刘佳斌 储运0804(精品)

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,油田采出水软化处理技术的研究现状,学 生：刘 佳 斌,班 级：储运,0804,专 业：油气储运工程,指导教师：廖 红 卫,汇报提纲,一、论文研究的目的和意义,二、国内外研究现状及发展趋势,三、论文的主要研究内容,四、结论,一、,论文研究的目的和意义,软化是指用化学的方法降低或除去水中的钙、镁离子，降低水中的硬度。随着国内外各油田二次，三次采油的进行，采出油中的含水量高达,70%-80%,，很多油田甚至已达,90%,以上，如何软化这些采出水已成为一个严重的问题，直接影响到油田的生产效率及经济效益。因此，研究如何软化油田采出水具有重要的经济意义和环保意义，具体来说，软化采出水进行再利用可以提高水资源利用率，节省水费用，而且避免了直接外排所引发的环境污染问题。,汇报提纲,一、论文研究的目的和意义,二、国内外研究现状及发展趋势,三、论文的主要研究内容,四、结论,二、,国内外研究现状及发展趋势,2.1,国外研究现状,在油田采出水软化方面，国外已有多种软化工艺可供选择有热石灰苏打软化法，离子交换软化法，苛性碱软化法及热力软化法等。,Kern,州采用强酸后再加弱酸的离子交换系统；加拿大埃索公司采用了石灰苏打处理后再加离子交换系统。加拿大肯特堡油田采出水硬度,560,2300mg/L,，先采用石灰去硬度，在用离子交换工艺；美国南贝尔菲德油田采出水总硬度,514mg/L,，采用苛性碱法去硬度。,2.2,国内研究现状,总体来说，目前国内的采出水软化处理技术相对于国外比较落后，但是在我国大部分油田，采出水软化技术已得到很大发展，比如在我国的大庆油田，辽河油田等地区，离子交换软化工艺已得到广泛应用，另外还有很多油田根据采出水的不同性质，将热石灰苏打软化工艺。热力软化法，,苛性钠软化工艺与离子交换工艺结合使用，已达到更好的的软化效果。比如我国的新疆油田，长庆油田就将离子交换工艺与热石灰苏打软化工艺结合使用。,汇报提纲,一、论文研究的目的和意义,二、国内外研究现状及发展趋势,三、论文的主要研究内容,四、结论,三、论文的主要研究内容,3.1,各种软化工艺简介,3.1.1,热石灰苏打软化工艺,热石灰软化工艺软化原理如下：,Ca(HCO,3,),2,+Ca(OH),2,2CaCO,3,+2H,2,O,Mg(HCO,3,),2,+Ca(OH),2,CaCO,3,+Mg(OH),2,十,H,2,O+CO,2,MgSO,4,+Ca(OH),2,Mg(OH),2,+CaSO,4,MgC1,2,+Ca(OH),2,Mg(OH),2,+CaC1,2,经热石灰处理后水的总硬度可,15-25mg/L,，而冷石灰处 理过水的硬度含量为,30-50mg/L,。所以只能用于初级水处理。,3.1.2,离子交换软化法,(1),强酸阳离子交换树脂软化工艺,软化原理如下：,Ca,2+,+2RNaR,2,Ca+2Na,+,式中,R,为聚合母体。,该工艺能有效地去除清水的硬度。微咸水的处理限制在含盐量约为,5000mg/L,的范围内。若向水中投加鳌合剂，则可处理含盐量为,6000mg/L,的微咸水。若水的总溶解固体,(TDS),量在,3500mg/L,以上，则很难令人满意地去除硬度。,(2),弱酸阳离子交换树指软化工艺,软化原理如下：,钠循环弱酸阳离子树脂去除硬度的反应式为：,CaCI,2,+2RCOONa(RCOO),2,Ca+2NaCI,氢循环弱酸阳离子树脂去除硬度和碱度的反应式为：,Ca(HCO,3,),2,+2RCOOH(RCOO),2,Ca+2CO,2,+2H,2,O,式中,R,为聚合母体。,弱酸,-,弱酸软化系统可软化,TDS,含量大于,8000mg/L,的采出水，并且可将采出水的硬度降至,lmg,/L,以下。但是，采用这种系统的不足之处是再生费用过高。若软,350mg/L,以上的特高硬度的大量采出水，则系统不经济。