Способ и установка для удаления органического вещества из попутной воды нефтепромысла

Способ и установка для удаления органического вещества из попутной воды нефтепромысла

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и установке для обработки попутной воды нефтепромысла после разделения смеси сырой нефти и соленой воды и, в частности, к способу и установке для эффективной очистки попутной воды от органических веществ, таких как капли нефти и растворенные в ней органические соединения.

Уровень техники

При разработке нефтяных месторождений нефть добывают вместе с соленой (минерализованной) водой. Поскольку в такой воде содержится значительное количество капель нефти и растворенных органических соединений, то при ее сливе и попадании в окружающие водные пространства существует опасность нанесения окружающей среде непоправимого ущерба.

В настоящее время известно много различных способов выделения нефти из смеси нефти и попутной воды нефтепромыслов. Например, в публикации JP-A 2003-144805 описан способ, в котором попутную воду превращают в эмульсию, в которую затем добавляют магнитный порошок и коагулянт и получают магнитные хлопья, которые удаляют из воды методом магнитной аспирации.

Кроме того, в журнале "Experience of Produced Water Treatment in the North Sea", Marine Pollution Bulletin, том 29, №6-12, (1994), стр.312-316 описан способ извлечения капель нефти с использованием циклона для очистки жидкости.

Однако даже при полном извлечении из попутной воды капель нефти в ней все равно остается большое количество органических соединений, таких как уксусная кислота, пропионовая кислота, валериановая кислота и другие растворенные органические соединения, которые наносят непоправимый ущерб окружающей среде, поэтому и рассматривается вопрос о средствах удаления таких соединений из сливаемой обратно воды. Содержание таких растворенных в воде органических соединений оценивается величиной так называемого ХПК (химического потребления кислорода). При этом органическое соединение, растворенное в попутной воде нефтепромысла, называют ХПК-элементом (элементом, химически потребляющим кислород).

В публикации JP-A 2004-275884 описан способ, в котором к добываемой на нефтяных месторождениях вместе с нефтью воде добавляют порошок активированного угля, который поглощает ХПК-элементы, собирается в сравнительно крупные образования и извлекается из воды при добавлении в нее коагулянта.

В публикации JP-A 2004-255290 описан способ, в котором к добываемой на нефтяных месторождениях вместе с нефтью воде добавляют полимерный коагулянт, а, кроме того, содержащуюся в воде нефть разлагают путем добавления к воде полимерного коагулянта и окислителя. В этом патенте предлагается также поглощать и удалять излишек окислителя из воды активированным углем, а в качестве окислителя использовать гипохлористую кислоту, являющуюся продуктом электродиализа.

Описанные в упомянутых выше публикациях способы выделения нефти из попутной воды нефтепромыслов обладают одним существенным недостатком, связанным с проблемами, возникающими при последующей обработке удаленных из воды органических соединений. Например, большое количество осадка создает серьезные проблемы при осаждении с использованием в качестве коагулянта активированного угля, на котором адсорбируется органическое вещество. Совсем не очевидно, что использование окислителя, такого как гипохлористая кислота, который позволяет до определенной степени разложить содержащуюся в воде нефть, одновременно сопровождается и эффективным снижением содержания в воде растворенных органических соединений.

В публикации JP-A 2000-93957 описан способ, в котором воду с небольшим содержанием органического вещества, в частности питьевую воду, очищают с использованием пленки, в которой содержится цеолит. Очевидно, однако, что такой способ нельзя использовать для обработки воды с большим содержанием нефти и органических соединений, в частности попутной воды нефтепромыслов.

Патентная литература:

1. JP-A 2003-144805

2. JP-A 2004-275884

3. JP-A 2004-255290

4. JP-A 2000-093957

Непатентная литература:

1. Experience of Produced Water Treatment in the North Sea, Marine Pollution Bulletin, том 29, №6-12, 1994, с.312-316.

Краткое изложение сущности изобретения

Задача изобретения

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ и установку для обработки попутной воды нефтепромысла, ее эффективной сепарации и выделения из нее содержащейся в ней нефти и удаления растворенных органических соединений при низкой нагрузке на оборудование, низких затратах и отсутствии вредного воздействия на окружающую среду на последующих этапах обработки.

