Коагулянт титановый для очистки природных и сточных вод, способ его получения и использование в подтоварных водах и потокоотклоняющих технологиях
TITANIUM COAGULANT FOR PURIFICATION OF NATURAL AND WASTE WATERS, METHOD FOR ITS PRODUCTION AND USE IN BOTTOM WATER AND FLOW-DIVERTING TECHNOLOGIES

Изобретение относится к области очистки вод хозяйственно-питьевого, коммунально-бытового назначения, природных вод, очистки и обработки промышленных, в том числе подтоварных вод, оборотных и бытовых сточных вод, в т.ч. подготовки воды котлового качества, подготовки питательной и оборотной воды для теплоэнергетических установок, а также применения в потокоотклоняющих технологиях и технологиях выравнивания профиля приемистости для повышения нефтеотдачи пластов как самостоятельно, так и в качестве компонента в составе гелеобразующих реагентов.
Изобретение может быть отнесено к приоритетному стратегическому направлению развития в России «Здоровье нации» для улучшения состояния и сохранения здоровья человека и охраны окружающей среды.
Известен коагулянт титановый, используемый для очистки нефтесодержащих пластовых соленых вод до воды питьевого качества, способ очистки нефтесодержащих пластовых соленых вод до воды питьевого качества (варианты) и комплексная система для очистки нефтесодержащих пластовых соленых вод до воды питьевого качества [1]. Коагулянт титановый, содержит оксиды, гидроксиды, сульфаты, оксигидросульфаты, хлориды, оксигидрохлориды титана, алюминия и кремния. Технология очистки включает коагуляцию и осветление, причем сначала проводят двухстадийную флотацию, на первой стадии которой производят очистку от нефтепродуктов, а на второй стадии флотации в нее добавляют водный раствор хлопьеобразующих химических реагентов - кальцинированной соды и/или извести в количестве на 1 куб.м очищаемой воды не менее 100 г кальцинированной соды и не менее 100 г. извести в пересчете на сухое вещество; после второй стадии флотации проводят отстаивание очищаемой воды до выпадения в осадок механических примесей и солей жесткости, а коагуляцию осуществляют добавлением в полученную после отстаивания пластовую воду раствора коагулянта титанового в количестве на 1 куб.м очищаемой воды не менее 20 г в пересчете на сухое вещество до снижения содержания нефтепродуктов в 1 куб.м. очищаемой пластовой воды не более 0,05 г, после чего проводят окончательную очистку воды методом обратного осмоса до достижения питьевого качества воды. Однако известный способ очистки не позволяет достичь высокого уровня очистки до питьевого качества, поскольку технология очистки недостаточно высока и сводится, в основном, к извлечению неорганических компонентов, после чего очищенная вода по степени очистки пригодна только для закачки ее в пласт.
Известна композиция для очистки природных и сточных вод и способ получения композиции для очистки природных и сточных вод (варианты) от различного типа токсичных соединений природного и техногенного происхождения, и может быть использовано в целях охраны окружающей среды и здоровья человека [2]. Композиция для очистки включает соединения четырехвалентного титана, по крайней мере, одно соединение металла I-IV и VIII групп Периодической системы элементов (ПСЭ) и, по крайней мере, одно соединение V группы ПСЭ. Композиция может включать соединение трехвалентного титана. Композицию получают обработкой соединений металлов I-V и VIII групп ПСЭ кислым титансодержащим раствором при нагреве. Нагрев ведут не менее чем в две стадии. Первая стадия проводится при 10-90°С со скоростью нагрева, не ниже 3°С /мин. Вторая - при 95-105°С в течение 0,5-2 ч со скоростью нагрева 1°С /мин. Третья - при 105-120°С в течение 0,5-2 ч. Комплексная система для очистки включает устройства, которые необходимы для реализации способов, содержащие контактный осветлитель, соединенный через насос высокого давления с мембранными блоками обратного осмоса; при этом отстойник соединен с наклонно расположенным флотатором, имеющим не менее десяти флотационных камер, а на трубопроводе, соединяющем контактный осветлитель и отстойник, на расстоянии не менее 1 м. от входа в контактный осветлитель расположены не менее четырех штуцеров для подачи хлопьеобразующих химических реагентов. Комплексная система обеспечивает обеззараживание и снижение содержания нефтепродуктов в очищенной воде до величины менее 0,05 мг/л, которая соответствует нормам защиты окружающей среды. Однако известная комплексная система реализуется за счет достаточно сложного и дорогого оборудования с повышенными требованиями к его ремонту и эксплуатации, что в целом удорожает известную комплексную систему в использовании.
Известен способ разработки нефтяного месторождения [3], используемого для регулирования охвата нефтяных пластов заводнением и ограничения притока прорывного газа или попутно добываемой воды, и может найти применение при разработке нефтяных залежей, разрабатываемых с поддержанием пластового давления путем закачки воды или других агентов (газов и воздуха). Способ включает закачку в нефтяной пласт 21-35 мас.% водной суспензии реагента, включающего 30-60 мас.% титанового коагулянта, 10-40 мас.% гидроксохлорида алюминия и 30-60 мас.% карбамида. Техническим результатом является повышение эффективности состава за счет увеличения срока работоспособности, улучшения реологических свойств получаемого в пластовых условиях геля. Однако известный способ имеет ограниченную целевую сферу применения титанового коагулянта, используемого, в основном, в качестве составной части водной суспензии реагента, закачиваемого в нефтяной пласт.
Известен способ получения коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод и способ использования коагулянта титанового для очистки и обеззараживания природных и сточных вод (варианты) [4], который включает получение флотационного концентрата из титансодержащей руды лейкоксен, его прокаливание до получения концентрата с содержанием диоксида титана не менее 50% и диоксида кремния не более 25%. Смесь на основе концентрата, кокса и лигносульфонатов в соотношении 4:1,3:1 брикетируют и хлорируют при температуре не менее 600°С. После очистки полученную смесь подвергают синтезу, включающему гидролиз хлоридов титана и кремния в воде, и затем введение гидроксида алюминия. Полученную пастообразную массу коагулянта после отделения жидкой фазы прогревают до 102°С и высушивают при температуре не выше 135°С. Высушенную твердую фазу измельчают до получения коагулянта в форме порошка. Способ использования коагулянта включает добавление в очищаемую воду 10-50% водной суспензии коагулянта титанового в количестве не менее 5 мг/л в пересчете на порошкообразный коагулянт. Изобретение обеспечивает получение высококачественной питьевой воды в реальных условиях со стабильными обеззараживающими свойствами длительного действия. Однако известный способ включает сложный и затратный процесс хлорирования при высоких температурах.
Известен коагулянт для очистки промышленных сточных вод с применением коагулянтов [5], содержащих природный алюмосиликат, имеющий в своем составе соотношение оксида кремния к оксиду алюминия 3,9-4,16 и соотношение природного алюмосиликата к минеральной кислоте в соотношении 0,07-0,25. Однако известный коагулянт имеет недостаточно высокую степень очистки.
