1、鈉床軟化理論鈉床軟化理論第1頁(yè)匯報(bào)提要一、論文研究目標(biāo)和意義二、我國(guó)外研究現(xiàn)實(shí)狀況及發(fā)展趨勢(shì)三、論文主要研究?jī)?nèi)容四、結(jié)論 鈉床軟化理論第2頁(yè) 一、 論文研究目標(biāo)和意義 軟化是指用化學(xué)方法降低或除去水中鈣、鎂離子，降低水中硬度。伴隨我國(guó)外各油田二次，三次采油進(jìn)行，采出油中含水量高達(dá)70%-80%，很多油田甚至已達(dá)90%以上，怎樣軟化這些采出水已成為一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題，直接影響到油田生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)效益。所以，研究怎樣軟化油田采出水含有主要經(jīng)濟(jì)意義和環(huán)境保護(hù)意義，詳細(xì)來(lái)說(shuō)，軟化采出水進(jìn)行再利用能夠提升水資源利用率，節(jié)約水費(fèi)用，而且防止了直接外排所引發(fā)環(huán)境污染問(wèn)題。鈉床軟化理論第3頁(yè)匯報(bào)提要一、論文研究目標(biāo)

2、和意義二、我國(guó)外研究現(xiàn)實(shí)狀況及發(fā)展趨勢(shì)三、論文主要研究?jī)?nèi)容四、結(jié)論 鈉床軟化理論第4頁(yè) 二、 我國(guó)外研究現(xiàn)實(shí)狀況及發(fā)展趨勢(shì) 2.1 國(guó)外研究現(xiàn)實(shí)狀況 在油田采出水軟化方面，國(guó)外已經(jīng)有各種軟化工藝可供選擇有熱石灰蘇打軟化法，離子交換軟化法，苛性堿軟化法及熱力軟化法等。Kern州采取強(qiáng)酸后再加弱酸離子交換系統(tǒng)；加拿大埃索企業(yè)采取了石灰蘇打處理后再加離子交換系統(tǒng)。加拿大肯特堡油田采出水硬度5602300mg/L，先采取石灰去硬度，在用離子交換工藝；美國(guó)南貝爾菲德油田采出水總硬度514mg/L，采取苛性堿法去硬度。 鈉床軟化理論第5頁(yè) 2.2 我國(guó)研究現(xiàn)實(shí)狀況 總體來(lái)說(shuō)，當(dāng)前我國(guó)采出水軟化處理技術(shù)相對(duì)

3、于國(guó)外比較落后，不過(guò)在我國(guó)大個(gè)別油田，采出水軟化技術(shù)已得到很大發(fā)展，比如在我國(guó)大慶油田，遼河油田等地域，離子交換軟化工藝已得到廣泛應(yīng)用，另外還有很多油田依據(jù)采出水不一樣性質(zhì)，將熱石灰蘇打軟化工藝。熱力軟化法，苛性鈉軟化工藝與離子交換工藝結(jié)合使用，已到達(dá)更加好軟化效果。比如我國(guó)新疆油田，長(zhǎng)慶油田就將離子交換工藝與熱石灰蘇打軟化工藝結(jié)合使用。鈉床軟化理論第6頁(yè)匯報(bào)提要一、論文研究目標(biāo)和意義二、我國(guó)外研究現(xiàn)實(shí)狀況及發(fā)展趨勢(shì)三、論文主要研究?jī)?nèi)容四、結(jié)論 鈉床軟化理論第7頁(yè) 三、論文主要研究?jī)?nèi)容 3.1 各種軟化工藝介紹 3.1.1 熱石灰蘇打軟化工藝 熱石灰軟化工藝軟化原理以下： Ca(HCO3)2+

4、Ca(OH)22CaCO3+2H2O Mg(HCO3)2+Ca(OH)2CaCO3+Mg(OH)2十H2O+CO2 MgSO4+Ca(OH)2Mg(OH)2+CaSO4 MgC12+Ca(OH)2Mg(OH)2+CaC12 經(jīng)熱石灰處理后水總硬度可15-25mg/L，而冷石灰處 理過(guò)水硬度含量為30-50mg/L。 所以只能用于初級(jí)水處理。鈉床軟化理論第8頁(yè)3.1.2 離子交換軟化法(1)強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂軟化工藝 軟化原理以下： Ca2+2RNaR2Ca+2Na+ 式中R為聚合母體。 該工藝能有效地去除清水硬度。微咸水處理限制在含鹽量約為5000mg/L范圍內(nèi)。若向水中投加鰲合劑，則可處理含

