Комплексная утилизация нефтегазопромышленных отходов для обеспечения экологической безопасности и дополнительного извлечения минерального сырья (05.10.2009)

Автор: Ланина Татьяна Дмитриевна

Изменение концентрации углекислого газа и сероводорода в очищаемом газе и абсорбенте по высоте аппарата, а также изменение температуры по ступеням абсорбера приведено на рисунке 14.

а б в

Рисунок 14 – Изменение концентраций кислых компонентов газа по ступеням абсорбера в газе (а), в абсорбенте (б) и изменение температуры абсорбента по ступеням абсорбера (в).

Очистку природного и попутного газов от H2S и СО2 целесообразно проводить в струйном абсорбере прямоточного типа. В состав струйного аппарата входят рабочее сопло 1, конфузор 2 (приемная камера), камера смешения 3 (длиной не более десяти диаметров камеры смешения), диффузор 4 и сливная труба 5 (рисунок 15).

Рисунок 15 – Схема струйного аппарата.

При использовании струйных аппаратов в качестве абсорберов рабочая жидкость (абсорбент) создает в приемной камере разрежение, в результате чего в камеру подсасывается поток абсорбируемого газа.

Расчет струйного абсорбера сводится к определению геометрических параметров струйного аппарата (диаметров сопла и камеры смешения) и гидродинамического расчета. Для очистки природного газа скв.№ 70 Печоро-Кожвинского месторождения может быть применена схема, состоящая из 3-х струйных абсорберов (каждый соответствует 1 теоретической ступени) с диаметром сопла d=0,12м, диаметром камеры D=0,19м, длина камеры смешения L=3,0м, перепад давления на выходе из сопла 0,52 МПа, время смешения 0,3 сек, величина межфазной поверхности 2500м2/м?, коэффициенты массоотдачи для жидкой и газовой фаз 1,8·10-4 м/с, и 4,15·10-4 м/с соответственно.

В седьмой главе дан анализ составов попутных и пластовых вод основных надпорядковых структур Тимано-Печорского бассейна и представлена технологическая схема их комплексной утилизации. Присутствие в воде ионов лития, магния, бора, йода и брома в кондиционных концентрациях позволяет сделать вывод о целесообразности использования попутных и пластовых вод в качестве источника дополнительного извлечения минерального сырья.

Экстракционная технологии извлечения бора из пластовых вод, работает при относительно низких концентрациях и больших объемах обрабатываемых вод. В качестве экстрагента был использован аминофенолформальдегидный олигомер Яррезин - Б, выпускаемый промышленностью. На основании равновесных данных выполнена оценка основных показателей массообменного процесса на стадиях экстракции и реэкстракции. Оценка была выполнена для пластовых вод Западно-Тэбукского и Сотчемьюского месторождений с применением ящичного экстрактора, при этом степень извлечения бора составила 70%. Для увеличения степени извлечения предложена схема непрерывной противоточной экстракции с использованием колонных аппаратов. Технологическая схема извлечения бора с применением двух экстракционных колонн, основанная на принципе дробной экстракции, представлена на рисунке 16.

Рисунок 16. Технологическая схема извлечения бора с применением экстракционных колонн: 1,2- распылительные колонны, 3,4,5- емкости сбора пластовой воды, 6-емкость для сбора обогащенного экстрагента, 7- емкость для подачи свежего экстрагента, 8-насосы для откачки пластовой воды, 9- насос для подачи свежего экстрагента, 10-насос для откачки обогащенного экстрагента.

В этом случае исходная пластовая вода последовательно проходит две стадии экстракции в модифицированных распылительных колоннах, в которые поступает свежий экстрагент после регенерации. В таблице 3 приведены параметры двухступенчатой экстракции. Построение рабочих линий стадий экстракции по данным таблицы 3 показало, что необходимое число теоретических ступеней для I стадии равно Nтеор=1,3, для II стадии – Nтеор=1,0, общая степень извлечения составляет 77%.

Стадия выделения магния при комплексной переработке пластовой воды предшествует стадии выделения лития с тем, чтобы предотвратить образование основных хлоридов магния при осаждении гидроалюмината лития хлоридом алюминия.

Параметры двухступенчатой экстракции. Таблица 3

Показатели I стадия II стадия

W, м3/час 268,26 268,26

Э, м3/час Э1= 53,65 Э2= 53,65

хн, мг/л 45 22,5

хк, мг/л х1=22,5 х2=10,4

ун, мг/л 0 0

ук, мг/л у1=112,5 у2=60,5

Степень извлечения, % ?1=50 ?2=46,3

Общая степень извлечения ?=1-х2/хн=0,77

Осаждение магния в виде гидроокиси осуществляется известковым молоком. Недостатком известковой технологии является образование коллоидного трудно фильтрующегося осадка. Для повышения эффективности извлечения и снижения эксплуатационных затрат были выполнены экспериментальные исследования с целью получения легко фильтрующегося осадка. Экспериментальные исследования выполнялись для модельных вод, составы которых приведены в таблице 4.