Известен коагулянт титановый для очистки природных и сточных вод, способ его получения, используемый в технологии очистки и обеззараживания природных вод в процессе водоподготовки и физико-химической очистки сточных вод от токсичных соединений природного и техногенного происхождения с применением коагулянтов разных составов, который является наиболее близким аналогом к заявляемому титановому коагулянту и способу его получения, и принятый для всей совокупности заявляемых объектов в качестве прототипа [6]. Известный коагулянт имеет широкую сферу применения, и он может быть использован для обеспечения человека питьевой водой, полученной простым и безопасным способом, как в повседневной жизни (например, в виде порошка), так и в экстремальных условиях (например, в таблетированной и/или гранулированной форме), что имеет важное для здоровья человека значение в нестандартных условиях (альпинисты, геологи, туристы) и/или полевых условиях, чрезвычайных ситуациях, катастрофах и т.д., а также, что актуально в настоящее время, будет способствовать охране окружающей среды от загрязнений вредными веществами, сохранению здоровья и улучшению условий жизнедеятельности человека. Известный коагулянт позволяет эффективно и качественно осуществлять очистку и обеззараживание природных и сточных вод на уровне, соответствующем установленным санитарным и гигиеническим нормам при одновременном снижении стоимости всего производственного технологического цикла от получения коагулянта титанового до его использования, а также уменьшить трудоемкость технологии очистки и обеззараживания природных и сточных вод.
К недостаткам известного коагулянта и способа его применения, принятого в качестве прототипа, следует отнести относительно высокую трудоемкость, связанную с принятием мер по сокращению образовавшегося количества нерастворимого в очищаемой воде остатка, а также связанную с подлежащей его утилизацией при водоподготовке высокую стоимость всего технологического цикла, начиная от получения коагулянта с высоким в нем содержанием количества диоксида титана, получаемого флотационным обогащением титаносодержащей руды, которая добывается шахтным способом, требующим высоких затрат.
Технический результат, достигаемый изобретением, является общим для всей группы заявленных изобретений (коагулянта титанового для очистки природных и сточных вод, а также способа его получения и использования), и состоит в повышении эффективности и качества очистки и обеззараживания природных оборотных, бытовых и промышленных сточных вод не ниже соответствующих установленным нормам [7-11], а также в снижении стоимости всего технологического цикла, начиная с получения нового коагулянта и уменьшения трудоемкости при очистке и обеззараживании питьевой воды. В заявляемом изобретении это обеспечивается, в том числе, снижением расходов за счет использования меньшей дозировки заявляемого коагулянта при одновременно сопутствующем повышении эффективности и результативности очистки благодаря содержанию в новом коагулянте меньшей доли диоксидов титана и кремния, и большей доли водорастворимых соединений входящих в массу при прокаливании с учетом их оптимального перераспределения и переориентирования, что обеспечивает увеличение коэффициента полезного действия реагента вследствие прироста его продуктивности при снижении нерастворимой части, и в целом, повышение эффективности и производительности очистки.
Кроме того, указанный технический результат заявленного изобретения состоит также в том, что изобретение может быть эффективно использовано и для подтоварных вод, которые представляют собой воды, загрязненные нефтепродуктами, образовавшимися в результате отстаивания в резервуарах, что имеет большое прикладное значение на объектах, которые связаны с нефтедобычей или другими нефтяными промыслами: на перерабатывающих заводах, нефтебазах, месторождениях, установках подготовки нефти и прочее. Количество нефти в подтоварных водах составляет не менее 5-6%. Подтоварные воды относятся к производственным сточным водам, которые являются источником загрязнения окружающей среды и поэтому такую воду нельзя сливать на грунт или в канализацию без предварительной очистки, поскольку в составе ее большое количество опасных и токсичных веществ, а, кроме того, она потенциально взрывоопасна и пожароопасная. По этим причинам первостепенное значение для применения этих вод, в частности, котлового качества и/или питательной и/или оборотной воды для теплоэнергетических установок, требуется предварительная очистка подтоварной воды от нефтепродуктов, которая возможна при многоступенчатой фильтрации, применение которой зависит от типа загрязнителя и требуемой степени очистки.
Вместе с тем технический результат заявленного изобретения состоит в возможности его применения как самостоятельно, так и в качестве компонента в составе гелеобразующих реагентов (т.е. термотропных водоизолирующих составов), в потокоотклоняющих технологиях и технологиях выравнивания профиля приемистости для повышения нефтеотдачи пластов, а также в повышении эффективности разработки месторождений за счет снижение обводненности добываемой продукции и объемов добычи воды, и тем самым, получение дополнительной добычи нефти. Происходит увеличение охвата пластов заводнением за счет перераспределения фильтрационных потоков, нефть начинает извлекаться из ранее не дренируемых областей пласта по направлению к добывающим скважинам. В целом можно констатировать повышение нефтеотдачи пласта за счет выравнивания профиля приемистости скважин на нефтегазовых месторождениях.
Указанный технический результат достигается заявленным для очистки природных и сточных вод коагулянтом титановым, содержащим оксид алюминия, диоксида кремния и диоксида титана, в котором в соответствии с заявленным изобретением, коагулянт титановый содержит указанные компоненты при следующем соотношении, мас.%:
Диоксид титана - 0,8-5,3
Диоксид кремния - 0,08-0,40
Оксид алюминия - 23,4-30,73
Остальное - вода.
Заявленный коагулянт титановый для очистки природных и сточных вод изготавливается в любой порошкообразной, и/или таблетированной, и/или гранулированной форме и применяется добавлением его в очищаемую воду.
Помимо этого, указанный технический результат достигается также новым способом получения заявленного коагулянта титанового для очистки природных сточных вод и использования его в подтоварных водах и потокоотклоняющих технологиях, заключающимся в получении флотационного концентрата из титансодержащей руды, его прокаливании до получения обожженного титано-кремниевого флотационного концентрата, добавлении к нему кокса и лигносульфаната с получением смеси с соотношением 4:1,3:1, брикетировании полученной смеси, хлорировании последней при температуре не менее 600°C и последующей очистки путем отстаивания и фильтрации примесей из смеси жидких хлоридов титана и кремния, гидролизе очищенной смеси упомянутых жидких хлоридов, синтезе коагулянта с использованием гидроксида алюминия до получения пастообразного коагулянта, отделении его от жидкой фазы и высушивании при температуре не выше 135°С, и последующем измельчении до получения коагулянта в форме порошка, в котором в соответствии с заявленным новым способом получения коагулянта титанового, флотационный концентрат прокаливают до получения обожженного титано-кремниевого концентрата с содержанием в нем диоксида титана до 59,33 мас.% и диоксида кремния не более 40 мас.%, в качестве лигносульфаната используют раствор лигносульфаната натрия, после брикетирования проводят коксование смеси, синтез коагулянта осуществляют методом обратной загрузки ингредиентов, заключающимся в том, что к водной суспензии порошкообразного гидроксида алюминия, приготовленной в массовом соотношении 1:2, добавляют соляную кислоту с концентрацией от 30 до 38% в количестве 1,1-1,5 от массы порошкообразного гидроксида алюминия, затем полученную смесь разбавляют полученным после гидролиза водным раствором смеси хлоридов титана и кремния, который добавляют в количестве, обеспечивающем получение в составе коагулянта массовых долей диоксида титана от 0,8 до 5,3%, диоксида кремния от 0,08 до 0,40%, оксида алюминия от 23,4 до 30, 73%, остальное - вода, соответственно, после добавления всех компонентов синтез коагулянта проводят при температуре 95-100°С в течение 3 ч, полученный пастообразный коагулянт титановый высушивают при температуре 105°С, а затем его измельчают до порошкообразного состояния и брикетируют определенными, соответствующими установленным требованиям, формами.
Сущность заявленного изобретения на коагулянт титановый для очистки природных и сточных вод и на способ его получения и использования в подтоварных водах и потокоотклоняющих технологиями поясняются следующими приведенными ниже конкретными примерами лабораторных и производственных (на базе Ярегского и других месторождений) испытаний, проведенных ООО «ЛУКОЙЛ-Коми» Филиалах ООО «ЛУКОЙЛ-Инжиниринг» и АО «СИТТЕК», с использованием нового, разработанного заявителем АО «СИТТЕК» коагулянта титанового.
