个大气压＝101.3千帕(kPa))。

现在参照图1，将在***100的上下文中概括地描述用于使水性组合物脱盐的过程。使用图1的***100使水性组合物102脱盐的过程包括通过将水性组合物102与至少一种夹带剂120混合来形成杂共沸混合物122。杂共沸混合物122然后在蒸馏***110中经受杂共沸蒸馏过程。杂共沸混合物122的杂共沸蒸馏可产生多相冷凝物132，其至少包括水相142和富含夹带剂的相144。水相142包括脱盐水，脱盐水可以在脱盐水流146中从冷凝物接收器140中抽出。杂共沸混合物122的杂共沸蒸馏可另外产生蒸馏塔底液体124，与杂共沸混合物122相比，其可以具有增加的盐度(增加的盐浓度)。多相冷凝物132可从蒸馏***110的冷凝器130传送至冷凝物接收器140，其可操作成分离水相142(或水相142的至少一部分)、富含夹带剂的相144(或富含夹带剂的相144的至少一部分)，或来自多相冷凝物132的两者。蒸馏塔底液体124可通入结晶器160。蒸馏塔底液体124可以在结晶器160中结晶，这导致塔底液体124分离成盐产物170和盐水组合物172。现在将更详细地描述用于使水性组合物102脱盐的***和方法。

水性组合物102包括水和至少一种盐。在一些实施方案中，水性组合物102可以具有多种不同的盐，从而在水性组合物102中产生多种离子物质。例如，水性组合物102中的盐可以包括但不限于钙、钠、钾、镁、其它阳离子物质的氯化物、溴化物、氟化物、硫化物、硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐、硝酸盐或亚硝酸盐，或这些的组合。水性组合物102可以包括产出水、来自油脱盐的水流、来自油精炼操作的其它水流、海水、盐水、咸水、咸水地下水、来自蒸馏塔底液体124(随后在本公开中描述)的结晶的盐水组合物172、具有至少一种盐的其它水性组合物，或这些的组合。在一些实施方案中，水性组合物102可以是盐水。如在本公开中使用的，术语“盐水”可以指具有大于或等于1克/升(g/L)的盐度的水，例如3g/L至300g/L的范围内的水。在一些实施方案中，水性组合物102可以是来自烃钻探、生产或精炼操作的产出水。在一些实施方案中，水性组合物102可以是海水或含盐废水。

水性组合物102可以具有足以使水性组合物102不适用于石油钻探、生产或精炼操作，例如钻井流体的制备、油脱盐或其它过程的盐度。水性组合物102可以具有足以使水性组合物102不适合人类学或农业用途的盐度。水性组合物102在环境温度和压力下可以具有大于或等于1g/L、大于或等于10g/L、大于或等于20g/L、大于或等于100g/L，或甚至大于或等于200g/L的盐度。水性组合物102在环境温度和压力下可以具有小于或等于360g/L、小于或等于350g/L、小于或等于300g/L、或甚至小于或等于200g/L的盐度。在一些实施方案中，水性组合物102的盐度可小于盐在水中的溶解度极限。溶解度极限是在环境温度和压力下固体(例如盐)开始沉淀的浓度，盐在水中的浓度为约360g/L。对于更复杂的溶液，例如包含盐、有机物、油残留物和其它成分的产出水，溶解度极限可能为约350g/L。在一些实施方案中，水性组合物102在环境温度和压力下可以具有1g/L至360g/L、1g/L至350g/L、1g/L至300g/L、1g/L至200g/L、10g/L至360g/L、10g/L至350g/L、10g/L至300g/L、20g/L至360g/L、20g/L至350g/L、20g/L至300g/L、200g/L至360g/L、200g/L至350g/L，或甚至200g/L至300g/L的盐度。在一些实施方案中，水性组合物102可以是在环境温度和压力下具有大于或等于200g/L的盐度的更大盐度的水性组合物。或者，在其它实施方案中，水性组合物102可以是在环境温度和压力下具有小于200g/L的盐度的较低盐度的水性组合物。

水性组合物102的盐度可以导致水性组合物102在大气压下具有大于100摄氏度(℃)的沸点温度。水性组合物102的沸点温度可以大于101℃、大于102℃或甚至大于或等于105℃。通常，水性组合物102的沸点温度随着盐度的增加而增加。

水性组合物102还可以包括有机化合物，例如游离油和烃气、溶解的烃(例如溶解的C₁至C₇烃)、其它溶解的有机化合物，例如酚类化合物、有机酸、醇、苯、乙苯、甲苯、二甲苯、其它有机化合物或这些的组合。基于水性组合物102的总重量，水性组合物102可以具有大于0.1重量百分比(重量％)的油含量。在一些实施方案中，水性组合物102可以具有至多或大于1重量％的油。油可以以悬浮在水性组合物中的油滴的形式存在于水性组合物102中。可存在于水性组合物102中的其它有机化合物可以包括但不限于酚类化合物、烷烃、烯烃、有机酸、醇、蜡、沥青质、芳族化合物或这些的组合。

一些水性组合物102，例如包含产出水的水性组合物102，可以包括无机污染物，例如溶解的矿物质、金属和阴离子物质。可能存在于产出水中的无机污染物可以包含但不限于铝、钙、镁、砷、镉、铬、铜、铁、铅、锰、镍、钾、钠、硒、锌、钡、锂、硫、锶、钛、钒、其它金属或无机污染物或其组合。水性组合物102还可包括来自油田化学品配方的水溶性聚合物，例如破乳剂、水合物抑制剂、钻井液、隔离液或其他化学品。这些水溶性聚合物的实例可以包含但不限于来自破乳剂组成的聚氧化乙烯、发现于水合物抑制剂中的聚酰胺、钻井流体中使用的黄原胶(XC)聚合物、其它水溶性聚合物或聚合物的组合。

如前所述，水性组合物102与至少一种夹带剂120组合以形成与没有夹带剂120的水性组合物102的沸点相比具有较低沸点温度的杂共沸混合物122。在一些情况下，只有一部分水性组合物102可以与夹带剂120组合以形成杂共沸混合物122，例如当水性组合物102的盐度大于200g/mL并且一部分盐在形成杂共沸混合物122前从水性组合物102中除去时。夹带剂120(或多种夹带剂)与水性组合物102的水形成共沸物。不打算受任何特定理论的束缚，据信水性组合物102的水分子与夹带剂120的分子相互作用以形成复合物，其表现出不同的物理和化学特性。如果水分子和夹带剂之间的相互作用很强，那么共沸物就会形成均匀的混合物。当水分子和夹带剂分子之间的相互作用较弱时，可能形成其中气相与两个单独的液相(水相和夹带剂相)共存的杂共沸物。

参照图2，描绘1-丁醇和水的二元混合物在环境压力下的相平衡图。图2的相平衡图图示描绘沸点曲线1002，沸点曲线是作为液体中的水的质量分数(x轴)的函数的沸点温度(y轴)；和露点曲线1004，露点曲线是作为气相中的水的质量分数(x轴)的函数露点温度(y轴)。在共沸点1006处，沸点温度和露点温度收敛，并且气相的组成与液相的组成相同。在共沸组合物和温度下，组合物(1-丁醇和水的混合物)在恒温下沸腾以产生与液相具有相同相对组成的气相。当混合物中水的质量分数小于共沸物组成时，在共沸物组成下，气相可以具有比气相更高的1-丁醇浓度。因此，1-丁醇可以以比水更大的速率转变为气相，从而增加混合物中水的质量分数。混合物中水的质量分数可能会增加，直到混合物的组成达到共沸点1006，此时气相的组成与液相的组成相同，这导致沸点温度和液相的组成保持不变。

图2还描绘水和1-丁醇之间的不混溶范围1008。在不混溶范围1008内的组成下，1-丁醇和水的混合物形成两相液体。如图2所示，1-丁醇和水的混合物的共沸点1006具有在1-丁醇和水的不混溶范围内的共沸组成。因此，1-丁醇和水可以形成包括多相液体的杂共沸混合物。

对于不同质量分数的水具有杂共沸物的沸点温度的该共沸点1006是杂共沸混合物122的物理属性。在给定压力下，每个杂共沸组合可以具有共沸点1006，其特征在于杂共沸物沸点温度和杂共沸物组成，杂共沸物组成可表示为气相或液相中一种或多种成分的质量分数。现在参照图3，杂共沸物组成(气相中的水的质量分数)(y轴)和杂共沸物沸点温度(x轴)针对与水和多个不同的二元杂共沸物对形成的不同夹带剂化合物的图示描绘。如图3所示，与具有较低杂共沸物沸点的杂共沸物相比，具有较高杂共沸物沸点温度的杂共沸物通常具有含有较高浓度水的杂共沸物组成。如图3所示，用于形成杂共沸混合物122的夹带剂的选择可能通过将蒸馏温度固定在恒定的杂共沸混合物来影响本公开的脱盐工艺的能量消耗，并且还可能通过设定由蒸馏产生的气相中的水浓度影响脱盐水的产率。

夹带剂120可以是当与水性组合物102组合时能够形成杂共沸混合物的有机化合物。夹带剂120可以具有低于水性组合物102的沸点温度的夹带剂沸点温度。例如，夹带剂120可以具有小于或等于120℃、小于或等于100℃、小于或等于90℃、小于或等于80℃、或甚至低于或等于70℃的夹带剂沸点温度。适用于形成杂共沸混合物122的夹带剂120可被认为与水不混溶。例如，夹带剂120在水中的溶解度可小于每100克水20克(g/100g水)，例如小于10g/100g水。甚至在25℃和大气压下低于1g/100g水。在一些实施方案中，夹带剂120在水中的溶解度可为7×10^-3g/100g水至20g/100g水、7×10^-3g/100g水至10g/100g水、7x10^-3g/100g水至1g/100g水，0.01g/100g水至20g/100g/100g水，0.01g/100g水至10g/100g水，或0.01g/100g水至1g/100g水，溶解度是在25℃和大气压下测量的。可选择夹带剂120以与水性组合物102形成共沸物，其中在共沸沸点温度和蒸馏***110的操作压力下的共沸物组合物在夹带剂120和水性组合物102的混合物的不混溶范围内。

当与水性组合物102组合时，夹带剂120可以是化学稳定的。如在本公开中使用的，术语“化学稳定”是指夹带剂在与水性组合物102的一种或多种成分接触时不经历化学反应以形成另一种物质。夹带剂120与水和水性组合物102的其它成分的反应性可降低或可忽略不计。夹带剂120与水或水性组合物102的其它成分的反应可以导致夹带剂120的损失，由于通过有毒化合物或在油气加工环境中有害的化合物的反应或产生而消耗夹带剂120。夹带剂120可以不包括剧毒或与油气环境不相容的化合物，例如与酸性气体或水性组合物102中的原油液滴发生副反应的化合物。夹带剂120可以不包括含卤素化合物、胺、腈、缩醛、醛、乙烯基醚或这些的组合。在一些实施方案中，夹带剂120可基本上不含含卤素化合物、胺、腈、缩醛、醛、乙烯基醚或这些的组合。如在本公开中使用的，术语“基本上不含”组分是指在组合物、反应器、容器或流中的小于1重量％的该组分。例如，基本上不含卤素、胺、腈、乙缩醛、醛、乙烯基醚或它们的组合的夹带剂120可以具有基于夹带剂120的总重量小于1重量％的卤素、胺、腈、缩醛、醛、乙烯基醚，或这些组合。