,(3),用鳌合剂树脂软化饱和盐水及,TDS,高的采出水工艺,鳌合树脂对多价阳离子的处理能力远远高于单价阳离子。它的离子交换能力远远高于磺酸树脂或淡酸树脂。这种鳌合剂借助于乙二胺四乙酸被附着在苯乙烯一二乙烯苯共聚物小球这样的近似结构，与金属离子生成环状化合物,(,鳌合物,),。总硬度,300mg/L,的饱和水可用鳌合树脂一弱酸阳离子树脂系统进行软化。,3.1.3,苛性碱软化工艺,软化原理如下：,NaOH+Ca(HCO,3,),2,CaCO,3,+H,2,O+Na,2,CO,3,NaOH+Mg(HCO,3,),2,Mg(OH),2,+NaHCO,3,NaOH+NaHCO,3,Na,2,CO,3,+H,2,O,与石灰法相比，采用苛性碱法软化采出水的优点是，可采用液态投药方式，其操作与计量都较石灰简单；用苛性钠对弱酸树脂进行再生，在供应和储存上都没有特殊要求，苛性碱法生成沉淀呈细绒状，其流动性相当于稠漆，因此不存在堵塞和结垢问题。,3.1.4,膜法软化技术,(,1),微滤,一般来说，微滤膜是一种孔径为,0.1,1.0um,、高度均匀、具有筛分过滤作用的多孔固体连续介质，主要分为有机膜和无机膜两类。目前油田应用较多的是陶瓷膜和中空纤维微滤膜。,(2),超滤,超滤是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，孔径范围为,0.05,1nm,，可截留固体颗粒、生物分子、胶体及相对分子质量为,1 000,100000,的大分子。,(3),反渗透,反渗透是用于从溶液中清除溶解离子等溶质的一种分离法，适用于高含盐采油污水的深度处理。,(4),电渗析,电渗析（,ED,）是利用直流电场驱动离子经过离子交换膜，由于阴离子只能通过阴离子交换膜而阳离子只能通过阳离子交换膜，从而实现离子分离。,3.1.5,被膜剂软化,被膜剂的软化防垢机理是：药剂溶于水后，便形成一种液态负离子，这种胶态负离子可以吸附水中的悬浮物及钙，镁离子，形成胶态离子而不以沉积于管壁，易被排除系统之外。由于胶态负离子对碳酸盐，硫酸盐等水垢的生成和沉积起抑制和分散作用，从而可以防止结垢，提高设备的热效率，达到节约能源降低成本的目的。,3.1.6,热力软化法,热力软化就是采用加热的方式软化水的硬度。,软化原理如下：,Ca,2+,+CO,3,2-,CaCO,3,CO,3,2-,+H,2,O2OH,-,+CO,2,Mg(HCO,3,),2,Mg,2+,+CO,3,2-,+CO,2,+H,2,O,Mg,2+,+2OH,-,Mg(OH),2,Mg,2+,+CO,3,2-,+H,2,OMg(OH),2,+CO,2,Ca,2+,+SO,4,2-,CaSO,4,热力软化工艺把软化和去除大量的悬浮固体结合为一步。同时，该法还可去除,300-400mg/L,硬度的采出水。,3.2,离子交换技术软化采出水的研究,3.2.1,离子交换技术与离子交换反应,离子交换软化技术是将水通过阳离子树脂时，使水中的硬度成分钙，镁离子与树脂中的阳离子相交换。从而是水中的钙，镁离子浓度降低，使水得到软化。离子交换反应是发生在固态树脂和溶液接触界面的可逆反应。,离子交换过程如下图所示：,图,3-1,离子交换过程的机理,离子交换过程应包括下列五个步骤：,(1)A,+,离子自溶液中扩散到树脂表面；,(2)A,+,离子从树脂表面再扩散到树脂内部的活性中心；,(3)A,+,离子与,RB,在活性中心上发生交换反应；,(4),解吸离子,B,+,自树脂内部活动中心扩散到树脂表面；,(5)B,+,离子再从树脂表面扩散到溶液中。,3.2.2,离子交换树脂的组成,离子交换树脂主要由以下三部分组成：,(1),单体是能聚合成高分子化合物的低分子有机物。,(2),交联剂是能在线性结构分子缩聚时起架桥作用，而使其分子中的基区相互键合成不溶的网状体结构的物质。,(3),交换基团是联接在单体上具有活性离子的基团。,图,3-2,树脂单体示意图,3.2.3,离子交换树脂结构,离子交换树脂内部结构分为三部分：,(1),高分子骨架由交联的高分子聚合物组成。