Цель производственных испытаний заявляемого коагулянта титанового (КТ) для очистки природных и сточных вод состоит в подборе наиболее оптимальных соотношений входящих в него компонентов для достижения им более эффективной очистки, а также в снижении его стоимости по сравнению с прототипом [6], который был ранее разработан тем же заявителем, что и заявляемый КТ.
В таблице 1 представлены результаты испытаний на примере 7-ми партий разных составов коагулянта титанового, из которых КТ (партии 6 и 7) прошли успешные испытания в указанном (графы 6-7) количественном соотношении, мас.% диоксида титана и диоксида кремния по достигаемому техническому результату.
При производственных испытаниях, проводимых на Ярегском нефтетитановом месторождении, применялась к партиям 1-7 (таблица 1) единая технология, которая отличалась для каждой из испытуемых партий, в основном, количественными параметрами используемых в соответствующей партии (1-7) компонентов КТ. Основные этапы действий при испытаниях этих партий заключались в том, что нефтетитановая руда предварительно дробилась и измельчалась от 50 до 100 мм., после чего для обогащения 1 тонны руды применялись в разном количественном соотношении реагенты в виде добавок, в частности, раствора кальцинированной соды, талового масла, флокулянта катионного Praestol, силиката натрия, коагулянта хлорида железа. После аэрации и центробежного разделения полученный обезвоженный нефтетитановый концентрат прокаливался до получения титанового концентрата, затем он измельчался, смешивался с коксом и пеком, после чего полученную смесь формировали в брикеты, для придания которым механической прочности в шихту добавлялся раствор лигносульфоната натрия и при температуре порядка 950°С осуществляли коксование смеси и хлорирование брикетов. После оросительной конденсации смеси образуется пульпа, представляющая собой композицию, из жидкого четыреххлористого титана, жидкого четыреххлористого кремния и твердых форм треххлористого железа, треххлористого алюминия. После получения пульпы, проводился синтез коагулянта методом обратной загрузки, первый этап которого состоял в растворении порошкообразного гидроксида алюминия в воде готового продукта и последующим введением в него соляной кислоты, а второй этап состоял в синтезе полученной пасты коагулянта с загрузкой раствора четыреххлористого титана с постепенным увеличением температуры до комнатной и выдержкой не менее 4 час. Пастообразный титановый коагулянт высушивался и измельчался до сыпучего, мелкодисперсного порошка.
Таблица 1
Ингредиенты
Массовая доля, %
Прототип
Коагулянт титановый для очистки природных, сточных и подтоварных вод
Партия 1
Партия 2
Партия 3
Партия 4
Партия 5
Партия 6
Партия 7
Среднее значение
2017
2018
2019
2020
2021
мин
макс
1
2
3
4
5
6
7
8
TiO<sub>2</sub>
16.22
1.7
1.57
1.78
3.28
4.93
0.8
5.3
3.05
SiO<sub>2</sub>
1.54
0.14
0.11
0.16
0.32
0.36
0.08
0.40
0.25
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
33.09
24.23
23.4
27.46
30.73
27.77
24.05
29.97
26.72
Примеси
0.11
0.13
0.14
0.14
0.18
0.14
0.13
0.19
0.15
Потери массы при прокаливании
49.04
73.8
74.73
70.51
65.9
65.07
75.34
64.56
70.00
Итого
100
100
100
100
100
100
100
100
100
Заявленный способ получения титанового коагулянта (п.2. формулы) иллюстрируется приведенной на Фиг. схемой установки, которая состоит из сушильного барабана 1, молотковой 2 и шаровой 4 мельниц, печи вращения 3, смесителя 5, брикетировочного пресса 6, ямной печи коксования 7, хлоратора 8, накопительной емкости 9, реакторов 10 и 11, станции растаривания 12, емкостей для воды 13 и кислоты соляной 14, сушильной установки 15, станции затаривания коагулянта 16, насосов 17, 18, 19 и работа установки осуществляется следующим образом.
Смесь кокса и пека поступает в сушильный барабан 1, после чего нефтефлотоконцентрат поступает на стадию измельчения в молотковую мельницу 2 и далее в печь вращения 3, после чего обожженный концентрат поступает на измельчение в шаровую мельницу 4. После этого измельченные концентрат, кокс и пек, поступают в смеситель 5, в котором происходит их смешивание со связующим компонентом. После окончания этого процесса смесь поступает на брикетировочный пресс 6, в котором смесь формуется в виде брикетов, которые загружаются в кюбеля и направляются на стадию прокалки в ямную печь коксования 7. Далее обожженные брикеты поступают на стадию хлорирования в хлоратор 8. Образующийся в результате химических превращений тетрахлорид титана накапливается в емкости 9. Четыреххлористый титан насосом 17 направляется в реактор 10, в котором, в результате гидролиза, образуется водный раствор четыреххлористого титана. Раствор насосом 18 направляется в реактор 11, в котором находится предварительно приготовленная водная суспензия гидроксида алюминия, полученная путем смешивания воды из емкости 13 и порошкообразного гидроксида алюминия со станции растаривания 12 (специальные установки для растаривания (распаковки) упаковок типа биг-бэг (от Big-Bag) в виде мягких контейнеров с порошкообразными компонентами, веществами или смесями). К полученной смеси добавляется кислота соляная из емкости 14. Реакционную смесь подвергают температурной обработке. Образующаяся паста полученного титанового коагулянта направляется на стадию сушки в сушильную установку 15, откуда в виде сухого порошка поступает на станцию затаривания коагулянта титанового 16.
Ниже в качестве примера реализации заявляемого способа приведен его рабочий цикл, включающий последовательное проведение технологических операций в режиме реального времени с использованием конкретного оборудования и полученного в результате химических превращений сырья заявляемого коагулянта титанового.
При проведении апробации заявленного способа получения титанового коагулянта осуществляется переработка полученного флотационного концентрата из титансодержащей руды, проводится его прокаливание до получения обожженного концентрата с содержанием в нем диоксида титана не менее 50% и диоксида кремния не более 25%, после чего добавляют к полученному обожженному концентрату смесь кокса и лигносульфоната в соотношении 4:1,3:1, которую затем брикетируют и подвергают хлорированию при температуре не менее 600°С и последующей очистке, включающей отстаивание и фильтрацию шлаков примесей из жидких хлоридов смеси титана и кремния. Получившуюся смесь четыреххлористого титан и кремния подвергают гидролизу в воде при температуре, не превышающей 40°С, после чего водный раствор поступает на стадию синтеза модифицированного титанового коагулянта. В реакторе для синтеза получают водную суспензию гидроксида алюминия приготовленной в соотношении 1:2, к которой добавляют кислоту соляную с концентрацией 38% в количестве 1,1 - 1,2 от массы порошкообразного гидроксида алюминия, затем полученную смесь разбавляют водным раствором хлоридов титана и кремния, который добавляют в количестве, обеспечивающем получение в составе коагулянта долей диоксидов титана от 0,8% до 5,3% и диоксидов кремния от 0,08% до 0,40%, соответственно, после добавления всех компонентов синтез проводят при температуре 95-100°С в течение 3 часов. Полученный пастообразный коагулянт титановый высушивают при температуре 105°С и в виде порошка и/или таблетированной и/или гранулированной формах затаривают в мешки.
В таблице 1 представлены результаты испытаний по описанной выше единой технологии, которая представлена разными составами КТ в партиях 1-7.
Ниже в примерах 1 и 2 приведены результаты производственных испытаний нового (заявляемого) коагулянта титанового для очистки природных и сточных вод, которые в таблице 1 указаны как партии 6 и 7, испытуемые по описанной выше единой технологии с минимальными (партия 6) и максимальными (партия 7) количественными значениями диоксида титана и диоксида кремния, а в графе 8 представлено их среднее значение.