夹带剂可以不包括卤素化合物(含有卤素原子的化合物)，因为卤素在酸性或碱性条件下在水的存在下可能分解成醇。水性组合物102可以包含硫化氢，硫化氢可将含卤素的夹带剂分解成硫醇或硫醚。含有胺的夹带剂可容易地与水性组合物102中溶解的二氧化碳和硫化氢反应以形成铵盐或氨基甲酸盐，其然后将溶解在水性组合物102的盐水中。含有腈的夹带剂可能会通过释放痕量的剧毒氰酸进行热分解，或通过与硫化氢反应生成硫代酰胺进行化学分解。含有缩醛的夹带剂可能会分解成相应的醛和醇。在水中存在氧的情况下，醛随后可分解为酸或可溶于水的醛水合物，也称为偕二醇(gem-diol)。因此，使用含有乙缩醛或醛的夹带剂会导致夹带剂通过副反应和在水中的溶解度以及可能将游离氧引入各种流中而损失。含有乙烯基醚的夹带剂可能会随着水中残留的酸度而水解成相应的醛和醇(或酸)。因此，包含卤素、胺、腈、乙烯基醚、乙缩醛、醛或这些官能团的组合的夹带剂可能不适合在本公开的用于使水性组合物102脱盐的方法和工艺中用作夹带剂。

夹带剂120可以包括一种或多于一种选自烷烃、烯烃、芳烃、酯、醇、硫醇、二硫化物、硫化物、醚、酮、硝基或这些的组合的化学官能团。夹带剂120可以选自2-甲基-1,3-丁二烯；戊烷；2-甲基-2-丁烯；亚甲基环丁烷；二硫化碳；1-己烯；甲酸乙酯；4-甲基-2-戊烯；3-甲基-3-丁烯-1-醇；己烷；异丙醚；顺-1-丁烯基乙基醚；1-丁烯基甲基醚；苯；环己烷；乙酸乙酯；环己烯；丙酸甲酯；甲酸丙酯；乙酸异丙酯；乙基丁基醚；乙酸异丙酯；丁基乙基醚；1-庚烯；2,5-二甲基呋喃；2,2,4-三甲基戊烷；庚烷；甲酸异丁酯；甲基异丙烯基酮；二异丁烯；乙酸丙酯；3-戊酮；乙酸烯丙酯；硝基乙烷；2,6-二甲基-4-庚醇；甲苯；1,2-丙二醇二乙酸酯；丁基异丙烯基醚；2-甲基-2-丁醇；甲基异丁基酮；乙酸异丁酯；乙酸2-甲基丙酯；环丙基甲基酮；丙酸丙酯；辛烷；异丁醇；2-戊醇或这些夹带剂的组合。表1提供包含水和前面列举的每种夹带剂化合物的杂共沸混合物的共沸沸点温度、共沸压力和气相中的水的质量分数。夹带剂化合物以及杂共沸混合物的沸点温度和杂共沸蒸气中水的质量分数在表1中提供。

表1：示例性夹带剂化合物的杂共沸物沸点温度和蒸气中水的质量分数

如表1所示，杂共沸蒸气中的水的质量分数随着杂共沸物沸点的升高而增加。

杂共沸混合物122可以包含水性组合物102和一种或多种夹带剂120，由其组成或基本上由其组成。杂共沸混合物122可以包括足以与水性组合物102形成杂共沸混合物的量的夹带剂120。杂共沸混合物122基于杂共沸混合物122的总体积可以具有10体积％(volumepercent)(体积％(vol.％))至95体积％、10体积％至80体积％、40体积％至95体积％、40体积％至80体积％、60体积％至95体积％、或60体积％至80体积％的水性组合物102。水性组合物102与夹带剂120的体积比可定义为杂共沸混合物122中水性组合物102的体积百分比除以杂共沸混合物122中所有夹带剂120的总体积百分比。杂共沸混合物122可以具有足以形成杂共沸混合物的水性组合物102与夹带剂120的体积比。例如，杂共沸混合物122可以具有0.2至9.0、0.2至4.0、0.2至1.5、0.2至1.0、0.2至0.8、0.2至0.6、0.4至9.0、0.4至4.0、0.4至1.5、0.4至1.0、0.4至0.8、0.4至0.6、0.6至9.0、0.6至4.0、0.6至1.5、0.6至1.0、0.6至0.8、0.8至9.0、0.8至4.0、0.8至1.5、0.8至1.0、1.0至9.0、1.0至4.0、1.0至1.5、1.5至9.0或1.5至4.0的水性组合物102与夹带剂120的体积比。

如前所述，杂共沸混合物122的杂共沸物沸点温度是在给定压力下的物理常数，并且将蒸馏***110中的操作蒸馏温度设定在操作蒸馏压力下。如在本公开中使用的，操作蒸馏压力是指在蒸馏***110操作期间蒸馏***110中的压力。杂共沸混合物122可以具有低于水性组合物102在蒸馏***110的操作蒸馏压力下的沸点温度的杂共沸物沸点温度。在操作蒸馏压力下具有低于水性组合物102的沸点温度的杂共沸物沸点温度的杂共沸混合物122可以使杂共沸混合物122的蒸馏能够以比使水性组合物102经受常规的热蒸馏相比能量更少的方式进行。在一些实施方案中，杂共沸混合物122在操作蒸馏压力下的杂共沸物沸点温度可低于水性组合物102的沸点温度和夹带剂120在操作蒸馏压力下的沸点温度。在一些实施方案中，杂共沸混合物122在等于海平面大气压力(101.325千帕(kPa))的操作蒸馏压力下可以具有小于或等于100℃，例如小于或等于95℃，小于或等于90℃，小于或等于85℃，甚至小于或等于80℃的杂共沸物沸点温度。例如，杂共沸混合物122在101.325kPa的操作蒸馏压力下可以具有40℃至100℃、50℃至95℃、50℃至90℃、50℃至85℃、50℃至80℃、60℃至95℃、60℃至90℃、60℃至85℃或60℃至80℃的杂共沸物沸点温度。杂共沸物的沸点温度可以随着压力的增加，例如操作蒸馏压力的增加而增加。此外，增加压力还可以改变杂共沸混合物122中的水与夹带剂的比率。例如，增加压力可以导致杂共沸组合物中的杂共沸物中的水的体积百分比(以及摩尔百分比和质量百分比)增加。因此，增加操作蒸馏压力可以增加在杂共沸混合物122的蒸馏过程中气相中脱盐水的比率。

杂共沸混合物122可以是三元杂共沸混合物，其中水性组合物102与两种夹带剂例如第一夹带剂和第二夹带剂组合。三元杂共沸混合物的形成可以使蒸馏***110中的蒸馏温度能够进一步调节至介于第一杂共沸物沸点温度和第二杂共沸物沸点温度之间的温度。第一杂共沸物沸点是包含水性组合物102和第一夹带剂且第二夹带剂的浓度等于0的第一杂共沸物的杂共沸物沸点温度，并且第二杂共沸物沸点温度是包含水性组合物102和第二夹带剂且第一夹带剂的浓度等于0的第二杂共沸物的杂共沸物沸点温度。可以通过增加或降低第一夹带剂、第二夹带剂或两者的浓度来增加或降低包括三元共沸物的杂共沸混合物的沸点温度。在一些情况下，杂共沸混合物122可以是包括2、3、4或多于4种夹带剂的多杂共沸混合物。

参照图4A和4B，由水、苯和甲苯形成的三元杂共沸物的三元相平衡图。三元相平衡图使用Aspen Plus v9建模软件生成。图4A表示在1巴(100千帕(kPa)，其中1巴等于100kPa)压力下的三元相平衡，并且图4B表示在3.5巴(350kPa)压力下的三元相平衡。参照图4A，在1巴下，包含水和苯的第一杂共沸物的第一杂共沸物沸点温度出现在图4A中的点1022处的68.66℃，并且包含水和甲苯的第二杂共沸混合物的第二杂共沸物沸点出现在点1024处的83.81℃。包括水、甲苯和苯的三元杂共沸物的形成可以允许在第一杂共沸物沸点温度(68.66℃)和第二杂共沸物沸点温度(83.81℃)之间的范围内调节沸点温度。在图4A中在点1022和点1024之间的曲线代表具有介于第一杂共沸物沸点温度和第二杂共沸物沸点温度之间的三元杂共沸物沸点温度的三元杂共沸物组合物的范围。因此，使用包括水、苯和甲苯的三元杂共沸物可使蒸馏***110的蒸馏温度在100kPa的压力下在68.66℃至83.81℃的范围内变化。

增加压力可以导致杂共沸混合物122的杂共沸物沸点温度增加并且还可略微改变杂共沸混合物的组成。参照图4B，描绘水、甲苯和苯混合物在350kPa下的三元相平衡图。如图4B所示，对于水、甲苯和苯三元杂共沸混合物，增加压力将1032点的第一杂共沸混合物的沸点温度提高到106.78℃，将1034点的第二杂共沸混合物的沸点温度提高到121.28℃。因此，水/苯/甲苯三元混合物的杂共沸物沸点温度范围随着250kPa的增加而增加约40℃(比较图4A和4B)。此外，压力的增加将三元杂共沸组合物的范围(线1020和1030)移向更大摩尔浓度的水。对于图4A和4B的水/苯/甲苯三元杂共沸混合物，响应于250kPa的压力增加，三元杂共沸物的组成在水中增加5摩尔百分比(摩尔％)并且在苯中减少约10摩尔％。因此，图4A和图4B表明增加压力可以增加三元杂共沸物中水的比率，从而增加气相中的水量。然而，增加压力也增加三元杂共沸物沸点温度，这可以增加输入到蒸馏***110的能量。

如图5所示，水与作为夹带剂的苯和正戊烷组合也可以形成三元杂共沸物。在3.5巴(350kPa)下，包含水和正戊烷的第一杂共沸物的第一杂共沸物沸点温度出现在图5中的点1042处的73.43℃，并且包含水和苯的第二杂共沸物的第二杂共沸物沸点温度出现在点1044处的106.78℃。在图5中，点1042和点1044之间的线1040代表水、苯和正戊烷的三元杂共沸组合物的范围，其三元杂共沸物沸点温度在第一杂共沸物沸点温度和第二杂共沸物沸点温度之间。对于由水、苯和正戊烷形成的三元杂共沸混合物，蒸馏温度可以在350kPa下在73.43℃至106.78℃的范围内变化。

如图6所示，三元杂共沸物可由水与作为夹带剂的甲苯和正戊烷的组合形成。在3.5巴(350kPa)下，包含水和正戊烷的第一杂共沸混合物的第一杂共沸物沸点温度出现在图6中的点1052处的72.41℃，并且包含水和甲苯的第二杂共沸物的第二杂共沸物沸点温度出现在点1054处的120.32℃。在图6中，点1052和点1054之间的线1050代表水、甲苯和正戊烷的三元杂共沸组合物的范围，其三元杂共沸物沸点在第一杂共沸物沸点温度和第二杂共沸物沸点温度之间。对于由水、甲苯和正戊烷形成的三元杂共沸混合物，蒸馏温度可以在350kPa下在72.41℃至120.32℃的范围内变化。尽管关于水/苯/甲苯、水/苯/正戊烷和水/甲苯/正戊烷三元杂共沸物进行描述，但应当理解，夹带剂的其它组合可提供具有水性组合物的三元杂共沸物并且本公开不旨在限于具体列举的特定三元杂共沸组合。

