Ланина Т.Д., Литвиненко В.И., Варфоломеев Б.Г. Процессы переработки пластовых вод месторождений углеводородов

Подождите немного. Документ загружается.

Усредненный состав полученной после выпаривания соли сопоставлен с

наиболее известными товарными продуктами (табл. 4.5). Очевидно, что по со-

держанию хлорида натрия соль является товарным продуктом.

Для процесса выпаривания пластовой воды было рассчитано и подобрано

теплообменное и выпарное оборудование. Основные технико-технологические

показатели получения жидкости для промывки и глушения скважин и техниче-

ской

соли для ОАО «Тэбукнефть» приведены в табл. 4.6.

Таблица 4.6

Технико-технологические показатели процесса выпаривания

пластовой воды в ОАО «Тэбукнефть»

№

п/п

Показатель

Единицы

измерения

Значение

Годовое количество исходной пластовой

воды плотностью 1160 кг/м

тыс. м

/год 15,0

Годовое количество упаренного рассола

плотностью 1250 кг/ м

тыс. м

/год 3,0

Количество товарной технической соли

(хлорид натрия)

т/год 2500

Количество рабочих дней при условии ра-

боты установок 24 часа в сутки

раб. дней 330

Расход греющего пара с температурой 113

С, всего

тыс. т/год 41,37

в т.ч.: на подогрев тыс. т/год 26,87

на выпаривание тыс. т/год 14,50

Расход попутного нефтяного газа при ра-

боте погружной горелки

млн.

/год

0,7

7 Потребность в основном оборудовании

7.1 Вариант вакуум-выпаривания

Выпарной аппарат по техпроекту 126-

2858-02

шт. 1

Теплообменник кожухотрубный 325 ТНГ-

1,6-М8-0/25-4-2

шт. 1

7.2 Вариант погружных горелок

Выпарной аппарат с погружной горелкой

тунельного типа конструкции ВНИИГа

шт. 1

Кроме варианта вакуум-выпаривания был оценен вариант с погружной

горелкой. Для сжигания был предложен попутный газ Восточно-Савино-

борского месторождения. Удельная теплота сгорания 1 м

попутного газа Вос-

точно-Савиноборского месторождения составляет 50,18 МДж/ м

4.2. Экстракция бора

При извлечении бора из пластовых вод нефтяных месторождений необ-

ходимо располагать методами, работающими при относительно низких содер-

жаниях бора и позволяющими перерабатывать значительные объемы воды. В

таких условиях перспективна экстракционная технология извлечения бора с

применением промышленно выпускаемых аминофенолформальдегидных

олигомеров.

Экстракционная технология извлечения бора базируется на данных по

фазовому равновесию при экстракции и реэкстракции бора.

4.2.1. Фазовое равновесие при экстракции

и реэкстракции бора

Стадия экстракции. Экстракцию бора из пластовых вод осуществляли с

использованием экстрагента, представляющего собой раствор октанола в керо-

сине с добавкой Яррезина-Б (ЯРБ).

Равновесные данные по распределению бора между водой и экстрагентом

были определены для различных начальных концентраций бора в исходном

водном растворе х

(приблизительно 20, 50, 100 и т.д. до 1700 мг/л).

На основании полученных данных о равновесном распределении бора

между водой и экстрагентом определен коэффициент распределения (коэффи-

циент равновесия) для стадии экстракции: m

= у

/х

. Результаты проведенных

опытов представлены графически в диаграммах у

- х

на рис. 4.3–4.8.

При низких концентрациях бора в водной фазе (до 25 мг/л) для дистилли-

рованной воды коэффициенты распределения весьма велики (m

= 20,5 – 42,7)

при концентрациях ЯРБ 100 г/л. При использовании экстрагента с концентра-

цией ЯРБ 200 г/л линия равновесия располагается значительно выше, чем ли-

ния равновесия в случае использования экстрагента с концентрацией ЯРБ

100 г/л (рис. 4.3), коэффициенты распределения в этом случае достигают высо-

ких значений (m

> 20) и при высоких концентрациях бора в воде (до 160 мг/л).

Экспериментальные данные говорят о том, что при одинаковом числе ступеней

экстракции и удельном расходе экстрагента с концентрацией ЯРБ 200 г/л может

быть достигнута большая степень извлечения бора, чем при использовании

экстрагента с концентрацией ЯРБ 100 г/л.