Пример 1.
2
2
Приведены результаты испытаний КТ с минимальным в его составе содержанием TiO и SiO.
Нефтетитановая руда Ярегского нефтетитанового месторождения дробится и измельчается сначала до фракции 100 мм, потом - до фракции не более 30 мм. Для реализации процесса обогащения 1-й тонны руды были использованы реагенты в следующем количественном соотношении: 20%-й раствор кальцинированной соды (0,50 кг/т), таловое масло 0,3 кг/т, флокулянт катионный Praestol 650 0,04 кг/т, силикат натрия 0,2 кг/т. После проведения аэрации полученной смеси частиц руды с водой пропусканием мелких пузырьков воздуха и пенной флотации, нефтетитановый концентрат подвергают центробежному разделению, после чего обезвоженный нефтетитановый концентрат накапливают и прокаливают при температуре 900°С для получения титанового концентрата, содержащего 48% диоксида титана. Прокаленный титановый концентрат измельчают до размера частиц 74 мкм. Отдельно приготавливают восстановительный компонент, состоящий из 140 кокса и 50 кг пека, измельченных до крупности 74 мкм. Измельченный титанокремниевый концентрат в количестве 600 кг, кокс и пек смешивают, после чего смесь формуют в брикеты. Для обеспечения необходимой механической прочности сырых брикетов на стадии смешения компонентов в шихту добавляется 45 л раствора лигносульфоната натрия с концентрацией 45%. Далее при температуре 1000°С проводят коксование смеси, и при температуре 950°С происходит хлорирование брикетов. После оросительной конденсации смеси образуется пульпа, представляющая собой композицию, содержащую до 70% масс. жидкого четыреххлористого титана, до 20% массового содержания жидкого четыреххлористого кремния и до 10% объемного содержания твердого треххлористого железа, треххлористого алюминия. После этого осуществляют синтез коагулянта методом обратной загрузки, на первом этапе которого происходит растворение порошкообразного гидроксида алюминия в воде в количестве 378 кг/т готового продукта и введение соляной кислоты в количестве 1186 кг/т; а на втором этапе происходит синтез пасты коагулянта с загрузкой раствора четыреххлористого титана 39 кг/т с постепенным увеличением температуры от комнатной до 950°С и выдержкой не менее 5 часов. Пастообразный титановый коагулянт высушивают при температуре 100°С и измельчается до сыпучего, мелкодисперсного порошка.
Полученный титановый коагулянт соответствует указанному в таблице 1 количественному составу партии № 6 со следующими показателями:
Диоксид титана - 0,8%
Оксид алюминия - 24,5%
Диоксид кремния - 0,08%
Остальное - вода и примеси.
Пример 2.
2
2
Приведены результаты испытаний КТ с максимальным в его составе содержанием TiO и SiO.
Нефтетитановая руда Ярегского нефтетитанового месторождения дробится и измельчается сначала до фракции 80 мм, потом - до фракции не более 20 мм. Для реализации процесса обогащения 1 тонны руды были использованы реагенты в следующем количественном соотношении: 5% раствор кальцинированной соды (0,5 кг/т), таловое масло 0,3 кг/т, силикат натрия 0,2 кг/т. После проведения аэрации полученной смеси частиц руды с водой пропусканием мелких пузырьки воздуха и пенной флотации нефтетитановый концентрат подвергают центробежному разделению, после чего обезвоженный нефтетитановый концентрат накапливают и прокаливают при температуре 800°С для получения титанового концентрата, содержащего 45-50% диоксида титана. Прокаленный титановый концентрат измельчается до размера частиц 74 мкм. Отдельно происходит приготовление восстановительного компонента, состоящего из 140 кокса и 50 кг пека, измельченных до крупности 74 мкм. Измельченный титанокремниевый концентрат в количестве 600 кг, кокс и пек смешивают, после чего смесь формуют в брикеты. Для обеспечения необходимой механической прочности сырых брикетов на стадии смешения компонентов в шихту добавляется 40 л раствора лигносульфоната натрия с концентрацией 40% и при температуре 900°С осуществляют коксование смеси, а при температуре 950°С происходит хлорирование брикетов. После оросительной конденсации смеси образуется пульпа, представляющая собой композицию, содержащую до 75% масс. жидкого четыреххлористого титана, до 15% массового содержания жидкого четыреххлористого кремния и до 10% объемного содержания твердого треххлористого железа, треххлористого алюминия. После этого осуществляют синтез коагулянта методом обратной загрузки, на первом этапе которого происходит растворение порошкообразного гидроксида алюминия в воде в количестве 395 кг/т готового продукта и введение соляной кислоты в количестве 1195 кг/т; а на втором этапе происходит синтез пасты коагулянта с загрузкой раствора четыреххлористого титана 45 кг/т с постепенным увеличением температуры от комнатной до 950°С и выдержкой не менее 3 часов. Пастообразный титановый коагулянт высушивают при температуре 102°С и измельчают до сыпучего, мелкодисперсного порошка.
Полученный титановый коагулянт соответствует указанному в таблице 1 количественному составу партии № 7 со следующими показателями:
Диоксид титана - 5,3%
Оксид алюминия - 29,97%
Диоксид кремния - 0,4%
Остальное - вода и примеси.
Коагулянт титановый с новым количественным составом (таблица 1; примеры 1 и 2; графы 6 и 7 с предельными значениями КТ, а в графе 8 - со средним значением КТ) был апробирован в нефтешахтном производственном предприятии «Яреганефть» (НШПП «Яреганефть») для очистки подтоварных вод, отобранных в пункте подготовки и сбора нефти «Ярега» (ППСН «Ярега») с установки подготовки подтоварной воды (УППВ) для последующей беспрепятственной утилизации без ограничений на участке «Лачьель» Ярегского месторождения. В таблице 3 приведены результаты лабораторных испытаний по очистке подтоварной воды для заводнения пластов O1sd Лачьельской площади Ярегского месторождения.
Пример 3.
В таблице 2 приведены результаты лабораторных испытаний по очистке подтоварной воды на указанном выше участке Ярегского месторождения.
Таблица 2
№ п/п
Наименование
Ингредиенты, %
Оптимальная дозировка коагулянта, мг/дм<sup>3</sup>
Количество образовавшегося нерастворимого остатка в растворе коагулянта, %
Показатели качества воды
рН
Взвешенные вещества, мг/дм<sup>3</sup>
Нефть, мг/дм<sup>3</sup>
1
2
3
4
5
6
7
8
1
Нормативные показатели качества воды по ОСТ 39-225-88
4.5 - 8.5
15
15
2
Исходная вода
7.64
86.3
289.3
3
Коагулянт титановый (далее КТ) (прототип)
TiO<sub>2</sub>-16.22SiO<sub>2 </sub>- 1.54Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 33.1
60
45.8
7,26
7,0
15.80
4
КТ (заявляемый) Партия № 4
TiO<sub>2 </sub>- 3.28 SiO<sub>2 </sub>- 0.32Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 30.73
50
5.0
7.12
3.3
3.31
5
КТ (заявляемый) Партия № 6
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>0.8SiO<sub>2 </sub>- 0.08Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 24.05
50
2.9
6.81
5.3
13.96
6
КТ (заявляемый) Партия № 7
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>5.3SiO<sub>2 </sub>- 0.4Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 29.97
50
4.9
7.01
6.1
14.45
Полученные результаты с использованием заявленного коагулянта титанового подтверждают значительное снижение содержания взвешенных веществ и нефтепродуктов (п.7 и п.8 в таблице 2) при подготовке воды для возможности осуществления утилизации на испытуемом участке «Лачьель» за счет снижения их концентрации до установленного ОСТ 39-225-88 норматива [7]. Участок «Лачьель» был выбран в качестве испытуемого (в режиме реального времени) не случайно, поскольку из-за высокого загрязнения сточной воды нефтепродуктами и взвешенными веществами, на этом участке Ярегского нефтетитанового месторождения резко снижается приемистость сбросовых скважин - ввиду высокой кольматации продуктивных пластов и возрастает внутрискважинная репрессия, что и потребовало разработки эффективного способа решения проблемы качества сточной воды до установленных нормативов [7].