杂共沸混合物122可以通过将水性组合物102与夹带剂120混合来形成。在一些实施方案中，水性组合物102可以与夹带剂120组合以在蒸馏***110中形成杂共沸混合物122。如图1所示，水性组合物102可以在蒸馏***110的蒸馏容器112中与夹带剂120组合。如图1所示，蒸馏***110的蒸馏容器112可以包括水性组合物入口126和补充夹带剂入口128。水性组合物102可以通过水性组合物入口126供应到蒸馏容器112。夹带剂120也可以通过夹带剂再循环流148提供到蒸馏容器112，其从冷凝物接收器140再循环夹带剂120，另外的补充夹带剂121从补充夹带剂入口128加入。杂共沸混合物122可以是蒸馏***的蒸馏容器112中的多相混合物。可替代或另外地，水性组合物102和夹带剂120可以在蒸馏***110的上游，例如在预混合容器(未示出)或其它初步过程，例如进料流结晶器312中组合以形成杂共沸混合物122，其将在本公开内容中随后参照图10进行描述。

再次参照图1，可以通过蒸馏***110中的杂共沸蒸馏将脱盐水与杂共沸混合物122分离。杂共沸混合物122可以在蒸馏***110中蒸馏，这导致杂共沸混合物122分离成多相冷凝物132和蒸馏塔底液体124。如前所述，杂共沸混合物122可以具有杂共沸物沸点温度，该温度是基于杂共沸混合物122的组成的给定压力下的固定物理常数，例如夹带剂120的类型三元杂共沸物的使用或组分比率。杂共沸混合物122可以在等于在操作蒸馏压力下杂共沸混合物122的杂共沸物沸点温度的蒸馏温度下蒸馏。杂共沸混合物122可以在蒸馏***110的操作蒸馏压力下在小于或等于水性组合物102(不具有夹带剂)的沸点温度的蒸馏温度下蒸馏。杂共沸混合物122可以在操作蒸馏压力下在小于或等于100℃、小于或等于95℃、小于或等于90℃、小于或等于85℃，或甚至小于或等于80℃的蒸馏温度下蒸馏。在一些实施方案中，杂共沸混合物122可以在操作蒸馏压力下在40℃至100℃、50℃至95℃、50℃至90℃、50℃至85℃、50℃至80℃、60℃至95℃、60℃至90℃、60℃至85℃或60℃至80℃的蒸馏温度下进行杂共沸蒸馏。蒸馏温度可根据蒸馏***110的操作蒸馏压力而变化。

杂共沸混合物122的蒸馏可以在足以用于油气工业的操作蒸馏压力下进行。对杂共沸混合物122蒸馏的操作蒸馏压力可以是100kPa(1巴)至1000kPa(10巴)，或350kPa(3.5巴)至1000kPa(10巴)。可调节操作蒸馏压力以增加或降低杂共沸混合物122的杂共沸物沸点温度和杂共沸物组成。例如，可以通过增加或降低蒸馏***110的操作蒸馏压力来增加或降低蒸馏温度。增加或降低操作蒸馏压力也可以改变杂共沸混合物122的杂共沸物组成，例如改变气相中的水的质量分数。如关于图4B所讨论，增加操作蒸馏压力可以增加杂共沸物的沸点温度并且还可以增加蒸馏过程中气相中的水的质量分数。还可以通过选择夹带剂120来提高或降低蒸馏温度。

用于对杂共沸混合物122进行杂共沸蒸馏的蒸馏***110可以包括蒸馏容器112、与蒸馏容器112热连通的热源116和与蒸馏容器112的蒸气空间114流体连通的冷凝器130。蒸馏容器112可以是能够承受蒸馏***110的操作范围内的操作蒸馏压力，例如100kPa至1000kPa的操作蒸馏压力的压力容器。在一些方面，蒸馏容器112可以是流体联接到冷凝器130的闪蒸罐。在一些方面，蒸馏容器112可以包括除雾器(未示出)。除雾器可用于减少或防止可以包括盐和其它污染物的液体杂共沸混合物122的液滴通过蒸馏***110传播到冷凝器130以减少或防止盐和其它污染物通过到冷凝物接收器140中并可能污染所产生的脱盐水。

参照图7，蒸馏***110可以包括蒸馏容器112和至少一个与蒸馏容器112的蒸气空间114流体连通的短程蒸馏塔190。蒸馏容器112可以具有容器长度L，容器长度L可以是在图7的坐标轴的+/-X方向上测量的距离；容器高度H_V，容器高度H_V可以是在图7的坐标轴的+/-Z方向上测量的蒸馏容器112的尺寸。在一些实施方案中，蒸馏容器112的形状可以是圆柱形的，使得容器高度H_V可以是蒸馏容器112的直径。蒸馏容器112可以具有定义为容器长度L除以容器高度H_V的纵横比。蒸馏容器112可以具有2至5、2至4.5、2至4、2至3.5、2.5至5、2.5至4.5、2.5至4，或甚至2.5至3.5的纵横比L/H_V。

如前所述，蒸馏***110可以包括至少一个与蒸馏容器112的蒸气空间114流体连通的短程蒸馏塔190。蒸馏***110可以包括单个短程蒸馏塔190。尽管在图1中示意性描绘。如图7所示，由于具有单个短程蒸馏塔190，蒸馏***110还可以包括并联布置的多个短程蒸馏塔190，其中每个短程蒸馏塔190可以与蒸馏容器112的蒸气空间114流体连通。例如，蒸馏***110可以包括与蒸馏容器112流体连通的2、3、4或多于4个短程蒸馏塔190。

每个短程蒸馏塔190可以具有1至5，例如1至4、1至3、2至5、2至4、2至3、3至5，或3至4个理论级数。短程蒸馏可用于在升高的温度和降低的压力下蒸馏热不稳定化合物或纯化非常少量的化学品。短程蒸馏的特征在于与常规蒸馏相比，馏出物在冷凝器130处冷凝前必须行进的距离减小。换句话说，与常规蒸馏过程相比，短程蒸馏塔190可以具有的杂共沸混合物122的沸腾和在冷凝器130处的气相冷凝之间的减小距离。减少液体的沸腾和杂共沸气相的冷凝之间的距离可以减少与将杂共沸气相从蒸馏容器112转移到冷凝器130相关的能量负荷。

假设冷凝器130位于短程蒸馏塔190的顶部192，冷凝前馏出物行进的距离可以用短程比(H_L:H_T)来描述，短程比可以定义为从蒸馏容器112的底部113的汽-液界面118的高度(H_L)与短程蒸馏塔190的总高度(H_T)的比率，总高度在蒸馏容器112的底部113和蒸馏塔190的顶部192之间测量。短程蒸馏塔190可以具有足以降低与将气相转移至冷凝器130和进入冷凝物接收器140(图1)相关联的能量的短程比。在一些实施方案中，短程蒸馏塔190可以具有0.2至0.5、0.2至0.45、0.2至0.4、0.25至0.5、0.25至0.45、0.25至0.4、0.3至0.5、0.3至0.45或0.3至0.4的短程比(H_L/H_T)。

如前所述，蒸馏***110的蒸馏容器112可以与热源116(图1)热连通。热源116可以包括来自石油钻探、生产或精炼操作的废热。在石油钻探、生产和精炼操作中，废热可以容易地获得并且可以提供用于加热蒸馏***110中的杂共沸混合物122的成本降低的能源。另外或替代地，热源116可以包括热泵以进一步将热源116的温度升高到足以将杂共沸混合物122加热到杂共沸物沸点温度的温度。热源116还可以包括来自其它成本降低的热源的热量，例如太阳能或地热。例如，在一些实施方案中，本公开的用于使水流脱盐的方法可用于在远离任何石油钻探、生产或精炼设施的位置处使海水脱盐。在这些实施方案中，太阳能或地热热源可用于向蒸馏***110提供热量。

如图7所示，冷凝器130可以与短程蒸馏塔190流体连通。冷凝器130可被冷却以降低杂共沸蒸气的温度，这可以导致杂共沸蒸气冷凝。冷凝器130可以与冷凝器热交换器134热连通，该冷凝器热交换器134可操作以向冷凝器130提供冷却流体136。冷凝器热交换器134可以被配置为从冷凝器130返回的冷却流体中回收热量。冷凝器130可以通过使冷却水例如市政用水、井水、海水、进入的水性组合物102或其它工艺水通过冷凝器130来冷却。在冷凝器130中，杂共沸蒸气可以被冷却以冷凝杂共沸蒸气以产生多相冷凝物132。冷凝器130可以将杂共沸蒸气冷却到小于或等于杂共沸混合物122的杂共沸物沸点的温度。

虽然图7未示出，冷凝物接收器140(图1)可以与冷凝器130流体连通并且可以被配置为从冷凝器130接收多相冷凝物132。参照图8A-8D，许多构造或配置可用于相对于短程蒸馏塔190定位冷凝器130和冷凝物接收器140。参照图8A，冷凝器130可以布置在短程蒸馏塔190的最上部194的内部，其可以是短程蒸馏塔190靠近顶部192的端部。在这些配置中，冷凝物接收器140可位于短程蒸馏塔190内并直接位于冷凝器130下方。在操作中，杂共沸蒸气可以被冷凝器130冷凝并且多相冷凝物132可以向下流动(在图8A的坐标轴的-Z方向上)到冷凝物接收器140。多相冷凝物132的水相142可以收集在冷凝物接收器140的底部，并且包括脱盐水的水相142的至少一部分可以通过脱盐水流146从冷凝物接收器140中除去。在图8A中，冷凝物接收器140可以是开顶的或可以具有一个或多个堰，使得水相142顶部的富含夹带剂的相144可以溢出冷凝物接收器140以回流回到短程蒸馏塔190。

现在参照图8B，冷凝器130可以从短程蒸馏塔190的最上部194以一定角度向上延伸。在这些配置中，冷凝物接收器140可以位于短程蒸馏塔190的外部并且与冷凝器130的最下端138流体连通，使得多相冷凝物132沿着冷凝器130的壁向下流动并收集在冷凝物接收器140中。冷凝器130的最下端138可靠近短程蒸馏塔190。如图8B所示，一部分水相142可以在脱盐水流146中从冷凝物接收器140中除去。至少一部分富含夹带剂的相144可以通过夹带剂再循环流148回流回到短程蒸馏塔190。在一些情况下，所有富含夹带剂的相144可回流回到短程蒸馏塔190。

参照图8C，冷凝器130可以从短程蒸馏塔190的最上部194以一定角度向下延伸。在这些配置中，冷凝器130的最下端138可远离短程蒸馏塔190定位。冷凝物接收器140可以位于短程蒸馏塔190的外部并且与冷凝器130的最下端138流体连通，使得多相冷凝物132沿着冷凝器130的壁向下流动并收集在冷凝水接收器140中。如图8C所示，水相142可以在脱盐水流146中从冷凝物接收器140中除去。至少一部分富含夹带剂的相144可以通过夹带剂再循环流148回流回到短程蒸馏塔190。

现在参照图8D，冷凝器130和冷凝物接收器140可以集成到单个冷凝器容器198中，该冷凝器容器198通过通道199与短程蒸馏塔190的最上部194流体连接。冷凝器130可以布置在冷凝器容器198内并且位于通道199上方(在图8D的坐标轴的+Z方向上)，并且冷凝物接收器140可以位于通道199下方(在图8D的坐标轴的-Z方向上)。通道199可以直接从短程蒸馏塔190延伸到冷凝器容器198并且可以具有小于1米(m)，例如小于0.5m、小于0.4m、小于0.3m、小于0.2m，小于0.1m，或甚至小于0.05m的长度。如图8D所示，水相142可以在脱盐水流146中从冷凝物接收器140中除去。通过从冷凝物接收器140溢流到通道199中、流过通道199并返回到短程蒸馏中，至少一部分富含夹带剂的相144可以回流回到短程蒸馏塔190。本公开预期冷凝器130和冷凝物接收器140的其它构造和配置。