Решение поставленной в изобретении задачи

Для решения поставленной задачи в настоящем изобретении предлагается способ и установка для эффективного удаления из воды, оставшейся после отделения нефти от добываемой при разработке нефтяных месторождений смеси сырой нефти и соленой воды, органических соединений путем обработки воды адсорбентом, который поглощает содержащиеся в воде органические соединения.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана схема установки для обработки попутной воды, предлагаемой в первом варианте изобретения.

На фиг.2 показана схема установки для обработки попутной воды, предлагаемой в другом варианте изобретения.

На фиг.3 показана схема поперечного разреза адсорбционной колонны (адсорбера) с внешней нагревательной печью в составе предлагаемой в изобретении установки для обработки попутной воды.

На фиг.4 показаны рентгенодифрактограммы адсорбента, используемого в настоящем изобретении.

На фиг.5 схематично показан адсорбер предлагаемой в изобретении установки для обработки попутной воды.

На фиг.6 приведены графики, на которых показана зависимость между концентрацией элементов в газе-носителе и температурой нагрева адсорбента при программируемом изменении температуры десорбции адсорбента, используемого в настоящем изобретении.

На фиг.7 показан график зависимости между температурой регенерации адсорбента, используемого в настоящем изобретении, который служит носителем каталитического элемента, и концентрацией углерода, оставшегося в адсорбенте после регенерации.

На фиг.8 показан график зависимости между температурой регенерации адсорбента, используемого в настоящем изобретении, и значением ХПК_Mn до и после адсорбции.

На фиг.9 показан график зависимости между концентрацией каталитического элемента Со и концентрацией оставшегося углерода после использования адсорбента, который служит носителем каталитического элемента (Со), и после термической регенерации адсорбента при 400°С в течение одного часа.

На фиг.10 показан график зависимости между концентрацией каталитического элемента Мn и концентрацией оставшегося углерода после использования адсорбента, который служит носителем каталитического элемента (Мn), и после термической регенерации адсорбента при 400°С в течение одного часа.

На фиг.11 показаны графики зависимости между продолжительностью адсорбции и уменьшением ХПК воды после ее обработки.

На фиг.12 показана схема аэратора, используемого в другом варианте изобретения вместо электролизера с источником напряжения.

Обозначения:

1 - попутная вода нефтепромысла, 2 - бак для необработанной воды, 3 - коагулятор, 4 - ротационный фильтр, 5 - пленка ротационного фильтра, 6 - барабан, 7 - хлопья, 8 - скребок, 10 - установка для обработки дренажной воды, 11 - магнитный сепаратор, 13 - источник напряжения, 14 - электролизер, 15 - вытяжная труба, 16 - печь для сжигания газов, 17, 19 - адсорбер (адсорбционный резервуар), 18 - труба для подачи дренажной воды, 20 - нагревательная печь, 21 - адсорбент, 22 - воздуходувка горячего воздуха, 23 - сливная труба, 24 - спускной клапан, 25 - вода, прошедшая вторую обработку, 26 - монитор ХПК, 27 - бак, 28 - вентиляционная (продувочная) труба, 29 - влагомер, 30 - вытяжная труба, 31 - газоанализатор, 91, 92 - электроды, 180 - вода, прошедшая вторую обработку.

Предпочтительные варианты выполнения изобретения

В настоящем изобретении предлагается способ и установка для извлечения из попутной воды методом магнитной сепарации капель нефти и адсорбции растворенных в воде органических соединений. До адсорбции и очистки воды от растворенных в ней органических соединений с использованием соответствующего адсорбента воду можно предварительно обработать в электролизере или каким-то другим способом. Ниже подробно рассмотрены наиболее существенные для реализации настоящего изобретения моменты, связанные с различными методами адсорбции и очистки попутной воды от растворенных в ней органических соединений.

I. Примеры растворенных в попутной воде органических соединений

В таблице 1 указано содержание солей и растворенных органических соединений, которые содержатся в воде, сопутствующей типичной сырой нефти, добываемой в Японии. Кроме того, в таблице 2 указаны соли и органические соединения и их концентрация в попутной воде нефтепромысла другой страны. Содержащиеся в воде соли и органические соединения и их концентрация могут быть разными в зависимости от нефтепромысла. Нормальная масляная и/или изомасляная кислота и нормальная валериановая и/или изовалериановая кислота являются компонентами, которые придают воде неприятный запах.