Активная реакция среды (

рН) пластовых вод нефтяных месторождений

колеблется в широких пределах (рН = 3,5-8), поэтому были проведены исследо-

вания по определению влияния рН на эффективность экстракционного извле-

чения бора. Исследования были проведены для пластовых вод Сотчемьюского

месторождения, исходная рН для которых равна 3,5. Экспериментальные дан-

ные приведены на рис. 4.4. Кривая равновесия при нейтральной реакции среды

(

рН = 7,4) располагается значительно выше кривой равновесия, полученной при

рН = 3,5, коэффициенты распределения при экстракции в нейтральной среде в

несколько раз превышают их значения в кислой среде при сравнимых концен-

трациях бора в воде. Анализ результатов проведенных исследований позволяет

сделать вывод о том, что экстракцию бора из пластовых вод целесообразно

проводить в нейтральной

среде (рН = 6-8).

Рис.4.3. Равновесное распределение бора для системы дистил -

лированная вода – борная кислота – экстрагент:

1, 2 – стадия экстракции при концентрации ЯРБ 100, 200 г/л

керосина соответственно; 3,4 – стадия реэкстракции серной

кислотой для соответствующих концентраций.

Рис.4.4. Равновесное распределение бора системы пластовая

вода (Сотчемью ) – борная кислота – экстрагент:

1– при рН = 7,4; 2 – при Рн = 3,5.

Рис.4.5. Равновесное распределение бора для системы пласто -

вая вода (скв. 24) –борная кислота – экстрагент:

1,2 – на стадии экстракции при концентрации ЯРБ 100, 200 г/л

керосина соответственно;

3,4 – стадия реэкстракции серной кислотой для соответствующих

концентраций.

Рис.4.6. Равновесное распределение бора для системы пластовая

вода (скв. 24) – борная кислота – экстрагент:

1 – на стадии экстракции при концентрации ЯРБ 200г/л керосина;

2 – на стадии реэкстракции 0,1Н раствором серной кислоты;

3 – на стадии реэкстракции 0,5Н раствором гидроокиси натрия.

Рис.4.7. Равновесное распределение бора для системы пластовая вода

(Сотчемью) – борная кислота – экстрагент при рН = 3,5:

1 – на стадии экстракции;

2 – на стадии реэкстракции 0,1Н раствором серной кислоты:

3 – на стадии реэкстракции 0,5Н раствором гидроокиси натрия.

Рис.4.8. Равновесное распределение бора для системы пластовая вода

(Сотчемью) – борная кислота – экстрагент при рН = 7,4:

1 – на стадии экстракции; 2 – на стадии реэкстракции 0,1Н раствором

серной кислоты: 3 – на стадии реэкстракции 0,5Н раствором гидроокиси

натрия.

Пластовые воды Западно-Тэбукского месторождения являются наиболее

предпочтительными для использования их в качестве гидроминерального сы-

рья, поэтому были проведены исследования для пластовой воды скважины 24

этого месторождения. Результаты испытаний приведены на рис. 4.5 и 4.6. Эф-

фективность извлечения бора, коэффициент распределения для низких концен-

траций бора (до 160 мг/л) для пластовой воды значительно ниже

, чем для дис-

тиллированной воды, насыщенной ионами бора. С увеличением концентрации

бора коэффициенты распределения становятся сравнимыми для обоих типов

вод. Такая закономерность наблюдается как при использовании экстрагента с

концентрацией ЯРБ 100 г/л, так и с концентрацией 200 г/л, причем для высокой

концентрации ЯРБ она наиболее выражена. Снижение эффективности извлече-

ния

бора из пластовой воды объясняется ее высокой минерализацией

(М = 231,7 г/л). Состав пластовой воды скв. 24 приведен в нижерасположенной

по тексту таблице 4.7. Существенного изменения основного ионного состава

воды в результате экстракции бора не происходит. Литий в этих условиях прак-

тически не экстрагируется.