再次参照图1，冷凝器130可将杂共沸物蒸气冷凝成多相冷凝物132。多相冷凝物132可收集在冷凝物接收器140中，其中多相冷凝物132可分离成至少两个不同的相，其至少包括水相142和富含夹带剂的相144。水相142可以包括脱盐水。水相142中的脱盐水可以具有基于水相142的总体积小于1g/L，例如基于水相142的总体积小于0.5g/L、小于0.1g/L、小于0.01g/L，或甚至小于0.001g/L的盐度。在一些实施方案中，水相142中的脱盐水可以不含盐。水相142可以包括一些有机化合物，例如少量(小于5重量％)的夹带剂或来自水性组合物102的其它有机化合物，它们在冷凝器130中冷凝并且可至少部分溶于水相142。例如，基于水相142的总重量，水相142可以具有小于20重量％、小于10重量％或甚至小于1重量％的有机化合物。

富含夹带剂的相144可以包括在冷凝器130中冷凝的夹带剂120。富含夹带剂的相144还可以包括来自水性组合物102的在冷凝器130中冷凝的小浓度的其它有机化合物。水相142和富含夹带剂的相144可以是不混溶的，使得它们在冷凝物接收器140中分离成至少两个不同的液相。在一些实施方案中，水相142可以具有比富含夹带剂的相144更大的密度，这可以导致水相142沉到冷凝物接收器140的底部，而富含夹带剂的相144则浮在水相142的顶部。虽然图1显示水相142具有比富含夹带剂的相144更大的密度，在一些实施方案中，富含夹带剂的相144可以具有比水相142更大的密度并且可以沉降到冷凝物接收器140的底部，其中水相142漂浮在富含夹带剂的相144的顶部。富含夹带剂的相144相对于水相142的密度可取决于被引入以形成杂共沸混合物122的夹带剂120的密度。

再次参照图1，如前所讨论，冷凝物接收器140可以包括分离***以将水相142和富含夹带剂的相144与多相冷凝物132分离。水相142、富含夹带剂的相144或两者可以与多相冷凝物132分离。例如，可以通过将水相142的至少一部分作为脱盐水流146从冷凝物接收器140中取出而将水相142与多相冷凝物132分离。富含夹带剂的相144可通过从冷凝物接收器中取出至少一部分富含夹带剂的相144作为夹带剂再循环流148而与多相冷凝物132分离。在一些实施方案中，水相142、富含夹带剂的相144或两者可通过倾析与多相冷凝物132分离。也可以使用其它分离方法从多相冷凝物132中分离水相142或富含夹带剂的相144。

分离***可以包括液位控制***152，液位控制***可操作以控制冷凝物接收器140中的水相142、富含夹带剂的相144或两者的液位。液位控制***152可以包括液位传感器(未示出)和一个或多个控制阀(未示出)以控制脱盐水流146、夹带剂再循环流148或两者的流速以维持液相的液位在冷凝物接收器140内。水平控制***152可操作以控制冷凝物接收器140中的水相142的液位，以便在水相142的顶部保持富含夹带剂的相144的薄层。替代地或另外地，液位控制***152可以可操作以控制水相142从冷凝物接收器140中的多相冷凝物132中的取出速率。冷凝物接收器140还可以包括用于从冷凝物接收器140排出解吸气体150的排气口或蒸气出口。

仍然参照图1，水相142可以通过脱盐水流146从冷凝物接收器140中取出。脱盐水流146的脱盐水可以在没有任何进一步处理或纯化的情况下被引导至其它过程。例如，脱盐水流146的脱盐水可用作洗涤水，用于将原油脱盐而无需任何进一步处理。

脱盐水流146可以在冷凝物接收器140下游进行进一步的水处理过程以从脱盐水流146中除去有机材料和其它污染物。如图1所示，脱盐水流146可被传送至水处理过程180，该过程可操作以从脱盐水流146中除去一种或多于一种污染物以产生净化的脱盐水182。水处理过程180可以包括但不限于反渗透、活性炭或其它吸附剂吸附、化学处理、纳米过滤、其它水处理过程或这些处理过程的组合。在一些实施方案中，用于使水性组合物脱盐的方法可以包括使脱盐水流146与活性炭接触。水处理过程180可以从脱盐水流146中除去有机化合物以净化和精制脱盐水流146以产生纯化的脱盐水182。来自水处理过程180的净化的脱盐水182可以适合人类学或农业用途，例如通过满足人类学或农业用途的水纯度标准。

如前所述，富含夹带剂的相144可以循环回到蒸馏***110以提供杂共沸混合物122的至少一部分夹带剂。富含夹带剂的相144可通过夹带剂循环流148循环回到蒸馏***110。富含夹带剂的相144可以作为夹带剂再循环流148从冷凝物接收器140中取出。夹带剂再循环流148可以回流回到蒸馏***110的短程蒸馏塔190，如图8A–8D所示。可替代或另外地，可将夹带剂再循环流148的全部或部分送回到蒸馏***110的蒸馏容器112或蒸馏容器112上游的预混罐(未示出)以与水性组合物102组合以形成杂共沸混合物122，如图1所示。

来自多相冷凝物132的一些夹带剂可能通过脱盐水流146从***100损失，或从用于除去解吸气体或沸点温度低于杂共沸混合物122的杂共沸物沸点温度的其它有机化合物的排气口150损失。虽然可以认为夹带剂与水不混溶，但夹带剂在水中的溶解度可能很低，这可能导致少量(小于20g/100g水、小于10g/100g水，或甚至小于1g/100g水)的夹带剂存在于水相142中。因此，这些少量的夹带剂120可能会通过从***100排出的脱盐水流146从***100损失。少量夹带剂120也可以通过蒸馏塔底液体124排出***100，这将在本公开内容中随后进行描述。为了补充，蒸馏***110可以包括补充夹带剂流121，其可操作以将夹带剂120引入蒸馏容器112以补充通过脱盐水流146或蒸馏塔底液体124损失的夹带剂。

再次参照图1，蒸馏***110还可以产生蒸馏塔底液体124，其可以包括水和盐的混合物并且可以具有大于水性组合物102的盐度的盐度。蒸馏塔底液体124还可以包括有机化合物，例如溶解在蒸馏容器112中的102中的夹带剂120的小部分、油滴、来自水性组合物102的有机污染物、其它有机化合物或这些的组合。蒸馏塔底液体124还可以包括悬浮固体，例如沙或铁锈颗粒，以及来自水性组合物102的无机污染物，这些在本公开前已经描述。蒸馏塔底液体124可以具有大于或等于30g/L，例如大于或等于50g/L、大于或等于100g/L、大于或等于150g/L或甚至大于或等于200g/L的盐度。在一些实施方案中，蒸馏塔底液体124可以具有30g/L至500g/L、50g/L至500g/L、50g/L至400g/L、50g/L至300g/L、100g/L至500g/L、100g/L至400g/L、100g/L至300g/L、150g/L至500g/L、150g/L至400g/L、200g/L至500g/L、200g/L至400g/L、或200g/L至300g/L的盐度。

再次参照图1，蒸馏塔底液体124可以从蒸馏***110的蒸馏容器112中取出。蒸馏塔底液体124可以在蒸馏***110的下游进一步处理。蒸馏塔底液体124可通入结晶过程160，该过程可操作以从蒸馏塔底液体124中分离盐的至少一部分以产生盐产物170和盐度低于蒸馏塔底液体124的盐水组合物172。例如，当蒸馏塔底液体124的盐度大于150g/L或甚至大于或等于200g/L时，可将蒸馏塔底液体124通入结晶过程160以从蒸馏塔底液体124分离盐以降低蒸馏塔底液体124的盐度。当蒸馏塔底液体124具有较小的盐度，例如小于200g/L或小于150g/L的盐度时，蒸馏塔底液体124可以在不在结晶过程160中处理的情况下排出***100。在一些实施方案中，蒸馏塔底液体124可通过热交换器或热泵以在将蒸馏塔底液体124传送至结晶过程160前从蒸馏塔底液体124除去热量。

结晶过程160可以是冷却效应结晶过程，其中通过降低蒸馏塔底液体124的温度以降低盐在蒸馏塔底液体124中的溶解度来实现蒸馏塔底液体124中的盐的结晶。结晶过程160可以包括结晶器161，其可以包括冷却夹套162或从蒸馏塔底液体124除去热量以降低蒸馏塔底液体124的温度的其它***。冷却夹套162可流体连接至结晶器热交换器164，结晶器热交换器164可操作以从冷却套162返回的冷却流体中除去热量。结晶器热交换器164可以包括用于从冷却流体除去热量的热泵。替代地或另外地，结晶器热交换器164可以包括热交换器，其中从冷却夹套162返回的冷却流体与冷源，例如与初级冷却流体相比具有较低温度的次级冷却流体热连通，以降低冷却流体的温度。在一些实施方案中，结晶器161可以是双壁结晶器并且结晶过程160可以使用直接冷源冷却，例如在双壁结晶器161中使用冷却流体操作的热交换器。结晶过程160可以将蒸馏塔底液体124分离成盐产物170和盐水组合物172。盐水组合物172可以从***100排出。盐水组合物172可以与一种或多种水流组合以形成水性组合物102或引入***100的水性组合物102的至少一部分。

现在参照图9，***100可以包括用于对***100进行热平衡以改善***的能量效率的各种热管理***。例如，冷凝器130可以包括冷凝器热交换器134，冷凝器热交换器可操作以使用引入到***100的水性组合物102来冷却和冷凝来自蒸馏容器112的杂共沸蒸气。在操作中，冷凝器热交换器134可以使温度低于杂共沸物沸点温度的水性组合物102相对于杂共沸物蒸气逆流通过，杂共沸物蒸气最初处于比杂共沸物沸点温度更高的温度。在冷凝器热交换器134中，热量可以从杂共沸物蒸气传递到水性组合物102，这增加水性组合物102的温度以产生第一加热的水流。从杂共沸蒸气中除去热量可降低杂共沸蒸气的温度，这可以导致蒸气冷凝以产生多相冷凝物132。将热量传递到水性组合物102可以从蒸馏***110回收热量，其可以通过第一加热的水流202传回蒸馏***110。

来自蒸馏***110的额外热量可以通过使蒸馏塔底液体124相对于第一加热水流202逆流通过热交换器204而从蒸馏塔底液体124中进一步回收。在热交换器204中，热量可以从蒸馏塔底液体124传递到第一加热的水流202以产生温度高于第一加热的水流202的温度的第二加热的水流206。从蒸馏塔底液体124中除去热量可以将蒸馏塔底液体124冷却至适合进一步加工或处置蒸馏塔底液体124的温度。可将第二加热的水流206传送至蒸馏容器112。从杂共沸蒸气、蒸馏塔底液体124或两者中回收热量可以降低蒸馏***110的能量消耗，这可以增加***100的整体能量效率。

如前所述，来自石油钻探、生产或精炼操作的废热可用于提供用于操作蒸馏***110的廉价能源。此外，如图9所示，还可以将热泵210结合到***100中以回收蒸馏***110的热量并将热量传回蒸馏容器112。在图9中，热泵210可以操作以从通过结晶器161的冷却夹套162的冷却流体中除去热量并将热量传递到加热流体，该加热流体被传送到蒸馏容器112以将杂共沸混合物122加热至杂共沸物沸点温度。补充能量220可以输入到热泵210以满足能量需求并解决***100中的热损失。补充能量220可以包括电力，电力可以在大多数石油钻探、生产和精炼操作，或其它能源，例如太阳能、风能、地热能、水力发电或这些的组合中容易获得。在一些实施方案中，补充能量220可以包括两个设施之间或与相邻行业的协同能量共享。

