ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения технологической разработки

Данный способ предусматривает использование в качестве промышленного отхода отработанный глиносодержащий буровой раствор (ОГБР), а в качестве углеродсодержащей смеси - травяную муку в соотношении мас.ч., равном 1:0,06-0,25 соответственно, и осуществление термической обработки при температуре 850-900єС в течение 0,3-0,4 часа. В качестве травяной муки можно использовать измельченные растительные отходы зерновых хлебов и зерно-бобовых культур. К зерновым хлебам относятся: пшеница, рожь, ячмень, овес, кукуруза, просо, сорго, рис, гречиха; к зерно-бобовым культурам относятся: горох, соя, люпин, фасоль, кормовые бобы, чина, нут, чечевица.

ОГБР является отходом процесса бурения и представляет собой сложную физико-химическую систему на основе неорганических (минеральных) соединений (например, на основе соединений алюминия - глина бентонитовая, а также барит, мел и т.д.) и высокомолекулярных органических веществ (например, карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), углещелочной реагент (УЩР), конденсированная сульфит-спиртовая барда (КССБ) и т.д.

ОГБР может содержать в своем составе следующие компоненты, мас.%:

Глина бентонитовая - 3 - 20

Утяжелитель (например, барит, мел) - 5 - 15,0.

Органические регуляторы реологических свойств, фильтрации и стабилизации (например, КМЦ, УЩР, КССБ) - 1,0 - 15,0.

Регуляторы рН (например, гидроксиды натрия, кальция, карбонат натрия) - 0,01 - 2,0.

Смазывающие добавки (например, нефть, графит, масла и отходы их производства) - 0,1 - 15,0.

Хлориды натрия, кальция, магния - 0,1 - 20,0.

Вода - остальное.

Химический состав ОГБР следующий, мас.%:

SiO ₂ - 25 - 31

Al ₂O ₃ - 18,5 - 20,5

CaO - 1,8 - 3,8

MgO - 1,1 - 2,6

Fe ₂O ₃ - 4,1 - 5,2

BaSO₄- 5,0 - 30,0

Na₂O+K₂O- 2,5 - 3,2

ППП - 9 - 15.

Дисперсный состав представлен минеральной составляющей с размерами частиц в основном не превышающими 20 мкм. Грубодисперсные частицы практически отсутствуют, так как они быстро осаждаются под действием стоксовских сил. Взвешенные вещества представлены глиной, частицами утяжелителя и выбуренной породы, а также высокомолекулярными соединениями и нерастворимыми минеральными солями. Нефть и нефтепродукты содержатся в ОГБР в пленочном, эмульгированном состоянии. Растворенные примеси представлены в основном минеральными солями. Анализ ОГБР различных районов бурения показал, что состав и свойства ОГБР изменяются в следующем диапазоне: рН - 7,5 - 10,0; взвешенные вещества - 3,0 - 42 г/л; нефтепродукты - 0,1 - 1,0 г/л; химическая потребность по кислороду (ХПК) - 1,0 - 2,0 г О ₂/л.

Травяную муку приготавливаю из многолетних и однолетних бобовых и злаковых трав и других растений (см. таблицу№1). Предпочтительнее использовать в качестве наполнителя травяную муку, полученную при размоле сельскохозяйственных отходов растительного происхождения, оставшихся после уборки урожая зерновых и бобовых культур. Причем, для получения травяной муки из отходов некоторых растений (подсолнечник, кукуруза, сорго) необходимо перед их помолом на мельницах дополнительно подвергнуть измельчению до получения резки с размерами = 100мм.

Травяную муку используют по ГОСТу 18691-88 «Корма травяные искусственно высушенные. Технические условия».

Более подробно способ получения адсорбента описывается следующими примерами.

Пример 1.