,(2),离子交换基团连接在高分子骨架上，带有可交换 的离子。,(3),孔是在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔,和高分子结构中的孔,(,毛细孔,),。,图,3-3,离子交换树脂内部结构,图,3-4,离子交换基团的结构,图,3-7 D113,型树脂的结构,图,3-5 D113,型树脂的结构,床型,运行步骤,顺流再生固定床,反洗,再生,正洗,制水,对流再生床,逆流床,小反洗,再生,正洗,制水,浮床,大反洗,再生,正洗,制水,表,3-1,交换床运行步骤,3.2.4,离子交换工艺的运行管理,1.,交换床的运行,交换床的运行通常分为四个步骤：反洗,(,小反洗或大反洗,),，再生，正洗和制水运行。交换床的这四个步骤组成一个运行周期，见下表。,2.,再生液浓度,再生液浓度与所用床型有关。参见下表,表,3-2,建议使用的再生液浓度,再生方式,001,7,树脂,201,7,树脂,混床,钠型,阳床,001,7,201,7,再生剂品,种,NaCl,HCl,NaOH,HCl,NaOH,再生液浓,度,/%,顺流,5-10,3-4,2-3,5,4,逆流,3-5,1.5-3,1-3,-,-,浮床,3-5,2-3,0.2-0.3,-,-,水处理工艺,运行流速,备注,钠离子交,换,磺化煤,一级钠床,10-20,-,二级钠床,40,-,离子交换,树脂,一级钠床,15-20,顺流床，逆流床,7-40,浮床,二级钠床,60,-,-,-,15-20,顺流逆流,7-40,浮床,二级浮床,40-60,-,-,表,3-3,交换床运行流速参考,3.,交换床运行流速,3.3,软化试验分析,3.3.1,用大孔弱酸性阳离子交换树脂,-,密实移动床软化,序号,TDS(mg,/L),硬度,(mg/L),软化工艺,1,2000,100,强酸聚合母体单,床树脂,2,7005000,2000,上流式串联床强,酸树脂,3,500010000,500,单床弱酸树脂,4,500010000,5002000,强酸树脂,+,弱酸,树脂串联,5,1000050000,2000,串联床弱酸树脂,6,50000,500,单床螯合树脂,表,3-4,选择离子交换工艺的原则,90,年代，核工业北京化工冶金研究院通过试验发现,用大孔弱酸性树脂,-,密实移动床吸附,(,吸附段高,4 m),也可将稠油污水的总硬度从平均,66mg/L,降至,5 mg/L,以下,甚至达到铬黑,T,试剂检不出的程度,即硬度在,1 mg/L,以下。所用树脂对钙镁离子的吸附饱和容量很高,可达,200 g/L,。该树脂耐温,90,以上,采出水中含少量油对其离子交换性能影响不大。采用大孔弱酸性树脂,-,密实移动床技术对采出水进行软化处理,甚至深度软化处理是可行的,因此推荐它为油田软化处理采出水的首选技术。,3.3.2,几种树脂的软化水试验研究及试验分析,大庆石油的王丽丽对三种锅炉水处理常用树脂：,001,7,凝胶型强酸阳树脂、,D001,强酸大孔阳离子树脂、,D113,大孔型弱酸阳离子树脂进行多个周期的制水试验研究，测定处理量、运行周期、估算运行成本。选择出一种处理量大，运行周期长的离子交换树脂。为了比较三种树脂对采出水处理效果，进行了多个周期的制水运行试验，试验平均数据结果如下表。,项目,平均周期,制水量,m,3,工作交换,容量,mmol,/L,平均制水,周期,H,树脂成本,万,/,吨,001,7,4.28,1.217,42,1.2,D001,4.09,1.164,39,1.2,D113,8.4,2.70,68,2.2,表,3-5,三种树脂多个周期制水运行数据比较,结果表明,:D113,树脂与,001,7,凝胶型，,D001,型大孔树脂相比，在周期制水量、工作交换容量、,制水周期各方,D113,型树脂的确具优于其他两种树脂，具有运行稳定等特点，因此更适合适用于油田采出水处理。缺点是，,D113,型树脂成本是其他两种树脂成本的,1.83,倍，制水成本相对高一些。无论从运行效果