Таблица 1
Компонент	Молекулярная формула	Концентрация, мг/л, аналитическое значение
Хлорид натрия	NaCl	16000
Уксусная кислота	СН3СООН	1970
Пропионовая кислота	СН3СН2СООН	400
H-Масляная кислота	СН3(СН2)2СООН	78
Изомасляная кислота	(СН3)2СНСООН	430
H-Валериановая кислота	СН3(СН2)3СООН	15
Изовалериановая кислота	(СН3)2СНСН2СООН	78
Ацетон	СН3СОСН3	2
Фенол	С6Н5OН	12
Крезол	С6Н4(СН3)ОН	8
Метилэтилкетон	(СН3)2СН2СО	0,3
Бензол	С6Н6	0,28
Толуол	С6Н5СН3	0,06

Таблица 2
Компонент	Молекулярная формула	Концентрация, мг/л, аналитическое значение
Хлорид натрия	NaCl	21000
Уксусная кислота	СН3СООН	12000
Пропионовая кислота	СН3СН2СООН	2420
н-Масляная кислота	СН3(СН2)2СООН	110
Изомасляная кислота	(СН3)2СНСООН	460
н-Валериановая кислота	СН3(СН2)3СООН	110
Изовалериановая кислота	(СН3)2СНСН2СООН	1840
Ацетон	СН3СОСН3	5
Фенол	С6Н5ОН	14
Крезол	С6Н4(СН3)ОН	12
Метилэтилкетон	(СН3)2СН2СО	0,8
Бензол	С6Н6	1,5
Толуол	С6Н5СН3	0,8

II. Сравнение различных способов обработки попутной воды и их эффективность по степени снижения ХПК

Ниже приведены результаты экспериментальной оценки различных способов обработки попутной воды и их эффективности по степени снижения ХПК. В этой связи необходимо отметить, что практическое применение всех этих способов для обработки попутной воды связано с определенными проблемами в отличие от предлагаемого в изобретении способа, основанного на применении легко восстанавливаемого неорганического адсорбента, такого как цеолит.

1) Процесс обработки активированным илом; организмы поражаются действием хлора. Обработка является долгой.

2) Добавление гипохлорита натрия. Незначительное снижение ХПК.

3) Образование гипохлорита (электролиз). Незначительное снижение ХПК.

4) Окисление с использованием реагента Фентона. Незначительное снижение ХПК.

5) Вакуумное концентрирование (перегонка). Возможность очистки воды только от тех веществ, у которых температура кипения существенно отличается от температуры кипения воды. Проблема обработки конденсата.

6) Использование активированного угля. Регенерация затруднена, хотя снижение ХПК воды достигается. Высокая стоимость из-за потребности в большом количестве активированного угля.

Характеристики предлагаемого в предпочтительном варианте способа обработки попутной воды, основанного на использовании легко восстанавливаемого неорганического адсорбента.

A) Высокая адсорбционная способность.

Б) Высокая скорость адсорбции и десорбции.

B) Возможность регенерации адсорбента. (Регенерация адсорбента снижает его расход).

Г) Высокая механическая прочность адсорбента.

Д) Оптимальный размер пор адсорбента.

Е) Соответствие свойств поверхности адсорбента адсорбируемому веществу.

При обработке попутной воды и ее очистке от растворенных органических соединений способом, предлагаемым в предпочтительном варианте изобретения, одновременно проводят сепарацию смеси воды и нефти (разделение воды и нефти), электролиз и адсорбцию из воды растворенных в ней органических соединений и снижают ХПК воды с использованием синтетического цеолита. Термическая регенерация синтетического цеолита, который после адсорбции растворенного в воде органического соединения теряет свою адсорбционную способность, позволяет легко снова поднять ее до исходного уровня и существенно упрощает весь процесс очистки попутной воды от растворенных в ней органических соединений и снижает затраты на обработку дренажной воды.

