CC BY
30
УДК: 631.824:658.567.1
Фролова С.Р., Кузин Е.Н., Кручинина Н.Е.. Азопков С. В.
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТКИ ПЛАСТОВЫХ ВОД ЭЛЕКТРОКОАГУЛЯЦИЕЙ
Фролова София Романовна - студент группы Э-43 кафедры промышленной экологии, e-mail: sofi.fr3@gmail.com;
Кузин Евгений Николаевич - к.т.н., доцент кафедры промышленной экологии;
Кручинина Наталия Евгеньевна - д.т.н, проф., заведующая кафедрой промышленной экологии;
Азопков Сергей Валерьевич - аспирант кафедры промышленной экологии
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
Процесс нефтедобычи сопровождается образованием огромных объемов пластовых высокоминерализированных вод с содержанием нефтепродуктов до 500 мг/л. В рамках эксперимента была проведена оценка возможности использования процесса электрокоагуляции для очистки данного типа сточных вод Произведена оценка эффективности очистки модельной воды методом электрокоагуляции с использованием алюминиевых, железных и титановых электродов, а также оценка влияния добавки соединений титана на общую эффективность удаления нефтепродуктов из воды.
Ключевые слова: пластовые воды, электрокоагуляция, титансодержащий коагулянт, нефтедобыча.
EVALUATION OF THE EFFICIENCY OF RESERVOIR WATER TREATMENT BY ELECTROCOAGULATION PROCESSES
Frolova S.R., Kuzin E. N., Krutchinina N. E.. Azopkov S. V.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The oil production process is accompanied by the formation of huge volumes of highly mineralized formation water with an oil content of up to 500 mg / l. As part of the experiment, an assessment was made of the possibility of using the electrocoagulation process for purification of this type of wastewater. The efficiency of model water purification by the electrocoagulation method using aluminum, iron and titanium electrodes was evaluated, as well as the effect of the addition of titanium compounds on the overall efficiency of removing oil products from water was evaluated. Keywords: reservoir water, electrocoagulation, titanium-containing coagulant, oil production.
Из года в год увеличивается потребность в различных видах продуктах нефтехимического синтеза, что приводит к неизбежному росту производственных мощностей
нефтеперерабатывающих предприятий и увеличению количеств нефтедобывающих скважин.
Процесс нефтедобычи включает в себя операцию заводнения нефтеносных пластов, что приводит к образованию больших объемов пластовых высокоминерализованных вод. В среднем, добыча одной тонны нефти влечет за собой образование до 5 тонн загрязненных вод [1].
Попадая в водоем, нефтепродукты и их производные значительно ухудшают показатели качества воды и нарушают такие процессы, как тепло- и кислородообмен уже при концентрации выше 2 мг/л, а, как известно, в пластовых водах концентрация нефтепродуктов может доходить до 500 мг/л.
Основным способом очистки пластовых вод от нефтепродуктов является коагуляция (или ее частный случай электрокоагуляция), наиболее распространенными веществами для
интенсификации процесса - соединения алюминия или железа в форме сульфатов или хлоридов. Однако они имеют ряд существенных ограничений, что делает их малоэффективными [2-3]. Это делает задачу поиска новых высокоэффективных
коагулянтов, на сегодняшний момент, очень актуальной.
Основная задача данной работы - оценка эффективности очистки пластовых вод от нефтепродуктов с использованием процесса электрокоагуляции [4]. В качестве дополнительной задачи стоял вопрос оценки возможности интенсификации процесса очистки за счет введения в обрабатываемую воду соединений титана. В качестве объекта исследования была выбрана модельная пластовая вода с концентрацией солей 200 г/л и концентрацией нефтепродуктов ~ 100 мг/л.
В ходе первого этапа была определены оптимальные параметры процесса
электрокоагуляции. К основным параметрам процесс относятся: материал электродов и сила тока, при которых достигается наилучшая эффективность очистки модельной воды от нефтепродуктов. Время процесса 10 минут. После завершения процесса очищенную воду отстаивали в течение 30 минут и анализировали на содержание нефтепродуктов в осветленной части.
Определение содержания нефтепродуктов проводили с использованием ИК-Концентратомера Кн-2М с экстракцией на СС14. Данные по эффективности очистки модельной воды в процессе электрокоагуляционной обработки представлены в таблице 1.
Таблица 1. Эффективность очистки модельной воды, в зависимости от силы тока и материала электрода
Электрод
А1 Бе "Л
I, А 1 2 3 1 2 3 1 2 3
С, мг/л 86,29 16,03 18,87 7,32 13,21 12,31 4,225 8,59 9,14
п.% 13,71 83,97 81,13 92,68 86,79 87,69 95,775 91,41 90,86
Из данных таблицы 1 можно сделать ввод о том, что наилучшая эффективность очистки достигается при использовании титановых электродов. Исходя из полученных данных, также можно сделать вывод, что доза солей титана необходимая для эффективной очистки пластовой воды была существенно ниже, чем для алюминия или железа. На основании предварительных расчетов сформулировано предположение, что практическое использование титановых электродов может быть затруднено ввиду высокой стоимости процесса и возможных явлений пассивации. На основании этих данных для дальнейшего исследования будут рассмотрены железные и алюминиевые электроды.