Таблица 4.7

Состав пластовой вод скв. 24 до и после экстракции

Содержание, мг/л

Ионный состав воды

Исходная пластовая вода

Пластовая вода после

экстракции

HCO

122,0 170,8

408,6 269,7

144130,0 142380,0

22000,0 22000,0

3648,0 2509,2

61421,8 62329,6

20,46 19,05

Минерализация 231730,4 229659,3

Стадия реэкстракции. Исследовалась кислотная (1 н водный раствор

) и щелочная (0,5 н водный раствор NaOH) реэкстракция бора из экстра-

гента. На основании полученных данных о равновесных концентрациях на ста-

дии реэкстракции были рассчитаны коэффициенты распределения бора для

стадии реэкстракции: m

= х

/у

, где х

– равновесная концентрация бора в

1 н водном растворе H

или 0,5 н водном растворе NaOH, мг/л; у

– равно-

весная концентрация бора в органической фазе после реэкстракции, мг/л.

Результаты проведенного определения равновесных концентраций на

стадии реэкстракции представлены на рис. 4.9, 4.10.

Коэффициенты распределения стадии реэкстракции имеют относительно низ-

кие значения, как в кислой, так и в щелочной среде. Использование раствора

гидроокиси натрия наиболее предпочтительно для стадии реэкстракции, т.к.,

во-первых, эффективность реэкстракции в этом случае выше (кривая равнове-

сия располагается ниже, рис. 4.10) и, во-вторых, товарным продуктом является

перборат натрия (NaBO

), рыночная стоимость которого и потребность в на-

родном хозяйстве выше, чем для борной кислоты (Н

ВО

) – товарного продукта

в случае использования для реэкстракции 1 н раствора серной кислоты.

Рис.4.9. Равновесное распределение бора для системы вода –

борная кислота – экстрагент на стадии экстракции:

1, 3 – для пластовой (скв.24) и дистиллированной воды с исполь-

зованием чистого экстрагента; 2,4 – для пластовой (скв.24) и дистилли-

рованной воды с использованием регенерированного экстрагента.

Рис. 4.10. Равновесное распределение бора в органической и водной

фазах на стадии реэкстракции для пластовой воды (скв. 24):

1,2 – реэкстракция 0,5Н раствором гидроокиси натрия при исполь-

зовании чистого и регенерированного экстрагента на стадии экстракции;

3,4 – реэкстракция 0,1Н раствором серной кислоты при использовании

чистого и регенерированного экстрагента на стадии экстракции,

соответственно.

Регенерация экстрагента. Технологическая схема переработки пластовых

вод месторождений углеводородов предусматривает использование регенери-

рованного экстрагента на стадии извлечения бора. В лабораторных условиях

были проведены исследования по определению показателей фазового равнове-

сия при экстракции бора из исходных растворов регенерированным экстраген-

том и определению его экстрагирующей способности при многократном ис-

пользовании.

На стадии регенерации

экстрагент смешивали с 0,05 н раствором серной

кислоты в случае реэкстракции бора щелочью или с 0,1 н раствором NaOH при

кислотной реэкстракции до достижения рН раствора близкой к нейтральной, в

обоих случаях. Затем определяли показатели фазового равновесия в процессе кон-

тактирования исходных водных растворов бора с регенерированным экстрагентом

и процесса реэкстракции бора из

экстрагента водным раствором серной кислоты.

Экстрагирующая способность регенерированного экстрагента была оп-

ределена как для системы: Н

ВО

– дистиллированная вода – экстрагент (дан-

ные МГАТХТ им. М.В. Ломоносова), так и для системы: Н

ВО

– пластовая

вода (скв. 24) – экстрагент. Результаты опытов по определению фазового рав-

новесия с использованием регенерированного экстрагента представлены гра-

фически на рис. 4.9.

Как следует из экспериментальных данных, фазовое равновесие при ис-

пользовании регенерированного экстрагента практически не отличается от со-

ответствующего при работе со свежим экстрагентом как для дистиллированной

воды, так и для

пластовой воды (скв. 24).

4.2.2. Исследование работы установки для извлечения

бора из пластовых вод

Специфика аппаратурного оформления процессов извлечения бора опре-

деляется относительно низкими концентрациями (10-50 мг/л) и огромными по-

токами обрабатываемых пластовых вод (несколько млн. м

в год для каждого

месторождения). В процессе концентрирования растворов соотношение пото-

ков исходных пластовых вод и реагента должно находится на уровне 5 ÷ 20.