Пример 4.
В таблицах 3 и 4 приведены результаты лабораторных исследований КТ с новым составом для очистки подтоварных вод Тевлинско-Русскинского и Нивагальского месторождений недропользователя ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь» до достижения качества, удовлетворяющих нормативным требованиям воды, закачиваемой в пласт [7].
В таблице 3 приведены результаты очистки - подтоварной воды с узла сепарации установки предварительного сброса воды (УПСВ) территориально-производственного предприятия (ТПП) «Когалымнефтегаз» применяемой для заводнения пластов Тевлинско-Русскинского месторождения, полученной с помощью заявляемого коагулянта титанового и КТ взятым в качестве прототипа.
В таблице 4 приведены результаты очистки подтоварной воды с дожимной насосной станции №19 (ДНС-19) ТПП «Лангепаснефтегаз» применяемой для заводнения пластов Нивагальского месторождения, полученной с помощью заявляемого коагулянта титанового и КТ взятым в качестве прототипа.
Содержание взвешенных веществ и нефтепродуктов при использовании оптимальной дозировки заявляемого коагулянта титанового для очистки подтоварной воды Тевлинско-Русскинского и Нивагальского месторождений полностью соответствует требованиям ОСТ 39-225-88 [7].
Заявляемый коагулянт титановый при испытаниях показал себя более эффективным, поскольку обеспечивает более качественную подготовку воды обоих месторождений, как по нефтепродуктам, так и по взвешенным веществам по сравнению с КТ, описанным в прототипе, а также, что существенно, требует меньшего расхода по товарному продукту.
По полученным в режиме реального времени результатам исследований для очистки подтоварной воды на Тевлинско-Русскинском и Нивагальском месторождениях, ООО «ЛУКОЙЛ-Западная Сибирь» было рекомендовано использовать испытуемый (заявляемый) коагулянт титановый, как имеющий преимущества перед аналогами и прототипом за счет, прежде всего, возможности применения его меньшей оптимальной дозировки для достижения высокого качества очищенной воды, а также образования в процессе производственных испытаний меньшого количества нерастворимого остатка при его приготовлении.
Таблица 3
№ п/п
Наименование
Ингредиенты, %
Оптимальная дозировка коагулянта, мг/дм<sup>3</sup>
Количество образовавшегося нерастворимого остатка в растворе коагулянта, %
Показатели качества воды
рН
Взвешенные вещества, мг/дм<sup>3</sup>
Нефть, мг/дм<sup>3</sup>
1
2
3
4
5
6
7
8
1
Нормативные показатели качества воды по ОСТ 39-225-88
4.5 - 8.5
15
15
2
Исходная вода
8.29
634
70.3
3
Коагулянт титановый (далее КТ) (прототип)
TiO<sub>2 </sub>- 16.22SiO<sub>2 </sub>- 1.54Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 33.10
125
45.8
8,23
33,0
33,65
4
КТ (заявляемый) партия № 3
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>1.78 SiO<sub>2 </sub>- 0.16Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 27.5
75
4.7
8.10
8,0
8.48
5
КТ (заявляемый) партия № 6
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>0.8SiO<sub>2 </sub>- 0.08Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 24.05
75
3.1
8.02
13.6
14.23
6
КТ (заявляемый) партия № 7
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>5.3SiO<sub>2 </sub>- 0.4Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 29.97
75
6.3
8,15
14.7
12.96
Выполненные лабораторные исследования подтвердили эффективность применения заявляемого коагулянта титанового для очистки подтоварных вод образующихся на нефтепромыслах при добыче и переработке углеводородного сырья для осуществления беспрепятственной закачки в систему поддержания пластового давления, а также их утилизации за счет достижения результатов очистки воды не превышающих нормативных значений по содержанию взвешенных веществ и нефтепродуктов (п.п.7 и п.п.8 в таблице 3 и 4) и полностью соответствующих требованиям ОСТ 39-225-88 [7].
Таблица 4
№ п/п
Наименование
Ингредиенты, %
Оптимальная дозировка коагулянта, мг/дм<sup>3</sup>
Количество образовавшегося нерастворимого остатка в растворе коагулянта, %
Показатели качества воды
рН
Взвешенные вещества, мг/дм<sup>3</sup>
Нефть, мг/дм<sup>3</sup>
1
2
3
4
5
6
7
8
1
Нормативные показатели качества воды по ОСТ 39-225-88
4.5 - 8.5
15
15
2
Исходная вода
7.66
713
185.3
3
Коагулянт титановый (далее КТ) (прототип)
TiO<sub>2 </sub>- 16.22 SiO<sub>2 </sub>- 1.54Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 33.1
75
45.8
7,26
7,0
6,84
4
КТ (заявляемый) партия № 3
TiO<sub>2 </sub>- 1.57 SiO<sub>2 </sub>- 0.11Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 23.4
65
4.2
7.12
3.0
4.50
5
КТ (заявляемый) партия № 6
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>0.8SiO<sub>2 </sub>- 0.08Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 24.05
65
3.2
6.74
6.7
6.24
6
КТ (заявляемый) партия № 7
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>5.3SiO<sub>2 </sub>- 0.4Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 29.97
65
6.4
6.99
5.8
6.53
Пример 5.
В таблице 5 и 6 приведены результаты лабораторных испытаний предлагаемого заявляемого коагулянта в сравнении с прототипом в целях очистки различных типов вод до достижения питьевого качества, удовлетворяющих санитарно-эпидемиологическим нормативным требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода и гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» [8].
В таблице 5 приведены результаты очистки воды из объекта «Озерное водохранилище нефтешахты №1 (НШ-1)» Ярегского месторождении НШПП «Яреганефть» до питьевого качества.
Таблица 5
№ п/п
Наименование реагента
Нормативные показатели качества воды по СанПиН 2.1.4.1074-01
Исходная вода
Коагулянттитановый (прототип)
Коагулянттитановый (заявляемый) Партия № 1
Коагулянттитановый (заявляемый) Партия № 6
Коагулянттитановый (заявляемый) Партия № 7
1
Ингредиенты, %
TiO<sub>2</sub>-16.22SiO<sub>2 </sub>- 1.54Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 33.1
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>1.70;SiO<sub>2 </sub>- 0.14;Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 24.23
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>0.8SiO<sub>2 </sub>- 0.08Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 24.05
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>5.3SiO<sub>2 </sub>- 0.4Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 29.97
2
Оптимальная дозировка коагулянта, мг/дм<sup>3</sup>
-
-
60
55
55
55
3
Доля образовавшегося нерастворимого остатка в растворе коагулянта, %
-
-
41.7
3.62
3.12
4.86
4
Показатели качества воды
рН, ед.
6-9
6,55
6,36
6,21
6,18
6,28
5
Мутность, мг/дм<sup>3</sup>
1,5
5,40
<0,58
<0,58
<0,58
<0,58
6
Цветность, град.
