Комплексная переработка пластовых вод
Комплексная переработка пластовых вод
При удалении токсичных неорганических компонентов из пластовых
вод необходимо учитывать, что они являются ценным химическим сырьем,
и экологическая проблема удаления токсикантов становится важной народно-хозяйственной проблемой освоения гидроминерального сырья нефтяных месторождений. Практический интерес в пластовых водах представляют бор, магний, литий, йод и бром.
Комплексная схема переработки. При разработке технологий переработки пластовых вод необходимо установить перечень извлекаемых
компонентов, очередность их извлечения и выбрать технологии извлечения, т.е. разработать комплексную технологическую схему переработки
пластовых вод нефтяных месторождений.
Необходимыми условиями практической реализации комплексной
схемы являются простота и надежность стадий; доступность сырья; экономичность; применение стандартного оборудования; получение товарных продуктов высокого качества.
В основу технологии извлечения бора положен метод экстракции с
применением промышленно выпускаемых аминофенолформальдегидных
олигомеров. Высокое содержание
хлорида кальция в пластовых водах нефтяных
месторождений предопределяет необходимость
опробования известкового метода извлечения магния. Литий целесообразно
извлекать методом хемосорбции
на активном гидроксиде алюминия. В основу
извлечения галогенов положены метод воздушной
десорбции для извлечения брома и ионный
обмен для извлечения йода. Специфика
обозначенных выше методов переработки
пластовой воды определяет очередность
извлечения компонентов:
бор → магний → литий → йод → бром. Очистка
от нефти предшествует
всем стадиям по причине недопущения загрязнения
товарных продуктов и экстрагента органикой
и для повышения доли извлекаемого йода.
Бор извлекается первым из-за относительно
низкой концентрации и возможности потерь
на последующих стадиях. Кроме того, бор
должен извлекаться до извлечения магния,
являющегося эффективным высаливателем
бора при экстракции. Операции подкисления
и окисления пластовой воды предопределили
извлечение йода и брома
в конце технологического процесса. По
мере повышения окислительно-
Кроме того, основополагающим принципом разработки комплексной
схемы является автономность каждой стадии и возможность ее отдельной
промышленной реализации. Разработанная комплексная технологическая
схема переработки пластовых вод нефтяных месторождений приведена на
рис. 1
Экстракция бора.
При разработке технологии извлечения бора из пластовых вод нефтяных месторождений необходимо располагать методами, работающими
при относительно низких содержаниях бора, и определиться с товарным
видом продукта.
Рис.1. Комплексная технологическая схема переработки пластовых
вод нефтяных месторождений
В качестве стадии извлечения бора из пластовых вод рекомендуется
экстракция аминофенолформальдегидными олигомерами (раствором Яррезина Б в смеси керосина и октанола).
Стадию экстракции целесообразно проводить в 4-х ступенчатом
ящичном экстракторе. Начальная концентрация бора в пластовой воде –
20 мг/л, конечная – 3-4 мг/л, что соответствует степени извлечения 80%.
Экстракцию проводят при рН = 7,0-7,5 (при экстракции в слабокислых
средах при рН = 3,5 коэффициент распределения mэ уменьшается
в 1,4-1,5 раза). Соотношение расходов органической фазы (экстрагента)
к водной составляет Vo:Vв=1:15. Температура процесса 15-25°С.
В непрерывном цикле на стадию экстракции бора поступает регенерированный экстрагент после отмывки серной кислотой с остаточной концентрацией бора 35-40 мг/л и насыщается на стадии экстракции бора
до 275-280 мг/л. Пластовая вода после расслаивания утилизируется, экс-
тракт направляется на реэкстракцию.
Реэкстракция бора проводится 0,5н раствором гидроокиси натрия в
4-х ступенчатом экстракторе при соотношении органической и водной фаз
Vo:Vв=1:2,5, при этом степень извлечения составляет 85%. Экстрагент с
концентрацией бора 35-40 мг/л поступает на стадию регенерации, реэкстракт с содержанием метабората натрия NaBO2 3,48-3,5 г/л - на стадию вы-
паривания.