Согласно ряду литературных источников, добавка соединений титана к традиционным реагентам позволяет существенно повысить эффективность очистки [5-6]. На следующем этапе исследования была проведена оценка влияния добавки хлорида титана (IV) на эффективность очистки модельной воды. Водные растворы Л04 добавляли в качестве добавки в воду, прошедшую стадию электрокоагуляции с использованием алюминиевых или железных электродов. Содержание титановой добавки варьировали 2,5 -10% от масс растворенного металла электрода. Данные по влиянию добавки соединений титана на эффективность очистки представлены в таблице 2.
Таблица 2. Эффективность очистки модельной воды от нефтепродуктов, с использованием хлорида титана (IV) в
Электрод А1 Бе
Добавка соединений титана %,масс. 0 2,5 5,0 7,5 10 0 2,5 5,0 7,5 10
Остаточная концентрация нефтепродуктов, мг/л 16,03 3,09 3,095 29,93 4,51 7,32 17,29 2,74 6,17 5,74
Из данных таблицы 2 видно, что добавка соединений титана в количестве 5,0 - 7,5 % масс от массы растворенного в процессе электролиза металла позволяет существенно понизить остаточную концентрацию нефтепродуктов в очищаемой воде. Оценка влияния соединений титана на эффективность очистки представлена на графике рисунок 1.
Алюмини
Рисунок 1. Эффективность очистки модельной воды при использовании Т1С14
На основании данных таблицы 2 и рисунка 1, можно сделать вывод о том, что добавление данного коагулянта позволяет значительно (15 - 20 %) повысить эффективность очистки воды от нефтепродуктов. Повышенная эффективность очистки при добавлении соединений титана обусловлена процессами поликонденсации соединений титана [7] и процессами нейтрализационной коагуляции заряда на поверхности частиц (зародышеобразование) [2, 3]. С учетом того, что добавка хлорида титана (IV) не превышает 10 % масс., расчётная стоимость реагента для водоочистки возрастет незначительно.
Заключительным этапом исследования стала оценка влияния соединений титана на скорость фильтрации образующихся коагуляционных шламов. В качестве объекта исследования были взяты образцы, полученные при добавке 5 % масс. тетрахлорида титана к воде, прошедшей электрокоагуляционную очистку с использованием алюминиевых иди железных электродов. Измерение скорости фильтрации проводили пропусканием заданного объема предварительно обработанной воды через фильтр «красная лента» в течение 60 секунд. Данные по изменению скорости фильтрации представлены на диаграмме (Рисунок 2).
90
Рисунок 2. Скорость фильтрации осадков
Из данных рисунка 2 видно, что добавка соединений титана в количестве 5 % позволяет увеличить скорость фильтрации примерно на 20 %, что позволит сократить габариты используемого оборудования и увеличить скорость процесса.
Заключение В результате эксперимента установлено, процесс электрокоагуляции является эффективным решением процесса удаления и нефтепродуктов из пластовых вод. На основании предварительных экономических расчетов установлено, что наиболее целесообразно использовать алюминиевые или железные электроды. Доказано, что добавка соединений титана в процессе электрокоагуляционной очистки пластовых вод позволяет существенно (15 - 20 %) повысить эффективность очистки, а также интенсифицировать процесс фильтрации
образующихся осадков, что определенно окажет положительное влияние на стоимость процесса очистки.
Список литературы:
1. Мещурова Т.А., Ходяшев М.Б. К вопросу о пластовой и подтоварной воде // Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства, Пермь, 2018. №4.-С. 68-73.
2. Бабенков Е. Д. Очистка воды коагулянтами. М.: "Наука", 1997. 347 с.
3. Драгинский В. Л., Алексеева Л. П., Гетманцев С. В. Коагуляция в технологии очистки природных вод. М., Науч. изд. 2005. 576 с.
4. Ганоцкая Е.Д. Разработка экологически безопасной технологии электрокоагуляционной деминерализации нефтяных сточных пластовых вод (на примере месторождения Дыш Краснодарского края): Дисс. / ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет».- Казань.,2015. с.
5. Кручинина Н.Е., Кузин Е. Н., Азопков С. В. Комплексные коагулянты в процессах очистки сточных вод с высоким содержанием нефтепродуктов / Материалы 8-й международной научно-технической конференции Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2018. С. 209210
6. Кузин Е.Н., Аверина Ю. М., Курбатов А. Ю, Сахаров П. А, Очистка сточных вод гальванического производства с использованием комплексных коагулянтов-восстановителей // Цветные металлы. Москва 2019. N10.- С.91-96
7. Wang T.-H., Navarrete-Lopez A.M., Li S., Dixon D.A., Gole J.L.Hydrolysis of TiCl4: Initial steps in the production of TiO2. J. Phys. Chem. A. 2010. 114(28). P. 7561-7570. DOI: 10.1021/jp102020h.