20
203
25
15
18
19
7
Общая минерализация, мг/дм<sup>3</sup>
1000
н/д
н/д
н/д
н/д
н/д
8
Общая жесткость, мг-экв/дм<sup>3</sup>
7
1.41
1.56
1.41
1.43
1.45
9
Окисляемость перманганатная, мг О<sub>2</sub>/ дм<sup>3</sup>
5
11.8
6.68
3.84
4.62
4.91
10
Нефтепродукты в сумме, мг/дм<sup>3</sup>
0.1
0,45
0,19
0,07
0,1
0,09
11
Взвешенные вещества, мг/дм<sup>3</sup>
не допускаются
Отсут-ствуют
Отсутствуют
Отсутствуют
Отсутствуют
Отсутствуют
12
ПАВ, мг/дм<sup>3</sup>
0.5
<0,01
<0,01
<0,01
<0,01
<0,01
13
Фенольный индекс, мг/дм<sup>3</sup>
0.25
0,19
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
14
Хлор, мг/дм<sup>3</sup>
0.3-0.5
<0,05
<0,05
<0,05
<0,05
<0,05
15
Алюминий, мг/дм<sup>3</sup>
0.5
0.103
0.04
0.07
0.09
0.07
16
Железо, мг/дм<sup>3</sup>
0.1
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
В таблице 6 приведены результаты очистки воды из хозяйственно-бытовой канализации участка опытно-промышленного производства титанового коагулянта (ОППТК) очистные сооружение №7-а АО «СИТТЕК» до питьевого качества в соотвествии с установленными СанПиН 2.1.4.1074-01 [8] нормами на основании Федерального закона «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» и Положения о государственном санитарно-эпидемиологическом нормировании.
Таблица 6
№ п/п
Наименование реагента
Нормативные показатели качества воды по СанПиН 2.1.4.1074-01
Исходная вода
Коагулянттитановый (прототип)
Коагулянттитановый (заявляемый) Партия № 5
Коагулянттитановый (заявляемый) Партия № 6
Коагулянттитановый (заявляемый) Партия № 7
1
Ингредиенты, %
TiO<sub>2</sub>-16.22SiO<sub>2 </sub>- 1.54Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 33.1
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>4.93;SiO<sub>2 </sub>- 0.36;Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 27.77
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>0.8SiO<sub>2 </sub>- 0.08Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 24.05
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>5.3SiO<sub>2 </sub>- 0.4Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 29.97
2
Оптимальная дозировка коагулянта, мг/дм<sup>3</sup>
-
-
100
60
60
60
3
Доля образовавшегося нерастворимого остатка в растворе коагулянта, %
-
-
41.6
4.88
3.39
4.92
4
Показатели качества воды
рН, ед.
6-9
7,58
6,22
6,35
6,15
6,27
5
Мутность, мг/дм<sup>3</sup>
1,5
12.61
1.73
1.13
1.14
1.28
6
Цветность, град.
20
145
17
6
15
16
7
Общая минерализация, мг/дм<sup>3</sup>
1000
н/д
н/д
н/д
н/д
н/д
8
Общая жесткость, мг-экв/дм<sup>3</sup>
7
3.12
2.88
2.64
2.69
2.72
9
Окисляемость перманганатная, мг О<sub>2</sub>/ дм<sup>3</sup>
5
14.08
5.84
3.76
3.79
3.98
10
Нефтепродукты в сумме, мг/дм<sup>3</sup>
0.1
0.69
0.16
0.06
0,10
0,11
11
Взвешенные вещества, мг/дм<sup>3</sup>
не допускаются
Отсут-ствуют
Отсутствуют
Отсутствуют
Отсутствуют
Отсутствуют
12
ПАВ, мг/дм<sup>3</sup>
0.5
2.5
<0,01
<0,01
<0,01
<0,01
13
Фенольный индекс, мг/дм<sup>3</sup>
0.25
0.31
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
14
Хлор, мг/дм<sup>3</sup>
0.3-0.5
<0,05
<0,05
<0,05
<0,05
<0,05
15
Алюминий, мг/дм<sup>3</sup>
0.5
0.205
0.09
0.04
0.07
0.08
16
Железо, мг/дм<sup>3</sup>
0.1
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
<0,1
Согласно проведенных лабораторных исследований по оценки коагулирующей способности титановых коагулянтов по основным показателям предельно допустимых концентраций приведенным в СанПиН 2.1.4.1074-01 [8], соответствующим всем установленным требованиям оказался образец нового заявляемого титанового коагулянта, являющийся наиболее эффективным по очистке в сравнении с прототипом для разных типов вод - природных оборотных с поверхностных водоисточников и сточных. Полученные результаты показателей качества воды с использованием заявленного коагулянта титанового подтверждают значительное снижение вредных веществ (п.п.4-16 в таблицах 5 и 6) при подготовке воды до питьевого качества и возможности ее использования в централизованных системах питьевого водоснабжения установленного СанПиН 2.1.4.1074-01 [8].
Пример 6.
В таблице 7, 8 и 9 приведены результаты лабораторных испытаний предлагаемого заявляемого коагулянта в целях очистки различных типов вод до качества питательной воды для производства пара, используемого в термических методах увеличения нефтеотдачи пластов и бытовом отоплении помещений, соответствующих установленным нормам качества питательной воды и пара в соответствии требований и рекомендаций по организации водно-химического режима и химического контроля для подведомственных Госгортехнадзору РФ паровых стационарных котлов-утилизаторов и энерготехнологических котлов согласно руководящих документов РД [9-11].
В настоящее время недропользователем ООО «ЛУКОЙЛ-Коми» осуществляется разработка Ярегского нефтяного месторождения содержащего специфическую нефть с высокой вязкостью до 16000 мПа*с (милипаскаль секунда), в связи, с чем с 1972 года реализуется термошахтная технология добычи нефти с помощью закачки в пласт перегретого пара высоких параметров, обеспечивающая снижение вязкости нефти и повышение ее текучести. Нефть, вытесняемая из пласта паром и водой, попадает в скважины, под действием силы тяжести стекает в рабочую галерею и уже оттуда насосом поднимается на поверхность. Для обеспечения плановых объемов закачки пара на месторождении работает Энергоцентр «Ярега» с парогенераторными установками для производства пара, для которых существует большая потребность в дистилляте (питательной воде) требуемой определенной подготовки, что может обеспечиваться с помощью технологии очистки вод заявляемым КТ.
В таблице 7 приведены результаты очистки воды до качества питательной для производства пара, отобранной из резервуаров отстойников подтоварной воды (РВС-2/2) пункта подготовки и сбора нефти (ППСН) «Ярега» на Ярегском нефтяном месторождении с учетом технологии подщелачивания, механической и натрий-катионной фильтрации.
В таблице 8 приведены результаты очистки воды до качества питательной для производства пара, отобранной из объекта «Озерное водохранилище нефтешахты №3», в таблице 9 - результаты очистки воды взятой из резервуаров отстойников сточной воды (РВС-2/1) после водоподготовительной установки ППСН на Ярегском нефтяном месторождении нефтешахтного производственного предприятии «Яреганефть».
Таблица 7
№ п/п
Наименование реагента
Нормативные показатели качества воды по РД 24.032.01-91, РД 10-165-97, РД 10-179-98
Исход-ная вода
Коагулянттитановый (прототип)
Коагулянттитановый (заявляемый) Партия № 3
Коагулянттитановый (заявляемый) Партия № 6
Коагулянттитановый (заявляемый) Партия № 7
1
Ингредиенты, %
TiO<sub>2</sub>-16.22SiO<sub>2 </sub>- 1.54Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-33.1
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>1.78 SiO<sub>2 </sub>- 0.16Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 27.5
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>0.8SiO<sub>2 </sub>- 0.08Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 24.05
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>5.3SiO<sub>2 </sub>- 0.4Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 29.97
2
Оптимальная дозировка коагулянта, мг/дм<sup>3</sup>
-
-
30
20
20
20
3
Доля образования нерастворимого остатка в растворе коагулянта, %
-
-
47.3
4.7
4.5
4.9
4
Показатели качества воды
рН<sup>1</sup> при 25 С, ед.
