CC BY
114
УДК 628.54 (470.13)
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ВЫДЕЛЕНИЯ МАГНИЯ ИЗ ПЛАСТОВЫХ ВОД МЕСТОРОЖДЕНИЙ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ
Т.Д. ЛАНИНА, О.А. КАРМАНОВА, Е.С. КОМИССАРОВА
Ухтинский государственный технический университет, г.Ухта
Попутные и пластовые воды нефтяных и газоконденсатных месторождений Тимано-Печорской провинции содержат кондиционные концентрации магния. В лабораторных условиях отработаны оптимальные условия извлечения магния известковым методом из пластовых вод Вуктыльского газоконденсатного месторождения. Применение акрилового флокулянта на стадии осаждения позволяет разрушить коллоидный осадок гидроокиси магния, размеры частиц осадка возрастают в 12 и более раз, удельное сопротивление при фильтровании снижается на порядок, при этом эффективность извлечения составляет практически 100 %. На основании проведенных исследований разработана технологическая схема выделения магния из пластовой воды в виде оксида магния.
Ключевые слова: пластовая вода, известковое молоко, осаждение, среднегеометрический диаметр, удельное сопротивление осадка, константы фильтрования, флокулянт
T.D.LANINA, O.A.KARMANOVA, E.S. KOMISSAROVA. INTENSIFICATION OF THE PROCESS OF MAGNESIUM EXTRACTION FROM STRA-TAL WATERS OF HYDROCARBON RAW MINERAL DEPOSITS
Passing and formation water of hydrocarbon raw fields has conditioned concentration of magnesium in its composition. The optimal conditions of magnesium extraction by lime method from formation water of Vuktylsky gas-condensate field have been worked out in the laboratory. The usage of acryl flocculant at the stage of deposition allows to destroy colloid deposit of magnesium hydroxide, the deposit particles grow 12 times and more, specific resistance during filtration goes down very much, at the same time the effectiveness of extraction is practically 100 %. On the basis of the tested researches the technological scheme of magnesium isolation from formation water in a kind of magnesium oxide has been developed.
Key words: formation water, lime milk, deposition, average geometrical diameter, specific resistance of deposit, absolute symbols of filtration, flocculant
Потребление магния в мире постоянно растет. Магний занимает особое место среди металлов, так как обладает уникальными свойствами: в сплавах этот металл более стоек к нагрузкам и агрессивным средам, в полтора раза легче чем его основной конкурент алюминий, и кроме того, магниевые сплавы более стойки к механическим нагрузкам [1].
Использование магния сдерживалось его относительной редкостью в рудах и технологической сложностью изготовления сплавов и литья готовых изделий. В последние годы, когда в отдельных марках автомобилей удалось использовать до 122 кг магния (например, в Ford Р2000 используется 103 кг) против 2 кг прежде, работы по извлечению магния из гидроминерального сырья получили новое развитие. Магний применим в авиации, ракетной и космической технике. Область применения хлористого магния: строительство, противогололедные материалы, очистка воды при производстве химической продукции, металлургия, нефтегазодобыча, сельское хозяйство, энергетика и др.
В настоящее время потребности России в этих продуктах покрываются импортными поставками из Европы, США и Израиля. В России только
Соликамский магниевый завод в Пермской области и Ависма в Березниках производят магний. Маркетинговые исследования показывают, что спрос на магний велик как в России, так и за ее пределами, и он растет примерно на 8-10 % в год, что делает данный рынок чрезвычайно перспективным.
Пластовые воды газоконденсатных месторождений Тимано-Печорской провинции содержат кондиционные концентрации магния, лития, бора [2]. Потенциальные ресурсы этих элементов огромны - ежегодный объем попутно добываемых пластовых вод в России составляет 800 млн. м3.
Острый дефицит упомянутых элементов, ограниченность рудных запасов, и практически, неисчерпаемые их запасы в пластовых водах делают работы по отработке технологических решений и созданию технических средств переработки гидроминерального сырья высоко актуальными.