В настоящем изобретении в качестве адсорбента предлагается использовать цеолит протонного типа. В частности, предлагается использовать синтетический цеолит с высоким молярным отношением диоксида кремния к оксиду алюминия, составляющим пять или более. Синтетический цеолит с высоким молярным отношением диоксида кремния к оксиду алюминия обладает очень хорошими гидрофобными свойствами и обеспечивает возможность избирательной адсорбции органических соединений (элементов), содержащихся в дренажной воде.

При соответствующем количестве адсорбента, продолжительности обработки в каждом адсорбере и других показателях ХПК большого количества обработанной на предлагаемой в изобретении установке воды может быть снижен до 120 мг/л, что соответствует требованиям экологического стандарта, предъявляемым к дренажной воде. При необходимости для обработки попутной воды с целью снижения содержания в ней окисляющихся органических и неорганических веществ предлагаемым в изобретении способом для управления предлагаемой в изобретении установкой можно использовать соответствующие данные, заложенные в память контроллера.

Предлагаемая в одном из вариантов изобретении установка для обработки попутной воды не требует применения крупного оборудования и при своих относительно небольших размерах и сравнительно низких затратах обеспечивает возможность существенного снижения ХПК большого количества воды, независимо от концентрации содержащихся в ней органических соединений.

Как уже было отмечено выше, растворенные в попутной воде различные органические соединения являются элементами, которые увеличивают ХПК воды. Проблема, решаемая настоящим изобретением, заключается в поиске решений, которые позволяют уменьшить ХПК очищенной от нефти воды до величины, меньшей величины, которой по существующим нормам должна отвечать дренажная вода. Кроме того, в изобретении предлагается система снижения ХПК попутной воды, адсорбционная активность и надежность которой сохраняются достаточно долго.

Для очистки попутной воды от растворенных в ней органических веществ методом адсорбции в качестве адсорбента можно использовать углеродистый адсорбент (активированный уголь) и неорганический адсорбент. Однако активированный уголь, который обладает очень хорошими адсорбционными свойствами, достаточно трудно регенерируется, и поэтому его применение создает определенные требующие поиска новых решений проблемы.

В попутной воде нефтепромыслов Японии обычно содержатся следующие ХПК-элементы: ацетон, метилэтилкетон, уксусная кислота, пропионовая кислота, масляная кислота, валериановая кислота, трихлорэтилен, тетрахлорэтилен, бензол, толуол, этилбензол, ксилол, фенол, крезол, ксиленол, гексахлорбензол, дисульфид углерода, метанол, янтарная кислота, молочная кислота и др. вещества.

Синтетический цеолит обладает очень высокой адсорбционной способностью в отношении перечисленных выше ХПК-элементов. Многие синтетические цеолиты можно использовать в виде смеси или в различных комбинациях. Так, в частности, использование комбинации синтетических цеолитов с разным диаметром внутренних полостей (размерами пор) позволяет адсорбировать органические соединения с высоким и низким молекулярным весом. Например, органическое соединение с низким молекулярным весом, такое как уксусная кислота, адсорбируется адсорбентом с мелкими порами, а органическое соединение с большим молекулярным весом, такое как валериановая кислота, и ароматические соединения адсорбируются адсорбентом с крупными порами. Поэтому всегда существует вероятность того, что соединение с большим молекулярным весом, которое не поглощается одним из адсорбентов, будет оставаться в воде. На установках с несколькими адсорберами, соединенными параллельно или последовательно относительно направления потока обрабатываемой воды и заполненными смесью адсорбентов с разным размером пор, эффективная адсорбция ХПК-элементов и снижение ХПК проходящей через них воды осуществляется на разных стадиях разными адсорбентами, размеры пор которых соответствуют молекулярному весу адсорбируемого соединения.