Регенерация экстрагента сводится к нейтрализации остаточной
щелочности экстрагента 0,1н раствором серной кислоты. Процесс проводится в непрерывном режиме в одноступенчатом ящичном экстракторе
при продолжительности контакта фаз 15 мин и соотношении органической
и водной фаз Vо:Vв=1:1.
Выпаривание раствора метабората натрия проводится в вакуум-
выпарной установке до концентрации NaBO2 18%. Упаренный раствор
охлаждается в теплообменнике до t=15-20°С и поступает в реактор для
осаждения пербората натрия.
Ионообменное извлечение йода. Дефицит кристаллического йода
(3000 т/год) и отсутствие его производства в России предопределяют ос-
воение новых сырьевых источников на йод. При этом производство йода
можно организовать на базе пластовых вод нефтяных месторождений как
дополнение к производству брома, так и отдельно.
В принципе, йод из подземных вод можно извлечь угольно-адсорбционным, воздушно-десорбционным и ионообменным методами.
Общими для всех методов являются стадии подкисления воды, окисления
йодид-иона до молекулярного состояния и переработки йодных концентратов (кристаллизация и обезвоживание).
Угольно-адсорбционный и ионообменный методы используются для
переработки вод с температурой ниже 40°С, воздушно-десорбционный -
при извлечении йода из термальных вод.
Угольно-адсорбционный метод трудоемок и практически не автоматизируем, такие производства выводятся из действия.
Ионообменный метод был опробован на Ново-Нефтечалинском
йодобромном и Бакинском йодном заводах. Сорбция йода осуществлялась
в каскаде аппаратов с циркулирующим слоем ионита. Производство йода
ионообменным методом имеет высокую степень механизации, может быть
полностью автоматизировано.
Учитывая температуру исходной воды (до 40°С) и относительно
низкую концентрацию йода (10-15 мг/л), для извлечения йода из пластовых вод нефтяных месторождений рекомендуется ионообменный метод.
Присутствие бикарбонат ионов определяет щелочность промышленной воды, поэтому в производстве йода, для предупреждения гидролиза
йода, предусматривается подкисление промышленной воды.
Экспериментальная зависимость водородного показателя рН от объема серной кислоты имеет перегиб в точке рН = 4,0. Для достижения рН = 2,2 на 1 л промышленной воды требуется около 3,5*10-3 г-ионов водорода, из них около 1,9*10-3 г-ионов расходуется на нейтрализацию щелочности. Для автоматизации процесса подкисления промышленной воды расход кислоты рекомендуется регулировать по величине рН пределах 2,2-3,5.
В результате анализа опыта производства йода разными методами,
состава и технологических свойств пластовых вод нефтяных месторождений, возможностей аппаратуры, используемой на существующих производствах, разработана технологическая схема переработки воды ионообменным методом. Подкисление и окисление пластовой воды осуществляется подачей соляной кислоты и гипохлорита натрия.
Окисленная по уравнению
MgI2 + 2NaClO + 4HCl = I2 + MgCl2 + 2NaCl + Н2О
пластовая вода, содержащая молекулярный йод, подается в каскад адсорберов, где йод сорбируется ионитом АМП, а сбросная вода поступает в
смолоуловитель и далее может перерабатываться на извлечение брома.
Для обеспечения циркуляции ионита в аппаратах и передачи пластовой
воды из аппарата в аппарат в центральную эрлифтную трубу каждого аппарата подается воздух.
Из первого по ходу воды аппарата насыщенный йодом ионит периодически с помощью эрлифта выгружается в десорбер.
Стадия десорбции 1 включает четыре операции:
− промывка ионита технической водой от пластовой воды;
− восстановление йода раствором сернистой кислоты H2SO3;
− промывка ионита технической водой от раствора сернистой
кислоты;
− хлоридная десорбция йодид-иона отработанной пластовой водой.