Смесь, состоящую из 1 мас.ч. (400г) ОГБР и 0,25 мас.ч. (100г) травяной муки (кукурузная солома) термообрабатывают в муфельной печи при температуре 850 ⁰С в течение 0,30 час (18 мин). Образующийся корж дробят на шаровой мельнице, просеивают через сита и отбирают фракцию 0,5-1,0мм. Полученный адсорбент имеет следующие показатели: адсорбционная емкость по фенолу - 273 мг/г, по нефтепродуктам - 310 мг/г, по СПАВ - 135 мг/г, механическая прочность - 87%, суммарный объем пор - 2,33 см ³/г.

Адсорбент в количестве 100г загружают в адсорбционную колонку диаметром 50мм и высотой 800мм. Толщина загрузки составляет ~ 125мм. Внизу колонки перед загрузкой адсорбента размещают слой стекловаты высотой 20 - 30мм. С целью исключения «пристеночного эффекта», через каждые 100мм в колонку помещают упругое резиновое кольцо с внешним диаметром 50мм. В качестве очищаемой воды используют промстоки Краснодарского ПХГ, предварительно очищенные от осадка и взвеси путем фильтрования их через фильтрационную загрузку из кварцевого песка. Фильтрование сточной воды через адсорбционную колонку осуществляют в направлении сверху вниз с постоянной скоростью, равной 1,5 м/час. Сточные воды фильтруют через адсорбционную колонку в течение 2 час 15 мин. После обработки концентрация нефтепродуктов составляет - 23 мг/л, СПАВ (ниже ККМ) - 20 мг/л, степень очистки по нефтепродуктам - 94,5%, по СПАВ (ниже ККМ) - 92,6%.

Пример 2.

Смесь, состоящую из мас.ч. (400г) ОГБР и 0,06 мас.ч. (24г) травяной муки (пшеница, солома) термообрабатывают в муфельной печи при температуре 870 ⁰С в течение 0,35 час (21 мин) и далее проводят все операции так, как указано в примере 1. Полученный адсорбент имеет следующие показатели: адсорбционная емкость по фенолу - 247 мг/г, по нефтепродуктам - 287 мг/г, по СПАВ - 129 мг/г, механическая прочность - 96%, суммарный объем пор - 2,31 см ³/г. Сточные воды фильтруют через адсорбционную колонку. После обработки концентрация нефтепродуктов составляет - 50 мг/л, СПАВ (выше ККМ) - 98 мг/л, степень очистки по нефтепродуктам - 92,5%, по СПАВ (выше ККМ) - 96,9%.

Пример 3.

Смесь, состоящую из 1 мас.ч. (400г) ОГБР и 0,1 мас.ч. (40г) травяной муки (горох, солома) термообрабатывают в муфельной печи при температуре 900 ⁰С в течение 0,40 часа (24 мин) и далее проводят все операции так, как указано в примере 1. Полученный адсорбент имеет следующие показатели: адсорбционная емкость по фенолу - 335 мг/г, по нефтепродуктам - 410 мг/г, по СПАВ - 200 мг/г, механическая прочность - 96%, суммарный объем пор - 2,26 см ³/г. Сточные воды фильтруют через адсорбционную колонку. После обработки концентрация нефтепродуктов составляет - 5 мг/л, СПАВ (ниже ККМ) - 8 мг/л, степень очистки по нефтепродуктам - 98,8%, по СПАВ (ниже ККМ) - 97,0%.

Расщепление и измельчение исходного сырья для приготовления травяной муки осуществляют в агрегате ИК-3 с режущим ножевым барабаном. Влажность сырья должна быть не более 30%. Длина частиц измельченной массы от 2 до 100мм. Травяную муку из измельченной массы готовят в мельницах молоткового типа АВМ (АВМ - 0,65; АВМ - 1,5; АВМ - 3,0) или в универсальной мельнице МДУ - 04. Крупность помола регулируют сменой решет с отверстиями 2; 3; 4; 5; и 7мм.