当水性组合物102的盐度大于200g/L时，水性组合物102的较大浓度的盐会干扰或阻止杂共沸物的形成并破坏在蒸馏***中进行的杂共沸蒸馏110。因此，使水性组合物102脱盐的方法可以包括降低水性组合物102或杂共沸混合物122的盐度以产生盐度降低的杂共沸混合物和进料流盐产物。在降低杂共沸混合物122的盐度以产生盐度降低的杂共沸混合物后，该方法可以还包括使盐度降低的杂共沸混合物在蒸馏***110中蒸馏以产生脱盐水。

现在参照图10，用于使具有大于200g/L的高盐度的水性组合物102脱盐的***300可以包括用于从杂共沸混合物122中除去盐并降低其盐度的蒸馏进料流结晶过程310。蒸馏进料流结晶过程310可以包括进料流结晶器312，进料流结晶器312被配置为接收水性组合物102或第一加热的水流202。进料流结晶器312可配置为从冷凝物接收器140接收夹带剂再循环流148并接收补充夹带剂流121。进料流结晶器312可操作以通过将水性组合物102(或第一加热的水流202)和夹带剂组合以形成杂共沸混合物122，夹带剂可以在夹带剂再循环流148、补充夹带剂流121或两者中通入进料流结晶器312。进料流结晶器312可以包括搅拌器314，其可促进夹带剂和水性组合物102(或第一加热的水流202)的组合以产生杂共沸混合物122。

蒸馏进料流结晶过程310可操作以通过使杂共沸混合物122中的盐的至少一部分结晶并将结晶的盐与杂共沸混合物122分离来减小杂共沸混合物122的盐度以产生进料流盐产物318和盐度降低的杂共沸混合物320。在一些实施方案中，蒸馏进料流结晶过程310可被配置为通过抗溶剂效应结晶使来自杂共沸混合物122的盐结晶。抗溶剂效应结晶是指通过引入降低盐在盐水溶液中的溶解度的有机溶剂从盐水溶液中沉淀盐的过程。在蒸馏进料流结晶过程310中，向水性组合物102(或第一加热的水流202)中加入夹带剂(例如夹带剂再循环流148、补充夹带剂流121或两者)可降低水性组合物102或第一加热的水流202中的盐的溶解度，由于抗溶剂效应，这可能导致盐在进料流结晶器312中沉淀。可替代或另外地，蒸馏进料流结晶过程310可用于通过冷却效应结晶降低杂共沸混合物122的盐度。如前所述，冷却效应结晶依赖于通过降低杂共沸混合物122的温度来降低盐在杂共沸混合物122中的溶解度。当采用冷却效应结晶时，进料流结晶器312可以包括冷却夹套，该冷却夹套与冷却源流体连接以冷却进料流结晶器312。蒸馏进料流结晶过程310可以被配置为使用抗溶剂效应结晶和冷却效应结晶的组合来操作以降低杂共沸混合物122的盐度。其它方法和过程可以代替结晶或与结晶结合使用以在杂共沸蒸馏前(蒸馏***110的上游)降低杂共沸混合物122的盐度。

进料流盐产物318可以包括存在于引入***300的水性组合物102中的一种或多种盐。进料流盐产物318可以在蒸馏进料流结晶过程310的下游进一步处理以除去污染物，例如有机化合物、残留水、重金属污染物或其它污染物。与水性组合物102相比，盐度降低的杂共沸混合物320可以具有降低的盐度。盐度降低的杂共沸混合物320可以具有在蒸馏***110中的蒸馏期间不破坏或防止杂共沸物形成的盐度。例如，盐度降低的杂共沸混合物320可以具有小于200g/L，例如小于175g/L，或甚至小于150g/L的盐度。

仍然参照图10，在***300的操作中，水性组合物102可以通过冷凝器130以从杂共沸物蒸气中除去热量。使水性组合物102通过冷凝器130可以将热量传递到水性组合物102中以产生温度高于水性组合物102的温度的第一加热水流202。在一些实施方案中，水性组合物102可绕过冷凝器130并直接通入进料流结晶器312。第一加热的水流202可以被传送到蒸馏进料流结晶过程310的进料流结晶器312，其中第一加热的水流202可以与来自夹带剂再循环流148、补充夹带剂流121、或两者的夹带剂以形成杂共沸混合物122。在进料流结晶器312中，可对杂共沸混合物122结晶以从杂共沸混合物122中除去盐，从而降低杂共沸混合物122的盐度以产生盐度降低的杂共沸混合物320。结晶盐可以作为进料流盐产物318从进料流结晶器312中排出。盐度降低的杂共沸混合物320可以从蒸馏进料流结晶过程310传送到蒸馏***110，其中可以在蒸馏***110中对盐度降低的杂共沸混合物320进行杂共沸蒸馏，如先前关于图1描述。

如图10所示，来自杂共沸蒸馏的杂共沸蒸气131可从蒸馏容器112或短程蒸馏塔190传送至冷凝器130，其中杂共沸蒸气131被冷凝以形成多相冷凝物132。多相冷凝物132可传送至冷凝物接收器140，其中多相冷凝物132可分离成水相142和富含夹带剂的相144。在***300中，至少一部分富含夹带剂的相144可以作为夹带剂再循环流148返回到蒸馏进料流结晶过程310的进料流结晶器312以产生杂共沸混合物122。富含夹带剂的相144的至少第二部分可回流回到蒸馏***110。蒸馏塔底液体124可以如先前关于图1所描述通入结晶过程160。

参照图11，该方法可以包括在将水性组合物102与夹带剂120组合以形成杂共沸混合物122前降低水性组合物102的盐度。水性组合物102可以首先进入水性组合物结晶过程410，其中水性组合物102的盐度可以通过冷却效应结晶从水性组合物102中结晶盐来降低。水性组合物结晶过程410可以包括具有搅拌器414和冷却夹套430的水性组合物结晶器412。冷却夹套430可以与冷却源432(例如冷却流体源)可操作地连通，用于使冷却流体通过冷却夹套430。冷却源432可以是热交换器、热泵、冷却流体源或这些的组合。冷却流体源可以包括水源，例如市政用水、井水、海水、产出水、工艺水源或其它冷却水源。在一些实施方案中，冷却源432可以是闭环冷却回路。冷却源432可以包括热泵460，其可操作以从循环通过冷却套430的冷却流体中除去热量。在一些实施方案中，水性组合物结晶器412可以不与补充夹带剂流流体连通。相反，可以在水性组合物结晶过程410的下游将补充夹带剂流引入蒸馏容器112。

水性组合物结晶过程410可用于从水性组合物102除去盐以产生水性组合物盐产物418和盐度降低的水性组合物440。水性组合物盐产物418可以包括存在于引入***400的水性组合物102中的一种或多种盐。水性组合物盐产物418可以在水性组合物结晶过程410的下游进一步加工以除去污染物，例如有机化合物、残留水、重金属污染物或其它污染物。在一些实施方案中，水性组合物盐产物418可以从***400中除去和回收。

与水性组合物102相比，盐度降低的水性组合物440可以具有降低的盐度。盐度降低的水性组合物440可以具有在蒸馏***110中的蒸馏过程中不破坏或防止形成杂共沸物的盐度。盐度降低的水性组合物440可以具有小于200g/L，例如小于175g/L，或甚至小于150g/L的盐度。盐度降低的水性组合物440可以从水性组合物结晶过程410中排出并且可以输送到蒸馏***110。

盐度降低的水性组合物440可以通过一个或多个热交换器，例如冷凝器130、与热泵460连接的热交换器450、其它热交换器或热交换器的组合，以从蒸馏***回收热量110并改善***400的能效。使盐度降低的水性组合物440通过冷凝器130、热交换器450、其它热交换器或它们的组合可以增加盐度降低的水性组合物440的温度以产生加热的盐度降低的水性组合物442，其可以然后传送到蒸馏***110。盐度降低的水性组合物440或加热的盐度降低的水性组合物442可以在蒸馏容器112中与夹带剂120组合以形成杂共沸混合物122。补充夹带剂流121可以与蒸馏容器112流体连接。夹带剂120可由从冷凝物接收器140再循环到蒸馏容器112的夹带剂再循环流148、从引入到蒸馏容器112的补充夹带剂流121或两者提供。在一些实施方案中，可将补充夹带剂引入水性组合物结晶器412。在这些实施方案中，加到水性组合物结晶器412中的水性组合物102的补充夹带剂的量本身可能不足以实现水性组合物102的抗溶剂结晶。

尽管在本公开中根据单个单元操作描述了蒸馏***110、结晶过程160和进料流结晶过程(蒸馏进料流结晶过程310和水性组合物结晶过程410)，但应当理解这些过程中的任一个可以包括多个并行或串联操作以生产脱盐水的过程。例如，在一些实施方案中，蒸馏***110可以包括多个蒸馏容器112和多个短程蒸馏塔190。多个蒸馏容器112和短程蒸馏塔190可以串联或并联操作。本公开中描述的每个结晶过程还可以包括串联或并联操作的多个结晶器。此外，在一些实施方案中，蒸馏***110可以包括并联或串联操作的多个蒸馏容器112和多个短程蒸馏塔190以及能够使蒸馏塔底液体124从多个蒸馏容器112的一个或全部结晶的单个结晶过程160。预期用于从包含盐的水性组合物102生产脱盐水的本公开中描述的单元操作的其它配置、组合和布置。并行或串行操作的过程数量可能取决于脱盐水的生产率。

本公开中描述的***和方法可以生产脱盐水以用作石油钻探、生产或精炼操作中的工艺水。例如，由本公开的***和方法产生的脱盐水可用于对原油脱盐。可以对脱盐水进行处理以除去残留的有机化合物，以产生可适用于钻井作业的处理的脱盐水，例如用于钻井流体或注入液，或用于灭火***、汽提塔或其它精炼用途。通过额外的处理和净化，处理的脱盐水也可能适用于各种人类学或农业用途。

实施例

以下实施例说明通过杂共沸蒸馏从源自石油加工操作的水流中分离脱盐水，并研究各种参数对杂共沸蒸馏过程的蒸馏温度和分离效率的影响。

实验装置

参照图12，示意性描绘用于进行以下实施例中的实验的实验性杂共沸蒸馏***500。实验性杂共沸蒸馏***500包括装有Dean-Stark装置520和球管冷凝器540的三颈圆底烧瓶510。在冷凝器540的顶部收集潜在的未冷凝气体542，例如解吸气体或未冷凝的夹带剂，并引导至配备有处理***的排气***以除去有机物和其它污染物。烧瓶510被配置为包含杂共沸混合物122，并且使用连接到电子读出器552的K型热电偶550测量杂共沸混合物的温度。使用位于Dean-Stark装置520顶部的有色醇温度计560测量进入Dean-Stark装置520的杂共沸物蒸气的温度。Dean-Stark装置520包括从烧瓶510延伸的柱522和冷凝物接收器524，该冷凝物接收器524与柱522流体连接并配置为从球型冷凝器540收集冷凝物。冷凝物包括水相142(脱盐水)和任选的富含夹带剂的相144。Dean-Stark装置520包括三通龙头526，三通龙头可以被“关闭”以收集包括水相142(脱盐水)和任选的富含夹带剂的相144的冷凝物；“向外打开”以从喷嘴528收集水相142(脱盐水)或“向内打开”以将水相142(蒸馏水)和/或富含夹带剂的相144引导回到烧瓶510中。冷却流体544通过球形冷凝器540以冷却杂共沸物蒸气以促进冷凝。实验性杂共沸蒸馏***500包括用于加热烧瓶510的加热设备570和外部搅拌器580。