Предлагаемые в изобретении адсорбенты можно изготавливать в виде формованных тел, в частности в виде порошка, отдельных частиц, таблеток, стержней, волокон, пластинок, элементов с сотовой структурой, трубок и адсорбирующих наполнителей другой формы. С экономической и экологической точки зрения очень важно, чтобы адсорбент можно было регенерировать и использовать многократно. Поэтому форма и способ использования адсорбента должны обеспечить возможность его легкой регенерации. Например, при использовании адсорбентов в виде порошка, отдельных частиц и таблеток важно, чтобы адсорбент можно было легко отделить от обрабатываемой воды и соответствующим образом регенерировать. Адсорбенты указанной выше формы, послойно загружаемые в адсорбер (адсорбционную колонну) между сетками или перфорированными пластинами, остаются внутри адсорбера и легко отделяются от обрабатываемой воды. Адсорбенты другой формы загружают в адсорберы с учетом возможности их дальнейшей регенерации.

Предлагаемая в настоящем изобретении установка для обработки попутной воды нефтепромысла содержит резервуар (бак) для разделения нефти и воды, в котором происходит удаление из дренажной воды нефти и нерастворенных частиц, плавающих в дренажной воде или взвешенных в ней, электролизер, в котором происходит разложение молекул органического соединения, содержащегося в дренажной воде, прошедшей первую обработку в резервуаре для разделения нефти и воды, резервуар для адсорбционного удаления органического вещества (адсорбер), в котором происходит адсорбция органического соединения с удалением органического соединения из воды, прошедшей вторую обработку в электролизере, и камеру сгорания, в которой происходит сжигание органического соединения, выделенного из адсорбента, которым заполнен резервуар для адсорбционного удаления органического вещества, и выброса продуктов горения в атмосферу.

Предлагаемая в другом варианте настоящего изобретения установка для обработки попутной воды нефтепромысла содержит резервуар (бак) для разделения нефти и воды, в котором происходит удаление из дренажной воды нефти и нерастворенных частиц, плавающих в дренажной воде или взвешенных в ней, электролизер, в котором происходит разложение молекул органического соединения, содержащегося в дренажной воде, прошедшей первую обработку в резервуаре для разделения нефти и воды, резервуар для сепарационного удаления органического вещества, в котором происходит отделение и удаление органического соединения из воды, прошедшей вторую обработку в электролизере, резервуар для адсорбционного удаления органического вещества (адсорбер), в котором происходит адсорбция органического соединения с удалением органического соединения из воды, прошедшей третью обработку в резервуаре для сепарационного удаления органического вещества, и камеру сгорания, в которой происходит смешение органического соединения, выделенного из воды в резервуаре для сепарационного удаления органического вещества, и органического соединения, выделенного из воды в резервуаре для адсорбционного удаления органического вещества, сжигание полученной смеси и выброс продуктов горения в атмосферу. При этом резервуар для разделения нефти и воды предпочтительно функционирует в качестве резервуара магнитного сепаратора.

В качестве адсорбента для очистки воды от ХПК-элементов предпочтительно использовать неорганический адсорбент. Лучше всего для этой цели использовать натуральный или синтетический цеолит, кристаллическая структура которого состоит из диоксида кремния и оксида алюминия (SiO₂/Al₂O₃), молярное отношение которых равно или больше 5. Наиболее предпочтительно применение синтетического цеолита, который обладает очень хорошими гидрофобными свойствами. В качестве неорганического адсорбента можно использовать адсорбент, содержащий диоксид кремния SiO₂ или оксид алюминия Al₂O₃, молярное соотношение которых равно или больше 5, и оксид натрия, а также, по меньшей мере, один из элементов, выбранный из группы, в которую входят Pt, Pd, Ru, Rh, Ni, Fe, Сu, Мn и Со.

Кроме того, в качестве неорганического адсорбирующего реагента использовать адсорбент, который после адсорбции и очистки воды от органических соединений можно неоднократно регенерировать путем нагрева в атмосферных условиях при температуре от 100 до 600°С.

Резервуар для сепарационного удаления органического вещества (сепаратор) может быть выполнен с возможностью продувки или аэрации, воды, прошедшей первую обработку, для выделения и удаления летучего органического соединения.