Анализ фактических данных по составу пластовых вод месторождений углеводородов позволяет отнести их к гидроминеральному сырью и диктует необходимость постоянного наблюдения за их составом, чтобы своевременно определить объект эксплуатации и использовать продукцию скважин для получения магниевых солей. Пластовая вода
0/г
Вуктыльского и Лай-Вожского (концентрация магния в них составляет 2116 мг/л и 1964 мг/л соответственно) газоконденсатных месторождений ООО «Севергазпром» содержит кондиционные концентрации магния.
Для извлечения магния из пластовой воды выбран известковый метод, который заключается в осаждении гидроокиси магния из минерализованных вод 10%-ным раствором известкового молока. Растворимость гидроокиси магния [3] значительно меньше растворимости гидроокиси кальция, поэтому при взаимодействии хлорида магния с гидроокисью кальция реакция идет в сторону образования осадка гидроокиси магния: МдС12 + Са (ОН)2 = СаС12 + Мд (ОН)2^ .
Скорость образования и размеры кристаллов гидроокиси магния зависят от рН среды и скорости подачи известкового молока в реактор. При осаждении гидроокиси магния из разбавленных растворов можно применять метод наращивания кристаллов, заключающийся в том, что осадок гидроокиси магния в виде геля вносится в раствор, предназначенный для дальнейшего осаждения. После нескольких наращиваний осадок приобретает зернистую структуру.
Анализ результатов экспериментальных исследований показал, что оптимальное время перемешивания реакционной смеси составляет 10 мин, интенсивность подачи 10%-ного раствора известкового молока
0,13-0,15 мл/с на 1 л обрабатываемой воды. При заданном количестве известкового молока достигается практически 100 %-ный эффект извлечения магния.
Однако, даже при многократном осаждении, оптимальных условиях ввода известкового молока и условий перемешивания не удается получить легко фильтрующийся осадок, размеры частиц гидроокиси магния не превышают 40 мкм. Для интенсификации процесса осаждения применен флокулянт Praestol 2530.
Исследования были проведены для модельной пластовой воды скважин № 98, 178 и 34 Вуктыль-ского месторождения, состав которой приведен в таблице.
При оптимальных условиях перемешивания образовавшуюся суспензию обрабатывали раствором фло-кулянта с дозировкой 0,1; 0,15; 0,2 мг/л. Результаты экспериментальных исследований представлены на графиках (рис. 1).
При дозе флокулянта 0,1 мг/л, подаваемого в модельную воду, среднегеометрический диаметр частиц составил 251 мкм для скважины № 178; 280 мкм -для скважины № 98; 290 мкм - для скважины № 34, при дозе флокулянта в количестве 0,15 мг/л - 343 мкм
Состав модельных пластовых вод Вуктыльского ГКМ
№ скв. Содержание ионов, мг/л
Са2+ Мд2+ Na+ + К+ НСОэ- О ф. - С1-
178 13500,0 2700,00 70413,81 48,8 221,6 140000,00
98 10800,0 2432,0 70612,53 48,8 446,9 134900,0
34 8240,0 2116,0 36092,0 46,0 559,2 75863,0
для скважины № 178; 325 мкм - для скважины № 98;
344 мкм - для скважины № 34. При осаждении с вве-д ением флокулянта в количестве 0,2 мг/л в модельную воду средний размер частиц равен: 357 мкм -для скважины № 178; 342 мкм - для скважины № 98;
345 мкм - для скважины № 34. Таким образом, оптимальная доза флокулянта составляет 0,15 мг/л, при этом скорость осаждения в соответствии с формулой Стокса [4] увеличится в среднем в 12-28 раз.
200 251300 Зи Ш 500 600 700 ООО
в)
Рис. 1. Дифференциальные кривые распределения частиц по размерам при дозе флокулянта: а) скважина № 34; б) скважина № 98; в)
скважина № 178.
—0,2 мг/л; 0,15 мг/л; 0,1 мг/л.