Формование смеси из ОГБР и травяной муки производят пластичным способом при влажности массы 15-25% в шнековых или червячных прессах. Влажность массы определяется с учетом количества добавляемой в смесь травяной муки, влажность которой, как правило, составляет около 10 мас.%.

Обжиг шихты осуществляют в тоннельных печах, где шихта из шнекового смесителя поступает в транспортер. Термообработка шихты производится открытым огнем с использованием газовых горелок.

Углеродно-минеральный адсорбент используют при подготовке сточных вод перед их захоронением в глубокозалегающие водоносные пласты. Сточные воды, образующиеся на станциях подземного хранения газа (СПХГ) перед закачкой через магистральные скважины в поглощающие пласты, должны быть очищены от мехпримесей, нефтепродуктов и других органических соединений, загрязняющих воду. Без очистки закачиваемые сточные воды быстро кольматируют (загрязняют) призабойную зону пласта в нагнетательной скважине. Производительность скважины падает, возникает необходимость ее остановки, проведения ремонта для восстановления проницаемости поглощающего пласта, а в некоторых случаях и бурения новой скважины.

Очистку сточной воды адсорбционным способом на предлагаемом углеродно-минеральном адсорбенте осуществляют на последней стадии подготовки воды перед закачкой ее в пласт с использованием как типового, так и нестандартного оборудования.

Перед поступлением сточных вод на адсорбер, они предварительно проходят очистку в нефтеловушках, отстойнике и осветлителе, где очищаются от взвешенных, эмульгированных и твердых частиц.

Затем вода по системе трубопроводов поступает сверху вниз в адсорбер, заполненный углеродно-минеральным сорбентом. В нижней части адсорбера устанавливают металлическую сетку, на которую загружают керамзит или антрацит с диаметром зерен 3-5мм. Толщина поддерживающего слоя - 10-50мм. Размеры адсорбера определяют исходя из его производительности, скоростью движения воды и длины зоны массопередачи. В качестве адсорбера могут быть использованы газосепараторы объемом 4м ³, с рабочим давлением 0,6 МПа, используемые на СПХГ для очистки газа от жидкости в промысловых установках подготовки газа. Количество устанавливаемых адсорберов - три: два рабочих и один в резерве. Для закачки сточных вод на промыслах широко применяют центробежные насосы типа ЦН-150-150, ЦН-170-190 и др., отличающиеся высокой производительностью, выпускаются в виде блочных насосных станций. Двигатели к этим насосам применяются типа СТМП-800-1500 кВт и АЗП-800-1250-1600 кВт.

Возможно также использование нефтяных грязевых насосов, применяемых при бурении скважин, например, насосы марки 9НГР.

В ряде случаев, при хорошей приемистости поглощающего пласта, очищаемая вода самотеком поступает в поглощающую скважину и фильтруется в пласт под гидростатическим давлением.

Регенерация адсорбента осуществляется паром от котельной на СПХГ или же от передвижной паровой установки, которые используются в процессах бурения и ремонта скважин, очистке и подготовке газа к транспорту и в ряде других технологических операций.

По сравнению с аналогами преимущества заявляемого углеродно-минерального адсорбента заключается в следующем:

- сорбционная емкость по фенолу возрастает в 1,1-1,5 раза (от прототипа), что повышает эффективность очистки от СПАВ при их концентрации в очищаемой воде менее и более ККМ;

- параметры механической прочности увеличиваются в 1,1-1,3 раза (от аналога), что существенно улучшает технические характеристики адсорбента, увеличивает срок работы и число регенерационных циклов адсорбента;

- расширяется сырьевая база производства адсорбента;

- утилизируются неиспользуемые в настоящее время токсичные отходы бурения (ОГБР) и трудноусвояемые малокалорийные отходы сельскохозяйственного производства;

- решается важнейшая социальная задача охраны окружающей среды от вредных выбросов в процессе бурения скважин.

Химический состав травяной муки некоторых сельскохозяйственных культур

Северо-Кавказского района

Таблица 1

* - Безазотистые экстрагируемые вещества.