实施例1：水性组合物的体积分数对杂共沸混合物的热行为和蒸馏速率的影响

在实施例1中，研究二元杂共沸混合物中的水性组合物的体积分数变化的影响。在实施例1中，固定量的206mL甲苯用作夹带剂。实施例1的水性组合物从由气油分离厂(GOSP)生产的油性盐水流中收集以处理原油。水性组合物的盐度为107g/L。实施例1的各种杂共沸混合物中水性组合物的体积分数提供于表2中。测量气相的温度、杂共沸混合物122(本体液体)的温度和在Dean-Stark装置520中收集的水的量，并在图13、14、15和16中将其绘制为时间的函数(x轴)。

参照图13，本体液体中的杂共沸混合物122的温度(y轴)被图示描绘为以秒为单位的时间(y轴)的函数。图13显示杂共沸混合物的温度随时间到沸点温度的演变。在温度稳定在沸点温度前，杂共沸混合物的加热速率由曲线的初始斜率确定，并且发现平均约为每秒0.11±0.01摄氏度(℃/s)。如图13所示，二元杂共沸混合物中的水性组合物的体积分数对杂共沸混合物的温度变化率几乎没有影响或没有影响。

一旦温度稳定，通过球型冷凝器540冷凝的脱盐水被收集在Dean-Stark装置520的冷凝物接收器524中。收集的脱盐水的体积被记录为时间的函数。参照图14，从温度达到沸点温度(约1000秒)时开始，将收集的脱盐水体积(y轴)绘制为时间(x轴)的函数。蒸馏速率由图14对于实施例1的每种杂共沸混合物图示确定。表2中提供实施例1中每种杂共沸混合物的以毫升/小时(mL/hr)为单位的蒸馏速率。

表2：实施例1的水/甲苯杂共沸混合物的水性组合物的体积百分比和蒸馏速率

当水/甲苯杂共沸混合物的水性组合物的体积百分比为17.6体积％时，蒸馏速率最大。这在图14中通过数据系列1206的更大斜率图示说明，相对于其它数据集，数据系列1206的更大斜率对应于17.6体积％的水性组合物的体积百分比。17.6体积％的水性组合物的体积百分比可以被认为是水性组合物的杂共沸物体积百分比。如表2所示，将混合物中水性组合物的体积百分比降低至低于混合物中水性组合物的杂共沸体积百分比导致蒸馏速率显著降低。例如，当水性组合物的体积分数从17.6体积％减半至9.6体积％时，蒸馏率降低41％。当水性组合物的体积百分比大于水的杂共沸物体积百分比(17.6％体积)时，蒸馏速率也降低，但与对于低于杂共沸物体积百分比的水性组合物的体积百分比的蒸馏速率的降低相比，蒸馏速率的降低较小。例如，当水性组合物的体积百分比从17.6体积％增加到24.3体积％时，蒸馏速率仅降低9％。

图15图示描绘作为时间(x轴)的函数的实施例1的每种杂共沸混合物的气相温度(y轴)。已知甲苯/水杂共沸物的杂共沸物沸点温度在83℃至85℃的范围内并且在图15中通过矩形1220指示。不管组成如何，实施例1的杂共沸混合物的气相温度都稳定在甲苯/水杂共沸物的杂共沸物沸点温度范围内，这表明蒸气组成处于杂共沸物组成(在水中约20％重量)。换句话说，杂共沸混合物122中的水性组合物的量对稳定后的气相的温度和组成几乎没有影响或没有影响。

对于其中水性组合物的体积百分比为9.6体积％的样品1A，气相温度在2100秒后开始升高。此时，样品1A的烧瓶510中剩余的水性组合物的体积百分比仅为3.7体积％(约8mL)。杂共沸混合物中的水性组合物中盐的质量浓度在等于0的时间下从样品1A中的107g/L溶解盐(9.6体积％水性组合物)增加至在等于2100秒的时间下剩余的8mL水性组合物中的296g/L溶解盐。尽管在等于约1600秒的时间下开始实验期间在烧瓶中观察到一些沉淀的盐，但在将剩余的脱水的本体液体冷却至室温后，盐的沉淀更为显著。

现在参照图16，杂共沸混合物122(本体液体)的温度(y轴)被图示描绘为对于大于1000秒的时间的时间(x轴)的函数，其说明沸腾开始后的杂共沸混合物(本体液体)的温度行为。对于样品1A 1202(9.6体积％水性组合物)，杂共沸混合物在96℃±1℃的温度下开始蒸发。然而，在杂共沸混合物沸腾期间，在样品1A中，具有110℃的沸点温度的过量甲苯导致本体液体的温度以3.96x10^-3±0.01x10^-3℃/s的温度变化率稳步上升。对于样品1B(1204)和1C(1206)(分别为13.8体积％和17.6体积％水性组合物)，当杂共沸混合物的温度达到94℃±1℃时，杂共沸物蒸发。对于样品1B和1C，在等于1000秒的时间后，本体液体的温度行为由杂共沸物的沸腾控制，分别导致样品1B的温度变化率为2.35x10^-3±0.01x10^-3℃/s，而样品1C为2.43x10^-3±0.01x10^-3℃/s。样品1B和1C的这些温度变化率小于具有过量甲苯的样品1A的温度变化率。这表明样品1B和1C的温度变化由杂共沸物的沸腾控制，而不是由过量的甲苯或过量的水控制。

仍然参照图16，对于样品1D(1208)和1E(1210)(分别为21.1体积％和24.3体积％水性组合物)，杂共沸混合物(本体液体)的热行为受具有104℃的沸点温度的过量水性组合物的影响。当杂共沸混合物达到样品1D的102℃±1℃和样品1E的100℃±1℃的温度时，杂共沸混合物蒸发。样品1D在约800秒后和样品1E在约1200秒后，杂共沸混合物的温度开始下降。对于样品1D和1E，温度变化率不随时间恒定，因为杂共沸混合物的组成随时间的变化更为复杂。不打算受任何特定理论的束缚，据信，分别具有21.1体积％和24.3体积％的水性组合物浓度的样品1D和1E的杂共沸混合物的蒸馏在具有更接近于甲苯/水杂共沸物的杂共沸物组成的组成混合物的方向上随时间改变液体的组成，并且因此改变液体的温度。

对于在杂共沸混合物中具有27.2体积％水性组合物的样品1F(1212)，杂共沸混合物中过量的水性组合物导致杂共沸混合物的温度在实验的整个持续时间期间在***中保持稳定在102℃±1℃。当整体温度接近102℃±1℃时，杂共沸物蒸发。在这种情况下没有观察到其它显著变化。

实施例2：夹带剂的体积分数对杂共沸混合物的热行为的影响

在实施例2中，研究夹带剂的体积分数对二元杂共沸混合物的热行为和蒸馏速率的影响。在实施例2中，固定量的44mL来自实施例1的盐度为107g/L的油性盐水流用作水性组合物。将不同量的甲苯加入到44mL水性组合物中以制备实施例2的杂共沸混合物。实施例2的各种杂共沸混合物中夹带剂的体积分数在表3中提供。测量气相的温度、杂共沸混合物122(本体液体)的温度和在Dean-Stark装置520中收集的水的量，并在图17、18、19和20中将其绘制为时间的函数(x轴)。

图17图示描绘整体温度至杂共沸混合物122的沸点温度的随时间演变。在温度稳定前，每种杂共沸混合物的温度变化率由图17中曲线的初始斜率确定。在温度稳定前，平均初始温度变化率被确定为0.17℃/s±0.09℃/s。发现夹带剂的体积百分比对沸腾前的杂共沸混合物的温度变化率几乎没有影响或没有影响。

一旦温度稳定，通过球型冷凝器540冷凝的脱盐水被收集在Dean-Stark装置520的冷凝物接收器524中。收集的脱盐水的体积被记录为时间的函数。参照图18，从温度达到沸点温度时(约1000秒)开始，将收集的脱盐水体积(y轴)绘制为时间(x轴)的函数。蒸馏速率由图18对于实施例2的每种杂共沸混合物图示确定。表3中提供实施例2中每种杂共沸混合物的以毫升/小时(mL/hr)为单位的蒸馏速率。

表3：实施例2的水/甲苯异共沸混合物的夹带剂的体积百分比和蒸馏速率

尽管实施例2的样品2A-2F的组成不同于实施例1的组成，蒸馏速率的趋势与实施例1中观察到的趋势相似。对于实施例2的杂共沸混合物，蒸馏速率在二元甲苯/水混合物的杂共沸组合物处最大，这对于具有82.4体积％甲苯夹带剂的样品2C观察到。增加如样品2A和2B中的甲苯的体积百分比导致蒸馏速率显著降低。例如，增加甲苯的体积百分比从82.4体积％增加到90.0体积％使蒸馏速率降低41％。虽然如样品2D至2F中，当甲苯的体积分数降低到小于甲苯的杂共沸体积分数(小于82.4体积％)时蒸馏速率也降低，但蒸馏速率的降低没有与将甲苯的体积百分比增加到大于杂共沸组合物相比那样显著。例如，将甲苯的体积分数从82.4体积％降低到70.1体积％(样品2E)导致蒸馏速率仅降低18％。

图19图示描绘作为时间(x轴)的函数的实施例2的每种杂共沸混合物的气相温度(y轴)。已知甲苯/水杂共沸物的杂共沸物沸点温度在83℃至85℃的范围内并且在图19中由矩形1320指示。不管组成如何，实施例2的杂共沸混合物的气相温度都稳定在甲苯/水杂共沸物的杂共沸物沸点温度范围内，这表明蒸气组成处于杂共沸物组成(约20重量％的水)。换言之，杂共沸混合物122中甲苯夹带剂的量对稳定后的气相的温度和组成几乎没有影响或没有影响。

在改变甲苯体积百分比的实施例2中，未观察到在杂共沸混合物中盐的沉淀。在实施例2中，杂共沸混合物中溶解盐的质量浓度最高达到197g/L，低于盐在水中的溶解度极限(在25℃下可能为约350g/L)。

现在参照图20，实施例2的杂共沸混合物122(本体液体)的温度(y轴)被图示描绘为对于大于1000秒的时间的时间(x轴)的函数，其说明在沸腾开始后实施例2的杂共沸混合物(本体液体)的温度行为。对于在杂共沸混合物中具有53.7体积％甲苯夹带剂的样品2F，一旦整体温度达到102℃±1℃，杂共沸混合物就蒸发。在沸腾开始后，沸点为104℃的过量水会影响杂共沸混合物的热行为。样品2F的杂共沸混合物的温度在大约1200秒后下降。对于样品2F，杂共沸混合物的温度不随时间线性变化。不打算受任何特定理论的束缚，据信具有53.7体积％甲苯的样品2F的杂共沸混合物的蒸馏在具有更接近于甲苯/水杂共沸物的杂共沸组合物的组成的混合物的方向上随时间改变液体的组成，并因此改变液体的温度。

参照图20，对于具有90.0体积％甲苯夹带剂的样品2A，杂共沸混合物的整体温度一达到96℃±1℃，杂共沸混合物就蒸发。在沸腾开始后，沸点温度为110℃的过量甲苯控制热行为，导致杂共沸混合物的整体温度升高。在杂共沸混合物沸腾期间，样品2A的杂共沸混合物的温度变化率被确定为3.96x10^-3℃/s±0.01x10^-3℃/s。