6-7
7,9
6.9
6.7
6.3
6.9
5
Мутность, мг/дм<sup>3</sup>
до 1,5
14.62
2.52
1.21
1.41
1.45
6
Цветность, град.
до 20
359
29
16
18
19
7
Прозрачность, см.
Не менее 40
10-20
25-30
40-45
40-45
40-45
8
Общая минерализация, мг/дм<sup>3</sup>
до 400
10292
н/д
н/д
н/д
н/д
9
Общая жесткость, мг-экв/дм<sup>3</sup>
до 2.50
3.74
2.65
2.12
2.39
2.44
10
Общая щелочность, мг-экв/ дм<sup>3</sup>
до 1
<1
<1
<1
<1
<1
11
Окисляемость перманганатная, мг О<sub>2</sub>/ дм<sup>3</sup>
6-10
<10
<10
<10
<10
<10
12
Взвешенные вещества, мг/дм<sup>3</sup>
до 5
33.3
22.4
4.1
4.8
4.9
13
Нефтепродукты в сумме, мг/дм<sup>3</sup>
до 0.3
362.98
1.19
0.21
0.26
0.30
14
Железо, мг/кг
0.30-0.40
0.40
0.40
0.20
0.25
0.25
15
Медь, мг/кг
10
<1.0
<1.0
<1.0
<1.0
<1.0
16
Кремниевая кислота, мг/кг
50
18
17
15
16
15
17
Растворенный кислород, мг/кг
10
<10
<10
<10
<10
<10
18
Аммиак и его соединения, мг/кг
1500
нет
нет
нет
нет
нет
Таблица 8
№ п/п
Наименование реагента
Нормативные показатели качества воды по РД 24.032.01-91, РД 10-165-97, РД 10-179-98
Исходная вода
Коагулянттитановый (прототип)
Коагулянттитановый (заявляемый) Партия № 4
Коагулянттитановый (заявляемый) Партия № 6
Коагулянттитановый (заявляемый) Партия № 7
1
Ингредиенты, %
TiO<sub>2</sub>-16.22 SiO<sub>2 </sub>- 1.54Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-33.1
TiO<sub>2 </sub>- 3.28 SiO<sub>2 </sub>- 0.32Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 30.73
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>0.8SiO<sub>2 </sub>- 0.08Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 24.05
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>5.3SiO<sub>2 </sub>- 0.4Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 29.97
2
Оптимальная дозировка коагулянта, мг/дм<sup>3</sup>
-
-
30
15
15
15
3
Доля образования нерастворимого остатка в растворе коагулянта, %
-
-
46.5
4.9
4.8
5.3
4
Показатели качества воды
рН<sup>1</sup> при 25 С, ед.
6-7
7.4
7.2
6.7
6.5
6.9
5
Мутность, мг/дм<sup>3</sup>
до 1,5
6.05
0.99
0.84
0.86
0.88
6
Цветность, град.
до 20
211
26
8
9
11
7
Прозрачность, см.
Не менее 40
10-20
20-30
40-50
40-50
40-50
8
Общая минерализация, мг/дм<sup>3</sup>
до 400
121
н/д
н/д
н/д
н/д
9
Общая жесткость, мг-экв/дм<sup>3</sup>
до 2.50
3.60
3.15
2.20
2.33
2.4
10
Общая щелочность, мг-экв/ дм<sup>3</sup>
до 1
<1
<1
<1
<1
<1
11
Окисляемость перманганатная, мг О<sub>2</sub>/ дм<sup>3</sup>
6-10
<10
<10
<10
<10
<10
12
Взвешенные вещества, мг/дм<sup>3</sup>
до 5
86.3
27.4
4.4
4.7
5.0
13
Нефтепродукты в сумме, мг/дм<sup>3</sup>
до 0.3
12.98
1.23
0.17
0.18
0.22
14
Железо, мг/кг
0.30-0.40
0.58
0.51
0.35
0.36
0.38
15
Медь, мг/кг
10
<1.0
<1.0
<1.0
<1.0
<1.0
16
Кремниевая кислота, мг/кг
50
29
23
20
20
21
17
Растворенный кислород, мг/кг
10
<10
<10
<10
<10
<10
18
Аммиак и его соединения, мг/кг
1500
нет
нет
нет
нет
нет
Таблица 9
№ п/п
Наименование реагента
Нормативные показатели качества воды по РД 24.032.01-91, РД 10-165-97, РД 10-179-98
Исход-ная вода
Коагулянттитановый (прототип)
Коагулянттитановый (заявляемый) Партия № 2
Коагулянттитановый (заявляемый) Партия № 6
Коагулянттитановый (заявляемый) Партия № 7
1
Ингредиенты, %
TiO<sub>2</sub>-16.22 SiO<sub>2 </sub>- 1.54Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>-33.1
TiO<sub>2 </sub>- 1.57 SiO<sub>2 </sub>- 0.11Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 23.4
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>0.8SiO<sub>2 </sub>- 0.08Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 24.05
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>5.3SiO<sub>2 </sub>- 0.4Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 29.97
2
Оптимальная дозировка коагулянта, мг/дм<sup>3</sup>
-
-
30
25
25
25
3
Доля образования нерастворимого остатка в растворе коагулянта, %
-
-
45.8
4.6
3.6
6.3
4
Показатели качества воды
рН<sup>1</sup> при 25 С, ед.
6-7
7.77
6.8
6.7
6.4
6.8
5
Мутность, мг/дм<sup>3</sup>
до 1,5
14.18
2.48
1.12
1.46
1.49
6
Цветность, град.
до 20
187
22
13
9
11
7
Прозрачность, см.
не менее 40
20-25
30-35
50-55
40-50
40-50
8
Общая минерализация, мг/дм<sup>3</sup>
до 400
8250
н/д
н/д
н/д
н/д
9
Общая жесткость, мг-экв/дм<sup>3</sup>
до 2.5
3.92
2.92
2.38
2.41
2.43
10
Общая щелочность, мг-экв/ дм<sup>3</sup>
до 1
<1
<1
<1
<1
<1
11
Окисляемость перманганатная, мг О<sub>2</sub>/ дм<sup>3</sup>
6-10
<10
<10
<10
<10
<10
12
Взвешенные вещества, мг/дм<sup>3</sup>
до 5
46.1
38.2
4.2
4.8
4.9
13
Нефтепродукты в сумме, мг/дм<sup>3</sup>
до 0.3
236.76
0.86
0.15
0.26
0.29
14
Железо, мг/кг
0.3-0.4
0.6
0.5
0.4
0.4
0.4
15
Медь, мг/кг
10
<1.0
<1.0
<1.0
<1.0
<1.0
16
Кремниевая кислота, мг/кг
50
14
12
10
11
13
17
Растворенный кислород, мг/кг
10
<10
<10
<10
<10
<10
18
Аммиак и его соединения, мг/кг
1500
нет
нет
нет
нет
нет
Согласно проведенных лабораторных исследований и выполненных после для апробации технологии опытно-промышленных испытаний по подготовке воды с помощью заявляемого коагулянта титанового по основным показателям предельно допустимых параметров соответствующим установленным нормам руководящих документов [9-11], является образец нового заявляемого коагулянта титанового, оказавшегося наиболее эффективным по очистке в сравнении с прототипом для разных типов вод - природных оборотных, сточных и подтоварных. Полученные результаты показателей качества воды с использованием заявленного коагулянта титанового подтверждают достижения установленных норм качества питательной воды и пара (п.п.4-18 в таблице 7, 8 и 9) в соответствии принятых требований и рекомендаций РД [9-11]. Исследованиями и производственными испытаниями подтверждено, что заявляемый коагулянт титановый возможно использовать для подготовки питательной воды и производства пара, с последующей закачкой его в пласт с целью повышения нефтеотдачи, либо использовании в качестве теплоносителя для отопления производственных и бытовых помещений.