На стадии сорбции 2 производится
окисление йодид-иона гипохлоритом, расход
которого контролируется по окислительно-
Стадия десорбции 2 аналогична десорбции 1 за исключением того,
что на десорбцию поступает более насыщенный йодом ионит и после об-
работки его раствором сернистой кислоты нарабатываются более крепкие
концентраты.
Полученные йодные концентраты после фильтрации подаются в
кристаллизатор. Для окисления йодид-иона в кристаллизатор при постоянном перемешивании подается раствор гипохлорита натрия. После аналитического определения полноты окисления содержимое кристаллизатора сливается на нутч-фильтр, где происходит отделение кристаллов йода отматочного раствора.
Очистка кристаллов йода от остаточных примесей и влаги осуществляется в правителе с помощью концентрированной серной кислоты, подогретой в теплообменнике до 120°С. Йод загружается в верхнюю часть плавителя, плавится в нем, отстаивается и через гидрозатвор выводится снизу аппарата в полиэтиленовые двойные мешки, помещенные в барабаны.
Выход йода по стадиям составляет: окисление – 80%; сорбция 1 –
90%; десорбция 1 – 99%; сорбция 2 – 98%; десорбция 2 – 99%; кристаллизация – 98%; плавка – 98%.
Конечный продукт – йод реактивный по ГОСТ 4159-79 марки «чда»
с массовой долей I2 не менее 99,5%. Используется в медицине, в производстве кинофотоматериалов, каучука и др.
Извлечение брома.
Большую часть добываемого в мире брома (90 –95%) добывают из гидроминерального сырья. Однако в настоящее время бром в России не производится. Производимая в Туркмении и Азербайджане продукция низкого качества. Потребность в броме по России сохраняется на уровне 50 тыс. т/год.
Для организации производства брома из пластовых вод нефтяных
месторождений принципиален вопрос о выборе промышленной технологии и получении основных показателей процесса. Бромид перед извлечением предварительно окисляют до элементарного брома (окислителем в
промышленных условиях обычно является газообразный хлор).
Элементарный бром из рассолов добывают следующими способами: отгонкой с водяным паром; выдуванием (десорбцией) с помощью воздуха или инертного газа; экстракцией растворителями, не смешивающимися с водой; осаждением в виде труднорастворимых соединений. Воздушной десорбцией можно получать бром из рассолов с невысоким его содержанием, но при этом необходимы дополнительные затраты реагентов на улавливание брома из бромовоздушной смеси железной стружкой, а также дополнительная стадия – переработка полученного продукта на элементарный бром. Тем не менее, воздушно-десорбционный метод нашел широкое применение в отечественной практике.
о разработанной технологии общий выход брома составляет 86,8%.
Попутно добываемую пластовую воду подкисляют соляной кислотой до рН = 2,5. Образовавшийся диоксид углерода (массовая концентрация
65-72 г/м3) выдувают воздухом
в аппарате с
насадкой. Степень десорбции 100%. Воздух с массовой концентрацией диоксида углерода 1 г/м3 выбрасывают в атмосферу.
Бромид окисляют до брома гипохлоритом натрия. Объемный расход
кислоты и гипохлорита натрия
регулируют по окислительно-
Окисленную воду направляют на стадию воздушной десорбции.
Применение метода воздушной десорбции обусловлено относительно низ-
кой концентрацией бромида в пластовых водах нефтяных месторождений
и высокой температурой воды (40°С). Обезбромленная вода поступает на
дегалоидирование и нейтрализацию. В разработанной технологии в качестве нейтрализующего реагента вместо извести используют аммиачную воду. Преимущества ее по сравнению с известью заключаются в отсутствии неутилизируемых отходов и возможности полной автоматизации процесса. Пластовая вода после нейтрализации в сбросном трубопроводе закачивается в пласт для поддержания пластового давления.