仍然参照图20，对于代表杂共沸混合物中的70.1体积％至86.2体积％甲苯的范围的样品2B-2E，当杂共沸混合物的整体温度达到95℃±1℃时，每种杂共沸混合物开始蒸发。在这个甲苯体积百分比范围内，杂共沸混合物的沸腾控制杂共沸混合物的热行为。样品2B、2C、2D和2E的温度变化率确定为2.43x10^-3℃/s±0.01x10^-3℃/s(2B)、2.35x10^-3℃/s±0.01x10^-3℃/s(2C)、1.37x10^-3℃/s±0.01x10^-3℃/s(2D)和1.48x10^-3℃/s±0.01x10^-3℃/s(2E)。

作为实施例1和2的总结，包含甲苯和盐度为107g/L的水性组合物的实施例1和2的杂共沸混合物的蒸气温度均在83℃至85℃的范围内，它在甲苯/水杂共沸混合物的已知杂共沸物沸点温度84℃附近。因此，水性组合物的量和夹带剂的量不影响杂共沸物的形成。然而，水性组合物和夹带剂的相对量会影响杂共沸混合物的整体温度和蒸馏过程的能量消耗。当水性组合物和夹带剂(甲苯)的相对量处于或接近于杂共沸物组成(44mL水性组合物和206mL甲苯，这对应于17.6体积％的水性组合物和82.4体积％的甲苯)，观察到杂共沸混合物的最低整体温度。还发现，杂共沸混合物的这种最佳最小整体温度是稳定的，水量的偏差很小，从-25％体积至0％体积，并且甲苯的量变化很大，从-50％体积至+33％体积。发现水的体积对杂共沸物蒸馏所需的整体温度的影响强于夹带剂(甲苯)的体积的影响。

实施例3：水性组合物的盐度对杂共沸混合物的热行为和蒸馏速率的影响

在实施例3中，研究水性组合物的盐度对杂共沸混合物的热行为和蒸馏速率的影响。对具有固定比率的水性组合物与甲苯夹带剂的杂共沸混合物蒸馏。实施例3中使用的水性组合物包含蒸馏水(样品3A)和从三个不同的石油生产操作收集并具有三个不同盐度的三个不同的产出水样品(样品3B、3C和3D)。表4中提供实施例3的每种水性组合物的平均盐度。测量在Dean-Stark装置520中收集的水量、气相的温度和杂共沸混合物122(本体液体)的温度，并在图21、23和24中将其绘制为时间(x轴)的函数。

一旦温度稳定，通过球型冷凝器540冷凝的脱盐水被收集在Dean-Stark装置520的冷凝物接收器524中。收集的脱盐水的体积被记录为时间的函数。参照图21，从温度达到沸点温度时(正好大于约800秒的时间)开始，将收集的脱盐水的体积(y轴)绘制为时间(x轴)的函数。在温度稳定前，实施例3的杂共沸混合物的温度变化速率被确定为0.12℃/s±0.01℃/s。

图21图示描绘收集的水量(y轴)作为时间(d轴)的函数。蒸馏速率由图21对于实施例3的每种杂共沸混合物图示确定。表4中提供实施例3中每种杂共沸混合物的以毫升/小时(mL/hr)为单位的蒸馏速率。

表4：实施例3的杂共沸混合物的盐度和蒸馏速率

参照图22，图示描绘蒸馏速率(y轴)作为来自表4中的数据的盐度(x轴)的函数。在图22中，曲线1420被拟合到实验数据。这些数据点的最佳曲线拟合是由以下方程1(EQU.1)表示的标准4参数逻辑方程：

在EQU.1中，y为蒸馏速率，x为平均盐度，并且a、b、c、d为曲线拟合参数。拟合目标是最小的绝对误差平方和(Err.)。曲线拟合得到表5中a、b、c和d的值。

表5：如图22所示的实施例3的蒸馏速率曲线的曲线拟合参数

参数	值
		a	68.40
B	5.97
		c	150.34
d	62.19
		Err.	5.05x10<sup>-29</sup>

如图22所示，水性组合物的盐度影响蒸馏速率。随着水性组合物的盐度从0g/L增加到高于300g/L，蒸馏速率降低约9％。通过定位三条切线的交点，图示确定曲线的两个特征点。第一切线1422在样品3A 1402处与曲线1420的起点处的曲线1420相切，其盐度为0g/L。第二切线1424在曲线1420的拐点1410处与曲线1420相切绘制。第三切线1426在由样品3D1408(平均盐度为305g/L)表示的曲线的端点处与曲线1420相切绘制。第一交点1430提供蒸馏速率减速起始点的估计，这可能发生在约98g/L的水相的盐度时。第二交点1432估计蒸馏速率降低的终点，这可能发生在约202g/L的水相盐度处，导致蒸馏速率的稳定。

在实施例3的每种杂共沸混合物的蒸气温度演变中观察到这些相同的转变点。图23图示描绘实施例3的每种杂共沸混合物的气相温度(y轴)作为时间(x轴)的函数，从大于约800秒的时间开始。已知甲苯/水杂共沸物的杂共沸物沸点温度在83℃至85℃的范围内并且在图23中由矩形1220指示。对于样品3A(1402，盐度为0g/L)和样品3B(1404，平均盐度为107g/L)，气相温度保持在83℃至85℃的范围内，这表明甲苯/水杂共沸物是被蒸馏的产物。

对于样品3C(1406)，气相的温度开始在83℃至85℃的范围内，这表明初始蒸馏涉及甲苯/水杂共沸物的蒸馏。在大约1100秒下，当样品3C的杂共沸混合物中的盐浓度达到206g/L时，观察到盐沉淀。在大约1400秒后，蒸气温度升高并且水性组合物中的盐的浓度达到235g/L。该观察结果表明，当盐浓度达到约235g/L时，蒸气组成与甲苯/水杂共沸物的蒸气组成不同。

仍然参照图23，对于样品3D(1408，盐度为305g/L)，蒸气温度在整个蒸馏过程中不断增加。该结果表明，样品3D的更大盐度(超过235g/L)破坏杂共沸物的形成，并且在实验期间没有形成杂共沸物。在大约1100秒下，当溶液的盐浓度达到353g/L时，观察到盐沉淀。

现在参照图24，实施例3的杂共沸混合物122(本体液体)的温度(y轴)被图示描绘为大于1000秒的时间的时间(x轴)的函数。图24图示说明杂共沸混合物的稳定温度随着水性组合物的盐度增加而增加。

总之，从实施例3中发现，水性组合物的盐度对杂共沸混合物的蒸馏具有显著影响。当水性组合物具有等于或大于202g/L的盐度时，蒸气温度在杂共沸物的沸点温度附近，例如在甲苯/水共沸物的约84℃的温度下不稳定。实施例3证明大于约202g/L的水性组合物的盐度干扰杂共沸物的形成，导致不能形成杂共沸物。

实施例4：三元杂共沸物

在实施例4中，与二元杂共沸物相比，评价三元杂共沸物在杂共沸物蒸馏过程中的性能。对于实施例4，实施例4的三元杂共沸混合物包括实施例1中所述的水性组合物(盐度等于107g/L)以及作为夹带剂的甲苯和正戊烷。实施例4的每种三元杂共沸混合物的总体积为250mL，并且评估水性组合物、甲苯和正戊烷的三种不同体积分数。实施例4的这些特定组合物基于在环境压力下(约101.3kPa)的图29的三元杂共沸物相平衡图选择。实施例4的组合物在表6中提供。特别地，实施例4的组合物被选择为沿着图29中的线1530的组合物，它们在戊烷/水和甲苯/水杂共沸物之间的共沸包络内。测量在Dean-Stark装置520中收集的水量、气相的温度和杂共沸混合物122(本体液体)的温度，并在图25、26、27和28中将其绘制为时间(x轴)的函数。

表6：实施例4的水/甲苯/N-戊烷三元杂-共沸混合物的夹带剂的体积百分比和蒸馏速率

图25图示描绘实施例4的三元杂共沸混合物的本体温度(y轴)至每个三元杂共沸混合物的沸点温度的随时间(x轴)演变。在温度稳定前，每种三元杂共沸混合物的温度变化率由图25中曲线的初始斜率确定。在温度稳定前，平均初始温度变化率被确定为0.06℃/s±0.01℃/s。发现在温度稳定前，三元混合物的组成对杂共沸混合物的温度变化率几乎没有影响或没有影响。

现在参照图26，三元杂共沸混合物(本体液体)(y轴)的温度被图示描绘为对于大于1000秒的时间(图25中的区域A)的时间(x轴)的函数，其说明实施例4的三元杂共沸混合物(本体液体)在达到初始沸点温度后的温度行为。由图26中的附图标记1502指定的样品4A表示不含夹带剂的水性组合物本身的热行为。

对于具有60体积％水性组合物的样品4B(1504)，当温度达到104℃±1℃时，观察到三元杂共沸混合物开始蒸发。如图26所示，样品4B的三元杂共沸混合物的本体液体的温度在整个实验过程中是恒定的。据信，样品4B的三元杂共沸混合物的这种恒定沸点温度是在烧瓶510中残留的过量水性组合物的结果。对于包含37.6体积％水性组合物的样品4C(1506)，三元杂共沸混合物在大约80℃±1℃下开始蒸发。在大约1900秒下，温度迅速升高大约10℃。据信，样品4C的三元杂共沸混合物的这种温度升高可能是由于在实验期间由Dean-Stark装置520的冷凝物接收器524的溢流引起的进料混合物的组成发生变化。当冷凝物被收集在冷凝物接收器524中时，水开始向冷凝物接收器524的底部移动，而较轻的甲苯和戊烷积聚在冷凝物接收器524的上部。因此，当冷凝物接收器溢流时，只有甲苯/戊烷混合物再循环回到烧瓶510中的三元杂共沸混合物。一旦冷凝物接收器524开始溢流，烧瓶510中的三元杂共沸混合物的温度继续以1.77×10^-3±0.01×10^-3℃/s的温度变化率随时间增加。对于具有9.6体积％水性组合物的样品4D(1508)，三元杂共沸混合物在大约60℃±1℃下开始蒸发。温度继续升高，这被认为是在烧瓶510中残留的甲苯和戊烷的均匀混合物过量的结果。在三元杂共沸混合物沸腾期间，样品4D的温度变化率估计为1.8×10^-3±0.01×10^-3℃/s。

一旦温度稳定，冷凝的脱盐水被收集在冷凝物接收器524中并且体积作为时间的函数被记录。参照图27，收集的脱盐水体积(y轴)被绘制为时间(x轴)的函数。蒸馏速率由图27对于实施例4的每种三元杂共沸混合物图示确定，并且实施例4中的每种三元杂共沸混合物的蒸馏速率的结果列于表6中，其先前在本公开中提供。没有测定具有100体积％水性组合物的样品4A的蒸馏。如图27中所示的不同三元杂共沸混合物的不同斜率所示，注意到蒸馏速率随着水性组合物的体积百分比的增加而增加。

发现最大蒸馏速率为13.03mL/hr，对应于样品4B，其具有60.0体积％水性组合物、22.0体积％甲苯和18.0体积％正戊烷的三元杂共沸混合物组合物。当样品4D中甲苯和戊烷的体积分数增加一倍以上时，所得蒸馏速率小于样品4B最大蒸馏速率的一半。参照样品4C，当甲苯和戊烷的体积分数分别增加到37.6体积％和30.4体积％时，蒸馏速率也降低。因此，可以通过降低夹带剂的体积比率来提高三元杂共沸混合物的蒸馏速率。