Пример 7.
В таблице 10 приведены результаты проведенных фильтрационных испытаний нового коагулянта титанового на керновых моделях в производственных условиях при выдержке 48 часов, которые подтверждают потокоотклоняющие способности нового заявляемого КТ.
Таблица 10
Рецептура
Вид модели по типу пласта
Объем закачки, п.о.
Нач. Кпр по воде, мД
Макс.перепад давления при прокачке ΔР, МПа
RRFw, д.ед.
факт
норма
факт
норма
15% раствор титанового коагулянта (партия 2)
Низкопроницаемая модель
1
26,12
9,4
Менее 12
82,5
Не менее 10
1
26,40
7,6
107,6
Высокопроницаемая модель
1
390,42
0,23
45,1
1
416,55
0,19
56,3
Основная цель этих исследований состояла в оценке возможности применения суспензии заявленного коагулянта титанового для выравнивания профиля приемистости нагнетательных скважин нефтегазового месторождения.
Фильтрационные испытания проводились с использованием керновых моделей, учитывающих литологические и фильтрационно-емкостные свойства (ФЕС) изучаемого пласта в моделируемых термобарических условиях. В ходе фильтрационных испытаний состава на керновых моделях установлено, что новый заявляемый КТ способен фильтроваться в исследуемые отложения преимущественно в высокопроницаемую часть пласта, давление закачки в высокопроницаемые зоны не превышает 1,8 Мпа. Потокоотклоняющая способность коагулянта титанового позволяет изменить направление фильтрационных потоков, а фактор остаточного сопротивления RRFw составляет минимум 45,1 - 56,3 ед., что соответствует нормам. После выдержки в течение 48 часов заявляемый КТ, используемый в качестве реагента, создает требуемый потокоотклоняющий экран, происходит гелеобразование при реакции с породой пласта.
Результаты проведенных многочисленных испытаний подтвердили эффективность использования 15% суспензии полученного коагулянта титанового с ингибитором коррозии в потокоотклоняющих технологиях для выравнивания профиля приемистости в условиях пласта нефтегазовых месторождений. Ингибитор коррозии используется для снижения негативного коррозийного воздействия на металлические конструкции.
Пример 8.
3
3
3
В таблице 11 представлены результаты испытаний, проведенных в производственных условиях, которые показывают значительное снижение содержания нефтепродуктов после процедуры коагуляционной очистки с использованием заявляемого КТ для очистки подтоварной воды образующейся в ходе процессов переработки нефти на Ухтинском нефтеперерабатывающем заводе ООО «ЛУКОЙЛ-Ухтанефтепереработка» (из представленных в таблице испытуемых 3 образцов - содержание нефтепродуктов после очистки КТ (образец 2) составило 3,31 мг/дм минимальное, по сравнению с образцом 1 (прототип) у которого этот показатель составил 5,80 мг/дм и образца аналога 3 с содержание нефтепродуктов 5,45 мг/дм).
Таблица 11
№ п/п
Наименование
Ингредиенты, %
Дозировка, мг/дм<sup>3</sup> по ТП
Содержание нефтепродуктов, мг/дм<sup>3</sup>
База
подтоварная вода
100,69
1
Коагулянт титановый (прототип)
TiO<sub>2 </sub>- 16.22SiO<sub>2 </sub>- 1.54Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 33.10
10
13,75
2
Коагулянт титановый (заявляемый), партия № 3
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>1.78 SiO<sub>2 </sub>- 0.16Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 27.5
10
3,31
3
Коагулянт Аква-аурат-30 (Аналог)
TiO<sub>2 </sub>-<sub></sub>0.0 SiO<sub>2 </sub>- 0.0Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 30.0
10
5,45
Как показывает анализ проведенных многочисленных лабораторных и производственных исследований, подтверждающих осуществимость изобретения, заявляемый КТ в сравнении с аналогами и прототипом при подготовке подтоварных вод на различных нефтяных месторождениях является одним из наиболее эффективных поснижению значительного содержания нефтепродуктов и взвешенных веществ, что отражено в таблицах 2-4, а также по очистке поверхностных водоисточников природных оборотных и сточных вод на разных производственных участках НШПП «Яреганефть» и АО «СИТТЕК» (таблицы 5-6); в том числе по очистке природных оборотных, сточных и подтоварных вод, образующихся на технологических объектах Ярегского месторождения (таблицы 7-9); по применению в потокоотклоняющих технологиях (таблица 10) в дополнительном снижении после проведения коагуляционной очистки содержания нефти для разных типов вод, в том числе подтоварных (таблица 11).
Представленные результаты апробации на основе лабораторных исследований и производственных испытаний заявляемого коагулянта титанового подтверждают его эффективность и достижение указанного выше технического результата (повышение эффективности и качества очистки, а также снижение стоимости всего технологического цикла, как при получении нового коагулянта, так и за счет дополнительного уменьшения трудоемкости, связанной с сокращением объемов нерастворимого в воде остатка, подлежащего утилизации при очистке поверхностных, сточных и подтоварных вод.
Как показывают вышеприведенные примеры обоснования эффективности заявленного коагулянта титанового, он имеет широкую сферу применения, при этом большую значимость представляет возможность его использования, как для очистки природных, бытовых сточных и подтоварных вод, подготовки питательной и оборотной воды (в частности, для теплоэнергетических и парогенераторных установок), так и для применения в потокоотклоняющих технологиях и технологиях выравнивания профиля приемистости (в том числе, для повышения нефтеотдачи пластов как самостоятельно, так и в качестве компонента, в частности, в составе гелеобразующих реагентов).
Список использованных источников информации
1. Патент РФ №2367618; МПК: C02F 1/52 (9/08;1/24;103/04).
2. Патент РФ №2179954; МПК: C02F 1/50.
3. Патент РФ №2716316; МПК: C09K 8/575 (2208/18); E21B 43/16 (43/20;33/138).
4. Патент РФ №2399591; МПК: C02F 1/50 (103/04); C01G 23/00.
5. Патент РФ №2019520; МПК: C02F 1/52 (1/58); B01D 21/01.
6. Патент ЕПВ №11441; МПК: C02F 1/50 (1/52;103/04); C01G 23/00 (прототип).
7. Отраслевой стандарт ОСТ 39-225-88 Вода для заводнения нефтяных пластов. Требования к качеству (утв. приказом Министерства нефтяной промышленности от 28 марта 1988 г. № 147).
8. СанПиН 2.1.4.1074-01 Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы - М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 202. - 103 с.
9. РД 24.032.01-91 Методические указания. Нормы качества питательной воды и пара, организация водно-химического режима и химического контроля паровых стационарных котлов-утилизаторов и энерготехнологических котлов (ред. от 27.12.1993).
10. РД 10-165-97 Методические указания по надзору за водно-химическим режимом паровых и водогрейных котлов. Серия 17. Выпуск 32 / Колл.авт. - М.: ЗАО «Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности», 2009. - 28 с.
11. РД 10-179-98 Методические указания по разработке инструкций и режимных карт по эксплуатации установок до котловой обработки воды и по ведению воднохимического режима паровых и водогрейных котлов. Серия 10. Выпуск 39 / Колл.авт. - М.: ОАО «Научно-технический центр по безопасности в промышленности», 2007. - 32 с.