Для решения этой задачи разработан, изготовлен и испытан 4-х ступенчатый

ящичный противоточный экстрактор непрерывного действия. Выбранная кон-

струкция позволяет проводить эксперимент в условиях ограниченного объема

рабочих растворов и

экстрагента и осуществлять рециркуляцию фазовых пото-

ков в ступенях. Принципиальная схема экспериментальной установки приведе-

на на рис. 4.11.

Технические характеристики установки следующие. Габариты: длина

600 мм, ширина 300 мм, высота (общая) 310 мм. Объемы: смесительной камеры

0,0003 м

, отстойной камеры – 0,0012 м

, смесительно-отстойной секции –

0,0015 м

, общий – 0,006 м

. Скорость вращения турбинной мешалки –

50042000 об/мин. Масса установки – 15,5 кг. Ориентировочная производитель-

ность установки по сумме потоков составляет 0,01 ÷ 0,02 м

/час.

Рис. 4.11. Принципиальная схема экстракционной установки ящичного

экстрактора

1 – емкость тяжелой фазы; 2 – емкость легкой фазы; 3 – ящичный экс-

трактор; 4, 5, 8 – ротаметры; 6, 7, 10 – пробковые краны; 9 – емкость

приема рафината; 11 – емкость приема экстракта; 12 – воздушники

1011

100

В качестве блока привода используется коллекторный (щеточный) двига-

тель типа МУН-2 мощностью 0,1 кВт и делающий n = 1200 об/мин.

В первую ступень экстрактора (3) подается тяжелая фаза, представляю-

щая собой пластовую воду из емкости (1), через ротаметр (4). В 4-ю ступень

экстрактора (3) подается легкая фаза, представляющая собой раствор ЯРБ в

смеси керосина и октанола, из емкости

(2) через ротаметр (5), которым измеря-

ется расход жидкости. Регулировка расхода экстрагента и воды осуществляется

пробковыми кранами (6,7). После проведения процесса экстракции рафинат

выводится из 4-й ступени экстрактора (3) через ротаметр (8) в приемную ем-

кость (9). Пробковым краном (10) поддерживается равенство расходов исход-

ного водного раствора и рафината, за счет чего обеспечивается постоянство

уровней тяжелой фазы

в экстракторе (3).

Экстракт выводится через переливной карман 1-й ступени экстрактора

(3) в приемную емкость (11). В смесительной камере 1-й ступени ящичного

экстрактора (3) исходная вода смешивается с экстрагентом, выходящим из

отстойника 2-й ступени. Благодаря наибольшей концентрации бора в воде,

на выходе из 1-й ступени концентрация его будет наивысшей и близкой к

равновесной по

отношению к концентрации в исходной воде. Из смеситель-

ной камеры эмульсия самотеком поступает в отстойник, где органическая

легкая фаза отделяется от тяжелой водной. Водная фаза перетекает во 2-ю

ступень, а органическая фаза через верхний переливной карман выводится

из экстрактора.

Экстрагент в смесительную камеру 2-й ступени поступает из отстойника

3-й ступени.

После смешения эмульсия перетекает в отстойник, а из него отде-

лившаяся водная фаза направляется в смесительную камеру 3-й ступени, куда

из отстойника 4-й ступени поступает экстрагент.

После прохождения смесителя и отстойника 3-й ступени вода поступает в

смесительную камеру 4-й ступени, а экстрагент – в смесительную камеру 2-й

ступени. В смесительную камеру 4-й

ступени подается исходный экстрагент

(свежий или регенерированный после реэкстракции). По выходе из отстойника

4-й ступени экстрагент поступает в смесительную камеру 3-й ступени, а водная

фаза (рафинат) выводится из экстрактора.

Таким образом, в каждой отдельно взятой ступени аппарата (смеси-

тель-отстойник) наблюдается прямоточное прохождение жидкостей, что об-

легчает гидродинамические условия

работы аппарата. В целом же схема про-

хождения всех ступеней аппарата каждой из фаз (1-П-Ш-IV – для маточного

раствора и IV-Ш-П-1 для экстрагента) является противоточной и обеспечива-

ет высокие массообменные показатели процесса экстракции (∼ 4 действи-

тельные ступени).

При значительном соотношении объемных расходов фаз (V

>> 1) при

среднем положении границы раздела фаз необходимо выровнять линейные

скорости этих потоков в аппарате, т.к. иначе могут ухудшиться условия рас-

слаивания. Это достигается применением рециркуляции фазы с меньшим рас-

ходом.