参照图28，图示描绘作为时间(x轴)的函数的气相温度(y轴)。如图28所示，气相的温度基本保持恒定，这表明气相处于杂共沸物组成。气相温度在戊烷/水二元杂共沸物的杂共沸物沸点温度(34.09℃)和甲苯/水二元杂共沸物的杂共沸点沸点温度(84.03℃)之间的温度范围内。最大蒸馏速率下的气相温度为约55℃。可以从图28注意到，具有32.0体积％水性组合物的样品4C的气相温度在大约2,600秒下开始降低。如前所述，据信这可能是由冷凝物接收器524的溢流引起的三元杂共沸混合物组成的变化造成的。在3,000秒后，样品4C的气相温度开始略微升高并稳定在55℃的共沸沸点温度。对于具有9.6体积％水性组合物的样品4D，在约5200秒后气相温度开始更显著升高。据信，气相温度的这种升高也可能是三元杂共沸混合物的组成改变的结果。从图28可以注意到，具有9.6体积％水性组合物的样品4D不是共沸的，并且随着烧瓶510中的水量减少，组合物偏离共沸组合物。

在本公开的第一方面，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混合来形成杂共沸混合物，所述至少一部分水性组合物包含至少一种盐。该方法还包括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对杂共沸混合物蒸馏，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，该多相冷凝物包含富含夹带剂的相和水相，该水相包含脱盐水；和从多相冷凝物中除去至少一部分水相以回收脱盐水。

本公开的第二方面可以包括第一方面，其中所述水性组合物是盐度为3克/升(g/L)至300g/L的盐水。

本公开的第三方面可以包括第二方面，其中盐水包括海水、含盐废水、来自烃钻探、生产或精炼操作的产出水或这些的组合中的至少一种。

本公开的第四方面可以包括第一至第三方面中的任一方面，还包括将至少一部分富含夹带剂的相与多相冷凝物分离并使至少一部分富含夹带剂的相返回到杂共沸混合物。

本公开的第五方面可以包括第一至第四方面中的任一方面，其中基于杂共沸混合物的总体积，杂共沸混合物包含20体积％(vol.％)至95体积％的水性组合物。

本公开的第六方面可以包括第一至第五方面中的任一方面，其中杂共沸混合物在操作蒸馏压力下具有小于100℃的杂共沸物沸点温度。

本公开的第七方面可以包括第一至第六方面中的任一方面，其中所述至少一种夹带剂是化学稳定的并且不与水性组合物中的水、至少一种盐或有机化合物反应。

本公开的第八方面可以包括第一至第七方面中的任一方面，其中所述至少一种夹带剂在25℃和大气压下在水中的溶解度小于每100克水20克。

本公开的第九方面可以包括第一至第八方面中的任一方面，其中所述夹带剂包括烷烃、烯烃、芳烃、酯、醇、硫醇、二硫化物、硫化物、醚、酮、硝基或这些的组合中的一种或多于一种。

本公开的第十方面可以包括第一至第九方面中的任一方面，其中所述夹带剂选自2-甲基-1,3-丁二烯；戊烷；2-甲基-2-丁烯；亚甲基环丁烷；二硫化碳；1-己烯；甲酸乙酯；4-甲基-2-戊烯；3-甲基-3-丁烯-1-醇；己烷；异丙醚；顺-1-丁烯基乙基醚；1-丁烯基甲基醚；苯；环己烷；乙酸乙酯；环己烯；丙酸甲酯；甲酸丙酯；乙酸异丙酯；乙基丁基醚；乙酸异丙酯；丁基乙基醚；1-庚烯；2,5-二甲基呋喃；2,2,4-三甲基戊烷；庚烷；甲酸异丁酯；甲基异丙烯基酮；二异丁烯；乙酸丙酯；3-戊酮；乙酸烯丙酯；硝基乙烷；2,6-二甲基-4-庚醇；甲苯；1,2-丙二醇二乙酸酯；丁基异丙烯基醚；2-甲基-2-丁醇；甲基异丁基酮；乙酸异丁酯；乙酸2-甲基丙酯；环丙基甲基酮；丙酸丙酯；辛烷；异丁醇；2-戊醇或这些夹带剂的组合。

本公开的第十一方面可以包括第一至第十方面中的任一方面，其中所述至少一种夹带剂不包括含卤素化合物、胺、腈、缩醛、乙烯基醚或醛。

本公开的第十二方面可以包括第一至第十一方面中的任一方面，其中形成杂共沸混合物包括将水性组合物与多种夹带剂混合。

本公开的第十三方面可以包括第一至第十二方面中的任一方面，其中蒸馏包括短程蒸馏，其中短程比(H_L/H_T)为0.2至0.5，其中短程比定义为汽液界面从蒸馏容器底部到总高度(HT)的高度(HL)，包括从蒸馏容器底部到连接到蒸馏容器的短程蒸馏塔顶部的距离。

本公开的第十四方面可以包括第一至第十三方面中的任一方面，其中使杂共沸混合物经受蒸馏在纵横比(L/H_V)为2至5的蒸馏容器中进行，其中蒸馏容器的纵横比定义为蒸馏容器的长度(L)除以蒸馏容器的高度(H_V)。

本公开的第十五方面可以包括第一至第十四方面中的任一方面，其中所述水性组合物具有大于200克/升(g/L)的盐度并且所述方法还包括将所述杂共沸混合物的盐度降低以产生盐度降低的杂共沸混合物和进料流盐产物，并使盐度降低的杂共沸混合物蒸馏以产生多相冷凝物。

本公开的第十六方面可以包括第一至第十五方面中的任一方面，还包括使水相的至少一部分经受水处理过程以从水相的至少一部分除去污染物以产生净化的脱盐水。

本公开的第十七方面可以包括第一至第十六方面中的任一方面，还包括使至少一部分蒸馏塔底液结晶，这导致蒸馏塔底液分离成盐产物和盐水组合物。

在第十八方面，用于使水性组合物脱盐的***包括蒸馏***，该蒸馏***包括与热源热连通的蒸馏容器和与蒸馏容器流体连通的冷凝器。该***还包括冷凝物接收器，该冷凝物接收器与冷凝器流体连通并可操作以接收来自蒸馏***的至少包括水相和富含夹带剂相的多相冷凝物。冷凝物接收器可以包括分离***，该分离***可操作以从冷凝物中分离至少一部分水相。该***还包括与蒸馏容器流体连通的结晶器，该结晶器可操作以接收来自蒸馏容器的塔底液体并分离塔底液体中的至少一部分盐以产生盐产物和盐水组合物。

本公开的第十九方面可以包括第十八方面，其中蒸馏容器包括水性组合物入口和夹带剂入口，并且蒸馏容器可操作以将水性组合物和夹带剂混合以产生杂共沸混合物。

本公开的第二十方面可以包括第十八或第十九方面，其中蒸馏***还包括与蒸馏容器流体连通并布置在蒸馏容器和冷凝器之间的短程蒸馏塔。

本公开的第二十一方面可以包括第十八至第二十方面中的任一方面，还包括布置在蒸馏容器上游并与蒸馏容器流体连通的进料流结晶器，进料流结晶器可操作以将水性组合物和夹带剂组合以产生杂共沸混合物并从杂共沸混合物中除去至少一部分盐以产生进料流盐产物和盐度降低的杂共沸混合物。

本公开的第二十二方面可以包括第十八至第二十一方面中的任一方面，其中所述冷凝物接收器包括液位控制***，所述液位控制***可操作以控制从冷凝物接收器中的多相冷凝物的至少一部分水相的取出速率。

现在应当理解，描述包括杂共沸蒸馏的用于使具有一种或多种盐的水流脱盐的***和方法的各个方面，并且这些方面可以与各个其它方面结合使用。

贯穿本公开，提供用于使水流和各种流和混合物的组合物脱盐的***和方法的各种处理参数和操作条件的范围。应当理解，当提供一个或多个明确范围时，也旨在提供单独值和在该范围内形成的子范围，因为提供所有可能组合的明确列表是禁止的。例如，提供的1-10的范围还包含单独值，如1、2、3、4.2和6.8，以及可以在所提供的界限内形成的所有范围，如1-8、2-4、6-9和1.3-5.6。

对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离所要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以对所描述的实施例进行各种修改和变更。因此，旨在本说明书覆盖所描述的各种实施例的修改和变化，其条件是，这类修改和变化落在所附权利要求书以及其等效物的范围内。

Claims (15)

1.一种使水性组合物脱盐的方法，所述方法包括：

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；

在操作蒸馏压力下在低于所述水性组合物的沸点温度的蒸馏温度下使所述杂共沸混合物蒸馏，导致所述杂共沸混合物分离成蒸馏塔底液体和多相冷凝物；

回收所述多相冷凝物，所述多相冷凝物包含富含夹带剂的相和水相，所述水相包含脱盐水；和

从所述多相冷凝物中除去至少一部分所述水相以回收所述脱盐水。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述水性组合物是盐度为3克/升(g/L)至300g/L的盐水。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，所述方法还包括：

将至少一部分所述富含夹带剂的相与所述多相冷凝物分离；和

将至少一部分所述富含夹带剂的相送回到所述杂共沸混合物。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中基于所述杂共沸混合物的总体积，所述杂共沸混合物包含20体积％(vol.％)至95体积％的水性组合物。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述杂共沸混合物在操作蒸馏压力下具有小于100℃的杂共沸物沸点温度。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一种夹带剂是化学稳定的并且不与水、至少一种盐或所述水性组合物中的有机化合物反应。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述至少一种夹带剂在25℃和大气压下在水中的溶解度小于每100克水20克。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述夹带剂包含烷烃、烯烃、芳烃、酯、醇、硫醇、二硫化物、硫化物、醚、酮、硝基或这些的组合中的一种或多于一种。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述蒸馏包括短程蒸馏，其中短程比(H_L/H_T)为0.2至0.5，其中所述短程比定义为从蒸馏容器底部的汽-液界面的高度(H_L)比总高度(H_T)，所述总高度包括从所述蒸馏容器底部到连接到所述蒸馏容器的短程蒸馏塔顶部的距离。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中使所述杂共沸混合物经受蒸馏是在纵横比(L/H_V)为2至5的蒸馏容器中进行的，其中所述蒸馏容器的纵横比定义为蒸馏容器的长度(L)除以蒸馏容器的高度(H_V)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水性组合物的盐度大于200克/升(g/L)，并且所述方法还包括：

降低所述杂共沸混合物的盐度以产生盐度降低的杂共沸混合物和进料流盐产物；和

使所述盐度降低的杂共沸混合物蒸馏以产生所述多相冷凝物。

12.一种用于使水性组合物脱盐的***，所述***包括：

包括与热源热连通的蒸馏容器和与所述蒸馏容器流体连通的冷凝器的蒸馏***；

与所述冷凝器流体连通并可操作以接收来自所述蒸馏***的至少包含水相和富含夹带剂相的多相冷凝物的冷凝物接收器，所述冷凝物接收器包括可操作以从所述冷凝物分离至少一部分水相的分离***；和

与所述蒸馏容器流体连通的结晶器，所述结晶器可操作以接收来自所述蒸馏容器的塔底液体并分离所述塔底液体中的至少一部分盐以产生盐产物和盐水组合物。

13.根据权利要求12所述的***，其中所述蒸馏容器包含水性组合物入口和夹带剂入口，并且所述蒸馏容器可操作以将所述水性组合物和夹带剂组合以产生杂共沸混合物。

14.根据权利要求12或13中任一项所述的***，其中所述蒸馏***还包括与所述蒸馏容器流体连通并布置在所述蒸馏容器和所述冷凝器之间的短程蒸馏塔。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的***，所述***还包括布置在所述蒸馏容器上游并与所述蒸馏容器流体连通的进料流结晶器，所述进料流结晶器可操作以将所述水性组合物和夹带剂组合以产生杂共沸混合物并且从所述杂共沸混合物中除去至少一部分盐以产生进料流盐产物和盐度降低的杂共沸混合物。

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