Образовавшийся осадок имеет влажность более 90 % и следующей стадией технологической схемы является фильтрование. В процессе фильтрования коллоидных осадков через фильтрующие перегородки мелкие частицы проникают в поры этой перегородки и задерживаются в ней. Величина сопротивления фильтрованию складывается из сопротивления осадка и фильтрующей перегородки [5]. Для определения технологических параметров
фильтрования экспериментально были определены величины удельного сопротивления осадка, сопротивления фильтрующей перегородки. Удельное сопротивление осадка для скважины № 98 составляет 1492 1010 м/кг, в случае применения флокулян-та Praestol 2530 - 110 1010 м/кг, т.е сопротивление снижается практически в 14 раз.
Результаты исследований для модельной воды скважины № 98 приведены на рис. 2.
/■70, М/М
Рис. 2. Кривые для определения констант фильтрования.
0,2 мг/л; 0,15 мг/л; 0,1 мг/л.
стадию предварительной очистки от нефтепродуктов и железа. Очистка от нефтепродуктов происходит на электрофлотационной установке и в угольном адсорбере, обезжелезивание производится на фильтре с «сухой» загрузкой. Осаждение гидрооксида магния осуществляется в смесителе. Пластовая вода смешивается с 10%-ным раствором известкового молока с добавлением флокулянта. После 2-х часового контакта производится декантация и затем фильтрование осадка Мд(ОН)2 под вакуумом на нутч-фильтре. Отфильтрованный осадок отправляется в печь кальцинирования. Товарным продуктом переработки пластовых вод является окись магния.
Проект извлечения магния из пластовых вод углеводородного месторождения только для одной скважины с использованием флокулянта является рентабельным и окупается за 4,5 года, индекс доходности составляет 1,1 руб./руб. Реализация проекта позволит получить годовой объем прибыли в сумме 2852 тыс. руб.
Рис. 3. Схема извлечения магния: 1 - электрофлотатор, 2 - угольный адсорбер; 3 - фильтр с «сухой» загрузкой; 4 - воздуходувка; 5 - смеситель; 6 - насос-дозатор известкового молока; 7 - перисталлический насос-дозатор флокулянта; 8 - расходный бак флокулянта; 9 - известегасилка; 10 - электродвигатель; 11 -шаровая мельница; 12 - нутч-фильтр; 13 - печь дегидратации.
Таким образом, минимальные значения удельного сопротивления осадка получены при разности давлений Др = 98 кПа и составляют для скважины № 34 - 107 1010 м/кг, для скважины № 98 - 1101010 м/кг, для скважины № 178 - 81 1010 м/кг.
Для извлечения магния из пластовой воды принят известковый метод с двукратным наращиванием кристаллов при рН=5,4[2].
Оптимальные условия осаждения: время перемешивания 10 мин.; интенсивность подачи 10 %-ного известкового молока 0,15 мл/с на 1 л воды; двукратное наращивание кристаллов; активная реакция среды рН=5,4; доза флокулянта Praestol 2530TR 0,15 мг/л.
На основании проведенных исследований предложена схема выделения магния из пластовых вод месторождений углеводородного сырья (рис. 3). Перед извлечением магния пластовая вода проходит
Литература
1. Химическая энциклопедия/Гл. ред. И.Л.Кну-нянц и др. М.: Сов. энцикл., 1988. Т. 1-2.
2. Разработка технологии извлечения магния из пластовых вод месторождений ООО «Севергаз-пром»: отчет о НИР: 23/03 / Ухтинский гос. техн. ун-т: рук. Т.Д.Ланина. Ухта, 2003. 91 с.
3. Позин М.Е. Технология минеральных солей. Л.: «Химия», 1974. 1008 с.
4. Ланина Т.Д. Выбор технологии извлечения магния из пластовых вод на примере Вук-тыльского газоконденсатного месторождения // Бурение и нефть, 2007. № 7/8. С. 51-53.
5. Ланина ТД, Варфоломеев БГ., Карманова ОА. Особенности процесса фильтрования гидроокиси магния при переработке пластовых вод // Сб. науч. тр. к материалам VII науч.-техн. конф. Ухта, 2006. С. 49-52.