В настоящем изобретении предлагается также способ обработки попутной воды нефтепромысла, включающий процесс магнитной сепарации, во время которого удаляют нефть и нерастворенные частицы, плавающие в дренажной воде и взвешенные в ней, процесс электролиза, на котором попутную воду, прошедшую процесс магнитной сепарации, подвергают электролизу, процесс удаления органического соединения сепарацией, во время которого летучие органические соединения выделяют и удаляют из воды, прошедшей вторую обработку в вышеупомянутом процессе электролиза, процесс удаления органического соединения адсорбцией, во время которого органическое соединение адсорбируют и удаляют из воды, прошедшей третью обработку и отводимой из резервуара для удаления органического соединения сепарацией, процесс, во время которого летучие органические соединения вместе с паром выпускают из резервуара для удаления органического соединения сепарацией, сжигают их и выбрасывают продукты горения в атмосферу.

В предлагаемом в изобретении способе обработки попутной воды для снижения ее ХПК до уровня, меньшего стандартных требований, предъявляемых к значению ХПК дренажной воды, помимо использования магнитного сепаратора, испарительного концентратора, бака для обработки воды гипохлористой кислотой и/или электролизера воду обрабатывают в адсорбере с каталитическим адсорбентом, в качестве которого в изобретении предлагается использовать цеолит. Лучше всего для этой цели использовать синтетической цеолит с высоким молярным соотношением диоксида кремния и оксида алюминия и хорошими гидрофобными свойствами.

Каталитическая адсорбционная обработка воды может быть реализована достаточно просто, однако ее стоимость существенно зависит от срока службы и периодичности регенерации адсорбента. Помимо того, что регенерация адсорбента существенно снижает стоимость обработки воды, очень важно, что практически она может быть реализована очень простым и легким путем.

Регенерацию адсорбента с адсорбированными из воды органическими веществами, например органическими растворителями, можно с высокой эффективностью выполнить путем его термической обработки или путем так называемой горячей сушки, в процессе которой происходит окисление и сгорание адсорбированного углерода. Такой способ регенерации, однако, имеет определенные ограничения, связанные с допустимой частотой регенерации адсорбента, в процессе которой происходит сгорание углерода, содержащегося в самом адсорбенте, и не позволяет создать эффективной системы снижения ХПК попутной воды из-за необходимости периодической замены постепенно теряющего свою эффективность адсорбента. Кроме того, при добыче нефти в океане замена адсорбента на установке для обработки попутной воды требует дополнительных затрат, связанных с его доставкой в нужное место.

Наиболее существенной особенностью предлагаемого в изобретении способа обработки попутной воды, в котором содержащийся в воде ХПК-элемент удаляют из воды методом адсорбции с использованием в качестве адсорбента цеолита, является возможность регенерации адсорбирующих свойств постепенно теряющего их адсорбента в процессе сжигания и разложения адсорбированных им органических соединений в атмосферных условиях.

Как уже было отмечено выше, из всех цеолитов наиболее предпочтительным является синтетический цеолит, и в частности, обладающий хорошими гидрофобными свойствами синтетический цеолит, в котором молярное отношение SiO₂/Аl₂О₃ равно или больше 5. Таким цеолитом, который лучше всего использовать для обработки попутной воды предлагаемым в изобретении способом, является цеолит ZSM-5.

По мере того, как поверхность адсорбента покрывается слоем углерода, содержащегося в адсорбированном органическом соединении, активность адсорбента падает. Для восстановления активности адсорбента из него нужно удалить адсорбированный вместе с органическим соединением углерод.

Адсорбированное адсорбентом органическое вещество остается на поверхности адсорбента в виде углерода. Для того чтобы удалить с поверхности адсорбента остающийся на ней углерод адсорбент нужно нагреть, как минимум, при 600°С. Фактически в попутной соленой воде содержится определенное количество растворенного хлорида натрия. При многократной регенерации и нагреве адсорбента при 600°С SiO₂, который является основным компонентом цеолита, в течение короткого времени вступает в реакцию с Na, содержащимся в хлориде натрия, и цеолит постепенно теряет свои адсорбционные свойства. Поэтому температура, при которой нагревают регенерируемый адсорбент, должна быть по возможности минимальной и не должна превышать 600°С.

В присутствии каталитического элемента органическое вещество на поверхности адсорбента разлагается, окисляется и сгорает при температуре 500°С или меньше, предпочтительно при температуре 400°С или меньше, и адсорбент полностью восстанавливает свои первоначальные свойства и снова становится активным.

