Интенсификация процесса выделения магния из пластовых вод месторождений углеводородного сырья

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 P2000 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 гидро-минерального 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

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

Состав модельных пластовых вод Вуктыльского ГКМ

№ скв.	Содержание ионов, мг/л
	Са2+	Мg2+	Na+ + К+	НСО 3 -	SO 4 2-	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

гидроокиси кальция, поэтому при взаимодействии хлорида магния с гидроокисью кальция реакция идет в сторону образования осадка гидроокиси магния:

МgСl 2 + Са (ОН) 2 = СаСl 2 + Мg (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 Вуктыльского месторождения, состав которой приведен в таблице.

При оптимальных условиях перемешивания образовавшуюся суспензию обрабатывали раст кулянта с дозировкой 0,1; 0,15; 0,2 мг/л. Р экспериментальных исследований пре на графиках (рис. 1).

При дозе флокулянта 0,1 мг/л, под 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

для скважины № 178; 325 мкм – для скважины № 98; 344 мкм – для скважины № 34. При осаждении с введением 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.

Q/r

Q/r

70 |—

40--

40 —'

30 -

10 -

290 344^00 SOO 600

300 a)

I "I * "™

700 900 900

Q/r

60 ---1-

—II____ I 1кг

200 280 325 400

| d MlTM SOO 600

I I - 1^1 _______|_______ j T* ____|_______|d mitm

251300 343 400 SOO 600   700   800   900

Рис.

рам п скваж

—•— 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 р рд              ц р            р 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 сопрот ляет та Pr сниж

Результаты исследований для модельной воды скваж

Рис. 2. Кривые для определения констант фильтрования.

—•— 0,2 мг/л;

0,15 мг/л; —*- 0,1 мг/л.

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 Δp = 98 кПа и составляют для скважины № 34 – 107·1010 м/кг, для скважины № 98 – 110·1010 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 стадию предварительной очистки от нефтепродуктов и железа. Очистка от нефтепродуктов происходит на электрофлотационной установке и в угольном адсор-я на фильтре с магния а сме-молока го кон-трова-ом на й оса-иниро-ерера-окись магния.

ия из го ме-сква-улянта пается ти со-изация одовой с. руб.