Состав пластовых (модельных) вод Вуктыльского ГКМ Таблица 4

№ скв. Содержание ионов, мг/л

Са2+ Мg2+ Na+ + К+ НСО3- SO42- Сl-

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

Укрупнение размера частиц гидроокиси магния (от 40 до 260-350 мкм) и значительное снижение удельного сопротивления осадка было достигнуто при двукратном последовательном осаждении с применением акрилового флокулянта в концентрации 0,15 мг/л.

Пластовая вода, отделенная от осадка гидроокиси магния поступает на стадию извлечения лития. Для разработки технологии извлечения лития из пластовой воды был опробован метод хемосорбции на свежеобразованном осадке гидроксида алюминия, который в свою очередь образуется из трехкальциевого гидроалюмината (ТКГА) и хлорида алюминия. Температура хемосорбции 45 - 50 оС. Процесс осаждения лития происходит при рН = 8,0 - 8,5 при атомном соотношении Li : Al 1:6 или 1:8, степень извлечения лития 90 - 92%. Результаты лабораторных исследований положены в основу промышленной технологии извлечения лития, апробация которой проведена на опытной установке реакторного типа с использованием реальной пластовой воды Баганского нефтяного месторождения (концентрация лития 18 мг/л), степень извлечения 88%, средний объемно-геометрический диаметр частиц гидроалюмината лития составил 95 мкм. Полученные результаты положены в основу технологической схемы извлечения лития из пластовых вод.

После корректировки рН до 6,5 - 7,0 пластовая вода со стадий сгущения и фильтрации литийсодержащего осадка направляется на извлечение йода и брома, технологии извлечения которых промышленно отработаны и в рамках этой работы не обсуждаются.

На основании проведенных лабораторных исследований и полупромышленных испытаний разработана технологическая схема комплексной утилизации нефтегазопромышленных отходов (рисунок 17), которые формируются на всем пути от скважины до потребителя. Водогазонефтяная эмульсия поступает на головные сооружения, где на первом этапе происходит ее грубое разделение на горизонтальном отстойнике О-1, после чего нефть направляется на стадию переработки, а вода с содержанием нефти более 500 мг/л направляется на тонкослойный отстойник и далее на гидрофобный фильтр УИН-6. Перед входом в УИН-6 для разрушения эмульсии и укрупнения частиц нефти и взвешенных веществ трубопровод подаются реагенты (коагулянт, флокулянт). Обработанная пластовая вода направляется в РВС, где происходит более тонкое отделение воды от нефти. Растворенные нефтепродукты удаляются на адсорбционном фильтре, где в качестве сорбента может использоваться цеолит или активированный уголь АГ-3. Далее очищенная пластовая вода направляется в систему ППД или на стадию извлечения ценных компонентов (в зависимости от минерального состава) по разработанным технологиям. При необходимости применения паротеплового воздействия на пласт ( для месторождений с высоковязкой нефтью) вода может быть направлена на стадию мембранного или термического обессоливания, при этом кроме дистиллята образуется концентрированный раствор солей, извлечение из которого ценных микро- и макрокомпонентов более рентабельно.

Рисунок 17 – Комплексная технологическая схема утилизации нефтегазопромышленных отходов: О-1 – горизонтальный отстойник, РК – регулирующий клапан, Р – ввод реагента, УИН – гидрофобный фильтр, РВС – вертикальный отстойник, УПН – установка подготовки нефти, ПВ – пластовая вода, УН – уловленная нефть, Ш – шлам, О – осадок, К – керосин, Б – бензин, ДТ – дизельное топливо, Г – гудрон, ППД – система поддержания пластового давления.

Образующийся на стадиях тонкослойного и динамического отстаивания нефтяной шлам разделяется на жидкую и твердую фазы. Жидкая фаза направляется на ректификацию для получения моторного топлива, а твердая фаза подвергается обезвреживанию методом реагентного капсулирования, продуктом обработки является гидрофобный материал, который может быть использован в качестве добавки к строительным смесям или отсыпки в дорожном строительстве.

Выделяющийся при отстаивании попутный газ с повышенным содержанием сероводорода и двуокиси углерода направляется на установку струйных абсорберов, где агрессивные газы улавливаются водным раствором МДЭА. Очищенный газ направляется в магистральный газопровод или на собственные нужды предприятия, абсорбент – на регенерацию.

Таким образом, предлагаемая технологическая схема является безотходной и позволяет не только снизить антропогенную нагрузку на территории нефтепромыслов, атмосферу, почву, поверхностные и подземные водоемы но и дополнительно получить минеральное сырье и продукты его переработки.

Технология извлечения каждого минерального продукта рассматриваемой технологической схемы может быть использована автономно.

В восьмой главе дана комплексная оценка экономической эффективности утилизации нефтегазопромышленных отходов. Оценка выполнена в соответствии с методической схемой (рисунок 18), разработанной совместно с к.т.н. Т.С. Крестовских.

На начало 2009 года в Республике Коми из 152 месторождений углеводородного сырья, числящегося на Государственном балансе, добыча нефти и газа ведется на 87 месторождениях, из которых 65 находятся в промышленной эксплуатации и 22 – в пробной или опытно-промышленной.


загрузка...