Предлагаемый в изобретении способ обработки попутной соленой воды позволяет легко уменьшить концентрацию органических соединений в воде, а также легче, по сравнению с известными способами, контролировать расход адсорбента.

Предлагаемый в изобретении способ обработки попутной соленой воды обладает по сравнению с известными способами и рядом других преимуществ. В частности, использование цеолита в качестве основного компонента адсорбента и окисление и сжигание органических веществ, адсорбированных на поверхности адсорбента, с использованием каталитических свойств каталитического элемента, находящегося на поверхности синтетического цеолита, позволяет полностью восстановить адсорбционные свойства цеолита.

Каталитический элемент выбирают из группы металлов, в которую входят благородные металлы Pt, Pd, Rh, Au, Ag и др. и обладающие таким же эффектом переходные металлы Fe, Ni, Mn, Co и др.

Предлагаемый в изобретении способ обработки попутной соленой воды требует для регенерации адсорбента только испарения заполняющей его поры воды и потому отличается от известных способов обработки дренажной воды более простой технологией и соответственно меньшими затратами.

В результате взаимодействия синтетического цеолита с попутной соленой водой содержание ХПК-элементов в воде уменьшается. Предлагаемый в изобретении способ адсорбции позволяет уменьшить концентрацию ХПК-элементов в воде до заданной величины, которая определяется стандартными требованиями к содержанию различных загрязняющих окружающую среду элементов, содержащихся в дренажной воде. Восстановить адсорбционные свойства цеолита, потерянные при его длительном использовании, можно путем его нагрева до определенной температуры и сжигания углерода, который содержится в адсорбированном органическом соединении. Предлагаемый в изобретении способ обеспечивает возможность периодического восстановления адсорбционной активности цеолита и очистки попутной соленой воды от ХПК-элементов в течение достаточно длительного времени.

Предлагаемый в изобретении адсорбент с каталитическим элементом на поверхности синтетического цеолита можно регенерировать с полным восстановлением его адсорбционной способности путем окисления и разложения адсорбированных органических элементов и окисления и сжигания углерода только за счет нагрева до сравнительно низкой температуры, не превышающей 500°С.

Различные варианты возможного осуществления изобретения

Различные варианты предлагаемых в изобретении способов и установок для обработки попутной соленой воды более подробно рассмотрены ниже. Эффективность предлагаемых в изобретении способов и установок оценивалась следующим образом.

Оценка адсорбционной способности

В химический стакан емкостью 100 мл помещали 1 г адсорбента. Затем в стакан наливали ровно 100 мл попутной воды. В стакан опускали магнитную мешалку и в течение определенного времени адсорбировали содержащиеся в воде органические соединения. С помощью центробежного сепаратора из воды удаляли мелкие частицы и очищенную от мелких частиц воду использовали для проведения анализов. После быстрого выделения из воды центробежным сепаратором адсорбента определяли содержание в воде ХПК-элементов.

Измерение концентрации ХПК-элементов в слитой из стакана воде.

Концентрацию ХПК-элементов в воде измеряли по методике JIS K 0102 (ХПК_Mn) оценки промышленных сточных вод с использованием перманганата калия.

При измерении концентрации ХПК-элементов в слитой из стакана воде определяли количество содержащейся в ней уксусной кислоты и пропионовой кислоты.

Содержание в воде уксусной и пропионовой кислоты определяли методом ионной хроматографии.

Первый вариант

Схема установки для обработки попутной воды, предлагаемая в первом варианте изобретения, показана на фиг.1. Предлагаемая установка для обработки попутной воды состоит из магнитного сепаратора, в котором воду очищают от нефти, электролизера 14, адсорбера 17, в котором из воды адсорбируют содержащиеся в ней ХПК-элементы, и камеры сгорания 16 для сжигания газов.

Предлагаемая в первом варианте изобретения установка для обработки попутной воды работает следующим образом. Добываемая вместе с нефтью вода 1 хранится в баке 2. Хранящаяся в баке вода представляет собой эмульсию воды и нефти. Кроме органических элементов и неорганических ионов натрия в воде содержатся очень мелкие частицы буровой грязи, песок и другие твердые материалы. Попутную воду из бака перекачивают в коагулятор 3, в котором под действием соответствующего коагулянта, такого как сульфат железа 2 и полиалюмохлорид, и магнитных частиц магнетита (Fе₃О₄) и γ-гематита (Fе₂О₃) взвешенные в воде частицы превращаются в хлопья.