Бромовоздушную смесь подают в абсорбер, орошаемый бромид-
броматным раствором , на стадию абсорбции брома.
В разработанной технологии в качестве восстановителя предложено
использовать гидроксид натрия.
Варианты воздушно-десорбционного метода получения брома на
стадии абсорбции отличаются способом поглощения брома из бромовоз-
душной смеси. Известны поглотители: смесь кислот (восстановитель - диоксид серы), гидроксид натрия, карбонат натрия, бромид железа, железная
стружка. Гидроксид натрия обладает существенными преимуществами перед бромидом железа и железной стружкой – возможностью полной автоматизации производства и отсутствием неутилизируемых отходов.
При использовании гидроксида натрия на стадиях абсорбции брома
основная реакция следующая:
Br2 + 6 NaOH = 5 NaBr + NaBrO3 + 3 H2O.
Часть бромид-броматного раствора отводят на выделение брома.
Бром выделяется в кислой среде по окислительно-восстановительной
реакции:
5 NaBr + NaBrO3 + 6 HCl = 3 Br2 + 6 NaCl + 3 H2O.
Его десорбируют водяным паром. Образовавшуюся паробромную
смесь направляют на конденсацию и бромоотделение.
По разработанной технологии из полученного брома предусмотрено
производство бромпродуктов: бромистого кальция по известковой технологии или декабромдифенилоксида (антипирена). Бромистый кальций
применяется в бурении как добавка к буровому раствору; антипирен защищает материалы органического происхождения от воспламенения.
Для получения декабромдифенилоксида (ДБДФО) предложено бромирование дифенилоксида в избытке брома в присутствии катализатора - алюминиевой пудры:
C12H10O + 10 Br2 = C12Br10O + 10 HBr.
Синтез осуществляют при температуре окружающей среды. Газообразные продукты реакции, представляющие собой смесь бромистого водорода и брома, поступают в обратный холодильник, охлаждаемый захоложенной водой. Несконденсировавшиеся газообразные продукты после обратного холодильника поступают в колонну получения бромистоводородной кислоты. После достижения 30-35% концентрации по HBr раствор откачивается на переработку.
Разработан целый комплекс технологий извлечения компонентов для
исходных концентраций элементов, характерных для попутных вод нефтяных месторождений. Рекомендуемые технологии извлечения приведены в
табл. 1
ОПИСАНИЕ ЙОДОБРОМНОГОПРОИЗВДСТВА
Воздушно-десорбционный способ извлечения йода из гидроминерального сырья основан на довольно высокой упругости паров йода над промышленной водой, содержащей йод. что позволяет осуществлять процесс десорбции йода из воды потоком воздуха.
Технологическая схема производства йода включает следующие стадии:
- Подкисление промышленной воды минеральной кислотой (серной, соляной) для подавления гидролиза йода;
- окисление йодида до элементарного йода (хлором, гипохлоритом. нитритом);
- десорбция йода из воды воздухом:
- абсорбция йода из воздуха абсорбентом, содержащим химически активный компонент (диоксид серы, сульфит натрия, щёлочь):
- кристаллизация йода ив абсорбента (хлором, бихроматот. Бертолетовой соль. кислотой):
- обезвоживание и очистка йода
Основу промышленных установок составляют насадочные башни и абсорбции йода, через которые вентилятором продувается поток воздуха. Конструкции башен, массообменных насадок оросителей и брызгоотбойников в этих башнях весьма разнообразны. В России и на Урале освоено производство современного оборудования из титана и полимерных материалов, обеспечивающего технический уровень производства йода воздушно-десорбционным способом соответствующий лущим зарубежным аналогам
Воздушно-десорбционный способ прост, позволяет легко автоматизировать технологический процесс, обеспечивает высокое качество продукции, аппаратура высокопроизводительны и компактна.
Отечественный и зарубежный опыт эксплуатации йодных производств показал, что в ряде случаев (при концентрации йода в воде 20 - 60 мг/дм3 > при переработке промышленных вод с температурой выше 30-35 °С) воздушно-десорбционный способ экономичнее других, так как при повышении температуры увеличивается упругость паров йода над водой, сокращается требуемый расход воздуха и. соответственно, расход электроэнергии на процесс извлечении йода. Для вод с более высокой концентрацией йода воздушно-десорбционный способ экономически оправдан и при более низкой температуре воды- Данная технология высокоэффективна и безотходна.
Лучшими аналогами разрабатываемого производства йода по достигаемым показателям в СНГ является действующее производство на Троицком йодном заводе, за рубежом в Японии—«на заводе фирмы «Исе Качаку коге» (табл. 1).
Наименование показателей и единицы |
СНГ |
Японии |
Разрабатываемое производство |
Температура *с |
40.0 |
— |
40-45 |
|
Массовая концентрация
йодида в сырье, мг/дм3 |
53.9 |
100-120 |
45 |
Степень окисления. * о |
96.8 |
98-99 |
97,5 |
Степень десорбции• о |
94.2 |
- |
94.0 |
Степень извлечения из сырья. % |
91.2 |
89-92 |
91.0 |
Выход в готовый продукт |
86-87 |
86-88 |
89,75 |
Технологической схемой производства предусмотрено получение на промплощадке йода марки «ч». Переработка йода на йодопроизводные может осуществляться в ОАО «Люминофор», где имеется необходимое оборудование и отработанная технология.
Аппаратурное оформление технологического процесса включает в себя типовое оборудование, выпускаемое промышленностью. Основные аппараты разработаны и могут быть изготовлены КНПО «Иодобром» (г. Саки).
При создании производства на участках Восточного Предкавказья возможно использование ионообменного способа извлечение йода из промышленных вод, позволяющего проводить деактивацию природных и техногенных вод Способ основан на высокой адсорбционной емкости отдельных ионообменных смол по йоду. Принципиальная технологическая схема производства включает подстадии подкисления воды, окисления йодида кристаллизации, обезвоживания и очистки йода. В разных странах в промышленности используются различные ионообменные смолы, в странах СНГ обычно применяются аниониты АМП и АВ- 17x8.
Ионообменный способ обеспечивает хорошее качество готового продукта, возможность автоматизации процесса, а также возможность проведения процесса извлечения йода при пониженной кислотности промышленной воды, и в некоторых случаях ,при щелочной воде.
В промышленном масштабе ионообменный способ производства применяется в Болгарии. на некоторых заводах в Японии, на Ново – Нефтечалинском йодо-бромном заводе в Азербайджане.
Специалистами разработаны новые технологии и новые разновидности смол, позволяющие вести процесс сорбции практически непрерывно, а пластовая вода после фильтрации практически не меняет своего состава в отношении других компонентов, что позволяет подвергать ее дальнейшей переработке. Эти разработки повышают технико-экономические показатели переработки гидроминерального сырья, однако требуют постановки специальных лабораторных работ для определения параметров технологического процесса.
Технология и аппаратура извлечения брома аналогична извлечению йода.
3.Использование: Изобретение
относится к способам
Изобретение относится к способам извлечения брома из бромсодержащих растворов солей, в частности, из пластовой воды нефтяного месторождения.
Известен способ получения брома с подогревом рассола, что позволяет увеличить степень извлечения брома (Таран Ю.А. и др. Химическая технология и инжиниринг производства неорганических соединений йода, брома и марганца. - М.: НИИТЭхим, 1989, с. 5).