Воду с хлопьями перекачивают в ротационный фильтр 4, в котором воду очищают от нефти и хлопьев. Ротационный фильтр состоит из фильтрующей пленки 5 и вращающегося барабана 6, внутри которого расположен (не показанный на чертеже) генератор магнитного поля (электромагнит). Пленка 5 ротационного фильтра фильтрует воду и очищает ее от нефти и хлопьев 7. Нефть и хлопья, которые остаются на пленке 5, обрызгивают водой и счищают с поверхности барабана 6 выходящим из корпуса фильтра 4 наружу скребком 8. Отфильтрованную воду 90 подают в электролизер 14.

В электролизере 14 расположены электроды 91 и 92. Электроды 91 и 92 соединены с источником 13 напряжения. В электролизере 14 содержащееся в отфильтрованной воде 90 органическое вещество разлагается и превращается в органические вещества с меньшим молекулярным весом. Высокая концентрация растворенного в попутной воде хлорида натрия способствует протеканию электролитической реакции. Состав отбираемого из электролизера 14 газа определяется с помощью газоанализатора 31'.

При определенной величине тока в электролизере 14 происходит углеводородная реакция, в процессе которой образуются летучие органические соединения. Собирающиеся в верхней части электролизера летучие органические соединения отбирают по трубе 15. Отбираемые из электролизера по трубе 15 летучие органические соединения сжигают в печи 16, образующиеся в которой продукты сгорания по вытяжной трубе 30 выбрасывают в атмосферу.

При анализе отбираемых из электролизера 14 газов было установлено, что они состоят из насыщенных углеводородов, таких как этан, этилен, циклопропан и других похожих насыщенных углеводородов. Используемые для электролиза электроды электролизера предпочтительно изготавливают из Fe, Ni, Al, Au, Pt и SUS (пороговый триодный тиристор). При изготовлении электродов из таких материалов и высокой плотности тока образующийся в результате протекающей в электролизере реакции углеводород по существу представляет собой продукт соединения двух молекулярных масс карбоксильной кислоты с двумя протонами. Для образования такого углеводорода плотность тока в электролизере должна быть достаточно высокой, и как показали исследования, из всех перечисленных выше материалов наиболее оптимальным материалом для изготовления электродов является платина (Pt) или покрытая платиной тонкая пленка.

Электролитическая реакция не обязательно должна полностью кончаться в электролизере 14 и поэтому отфильтрованную воду 90 можно подавать в электролизер 14 непрерывно. Обработанную дважды воду 180 с органическими соединениями, которые не разлагаются в электролизере 14, и органическими соединениями, которые разлагаются в ней наполовину, по трубе 18 подают в адсорберы 17 или 19, в котором в результате адсорбции происходит снижение концентрации в воде ХПК-элементов.

Для адсорбции ХПК-элементов предлагаемым в изобретении способом предназначены первый и второй адсорберы 17 и 19. Первый адсорбер 17 используют при нормальной работе установки, а второй - в качестве резервного или же их можно использовать поочередно. Конструктивно первый и второй адсорберы 17 и 19 выполнены одинаково. Приведенное ниже описание конструкции первого адсорбера 17 в полной мере относится и к конструкции второго адсорбера.

Предлагаемая в изобретении установка для обработки попутной воды может иметь не только два (как в показанном варианте), но и больше адсорберов. В качестве адсорбента 21 в адсорберах используют частицы синтетического цеолита ZSM-5. Частицы ZSM-5 служат носителем каталитического элемента. В рассматриваемом варианте каталитическим элементом является Ni, концентрация которого на единицу массы ZSM-5 составляет около 0,5 мас.%. В состав адсорбента 21, кроме ZSM-5, входит также обладающий такой же адсорбционной способностью морденит.

Корпус адсорбера в этом варианте изобретения имеет цилиндрическую форму и изготовлен из SUS 304. В принципе корпус адсорбера можно изготовить и из другого