Недостатком известного
способа является низкая
Наиболее близким техническим
решением предлагаемому
Недостатком данного
способа является повышенный
расход хлора на окисление
органических веществ, присутствующих
в пластовой воде нефтяного
месторождения, вспенивание в процессе
хлорирования и продувки
Целью предлагаемого
изобретения является снижение
содержания органических
Поставленная цель
достигается тем, что в способе
получения брома из пластовой
воды нефтяного месторождения, включающем
нагревание пластовой воды, содержащей
бром, хлориды кальция, магния, хлорирование
с одновременном подачей
Суть предлагаемого изобретения заключается в том, что в процессе выпаривания пластовой воды, содержащей 1 - 2% органических веществ, удаляется большая часть этих веществ при соблюдении трех условий: повышение плотности жидкости до 1,35 г/см3 и более, снижение pH до 1 0,1 и интенсивное кипение жидкости с отбором пара под вакуумом. Такой режим выпаривания реализуется на вакуум-выпарной установке после кристаллизации 98% хлористого натрия и отгонки 85% воды, содержащейся в исходной пластовой воде. В этом заключается отличие предлагаемого технического решения от известных способов получения брома, которое (отличие) позволяет снизить содержание органических веществ в пластовой воде в 7 - 10 раз и обеспечить получение технического брома марки Б по ГОСТ 454 - 76. Другим ожидаемым положительным эффектом от использования предлагаемого способа является повышение концентрации брома в исходном сырье перед хлорированием в 6 - 9 раз.
Известно, что органические вещества (преимущественно это полярные асфальтосмолистые компоненты нефти) в пластовой воде нефтяного месторождения присутствуют в трех фазовых состояниях: растворенном (молекулы), коллоидном (мицеллы) и мелкодисперсном (глобулы эмульсии). В лабораторных условиях было обнаружено, что при достижении пересыщения жидкости относительно хлоридов кальция и магния (при плотности 1,35 г/см3 и более) водородный показатель - pH снижается скачком с 2 до примерно 1. Пересыщение жидкости создается искусственно и поддерживается циркуляцией при интенсивном парообразовании во всем объеме жидкости под действием вакуума. Как следствие, происходит выделение органических примесей из объема жидкости и всплытие в виде пленки, которая разрушается и уносится паром. Потеря устойчивости растворов органических веществ в пластовой воде обусловлена снижением pH, увеличением плотности и достижением пересыщения неорганических солей (кальция, магния и натрия). Снижение pH до 1 способствует переходу асфальтогеновых кислот в нерастворимое состояние. Увеличение плотности дисперсионной среды (воды) облегчает всплытие глобул дисперсной фазы и приводит к разрушению эмульсии. Увеличение концентрации неорганических солей (кальция и магния) до состояния пересыщения способствует потере устойчивости коллоидной системы и переходу мицелл полярных асфальтосмолистых компонентов в мелкодисперсное состояние с последующим удалением.
Таким образом происходит удаление органических веществ в процессе вакуумной выпарки при использовании в качестве бромсодержащего сырья пластовой воды нефтяного месторождения.
Пример конкретного
исполнения. Пластовую воду нефтяного
месторождения с плотностью 1,18, содержащую
бромиды, хлориды кальция, магния, натрия
и калия, а также органические
примеси (1 - 2%), предварительно подогревают
до температуры 103 - 105oC. Подогретую
пластовую воду подают в
Использование предлагаемого
изобретения позволяет

- Комплексная переработка птицы
- Комплексная программа
- Комплексная реабилитация детей с ДЦП в специальных учреждениях
- Комплексная реконструкция и эксплуатация зданий и сооружений
- Комплексная реконструкция и эксплуатация зданий и сооружений
- Комплексная реконструкция и эксплуатация зданий и сооружений
- Комплексная система обеспечения экономической безопасности предприятия
- Комплексная оценка труда менеджеров
- Комплексная оценка управления персоналом
- Комплексная оценка уровня качества
- Комплексная оценка физического здоровья человека
- Комплексная оценка финансового состояния организации
- Комплексная оценка эффективности работы персонала организации
- Комплексная переработка крахмалосодержащего пищевого сырья