5、鹽量為6000mg/L微咸水。若水總?cè)芙夤腆w(TDS)量在3500mg/L以上，則極難令人滿意地去除硬度。 鈉床軟化理論第9頁(yè) (2)弱酸陽(yáng)離子交換樹(shù)指軟化工藝 軟化原理以下： 鈉循環(huán)弱酸陽(yáng)離子樹(shù)脂去除硬度反應(yīng)式為： CaCI2+2RCOONa (RCOO)2Ca+2NaCI 氫循環(huán)弱酸陽(yáng)離子樹(shù)脂去除硬度和堿度反應(yīng)式為： Ca(HCO3)2+2RCOOH(RCOO)2Ca+2CO2+2H2O 式中R為聚合母體。 弱酸-弱酸軟化系統(tǒng)可軟化TDS含量大于8000mg/L采出水，而且可將采出水硬度降至lmg/L以下。不過(guò)，采取這種系統(tǒng)不足之處是再生費(fèi)用過(guò)高。若軟350mg/L以上特高硬度大量采出水，

6、則系統(tǒng)不經(jīng)濟(jì)。鈉床軟化理論第10頁(yè)(3)用鰲合劑樹(shù)脂軟化飽和鹽水及TDS高采出水工藝 鰲合樹(shù)脂對(duì)多價(jià)陽(yáng)離子處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單價(jià)陽(yáng)離子。它離子交換能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磺酸樹(shù)脂或淡酸樹(shù)脂。這種鰲合劑借助于乙二胺四乙酸被附著在苯乙烯一二乙烯苯共聚物小球這么近似結(jié)構(gòu)，與金屬離子生成環(huán)狀化合物(鰲合物)?？傆捕?00mg/L飽和水可用鰲合樹(shù)脂一弱酸陽(yáng)離子樹(shù)脂系統(tǒng)進(jìn)行軟化。鈉床軟化理論第11頁(yè)3.1.3 苛性堿軟化工藝 軟化原理以下： NaOH+Ca(HCO3)2CaCO3+H2O+Na2CO3 NaOH+Mg(HCO3)2Mg(OH)2+NaHCO3 NaOH+NaHCO3Na2CO3+H2O 與石灰法相比，采

7、取苛性堿法軟化采出水優(yōu)點(diǎn)是，可采取液態(tài)投藥方式，其操作與計(jì)量都較石灰簡(jiǎn)單；用苛性鈉對(duì)弱酸樹(shù)脂進(jìn)行再生，在供給和儲(chǔ)存上都沒(méi)有特殊要求，苛性堿法生成沉淀呈細(xì)絨狀，其流動(dòng)性相當(dāng)于稠漆，所以不存在堵塞和結(jié)垢問(wèn)題。鈉床軟化理論第12頁(yè) 3.1.4 膜法軟化技術(shù)(1)微濾 普通來(lái)說(shuō)，微濾膜是一個(gè)孔徑為0.11.0um、高度均勻、含有篩分過(guò)濾作用多孔固體連續(xù)介質(zhì)，主要分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜兩類。當(dāng)前油田應(yīng)用較多是陶瓷膜和中空纖維微濾膜。(2)超濾 超濾是介于微濾和納濾之間一個(gè)膜過(guò)程，孔徑范圍為0.051nm，可截留固體顆粒、生物分子、膠體及相對(duì)分子質(zhì)量為1 000100000大分子。鈉床軟化理論第13頁(yè)(3)反

8、滲透 反滲透是用于從溶液中去除溶解離子等溶質(zhì)一個(gè)分離法，適合用于高含鹽采油污水深度處理。(4)電滲析 電滲析（ED）是利用直流電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)離子經(jīng)過(guò)離子交換膜，因?yàn)殛庪x子只能經(jīng)過(guò)陰離子交換膜而陽(yáng)離子只能經(jīng)過(guò)陽(yáng)離子交換膜，從而實(shí)現(xiàn)離子分離。鈉床軟化理論第14頁(yè)3.1.5 被膜劑軟化 被膜劑軟化防垢機(jī)理是：藥劑溶于水后，便形成一個(gè)液態(tài)負(fù)離子，這種膠態(tài)負(fù)離子能夠吸附水中懸浮物及鈣，鎂離子，形成膠態(tài)離子而不以沉積于管壁，易被排除系統(tǒng)之外。因?yàn)槟z態(tài)負(fù)離子對(duì)碳酸鹽，硫酸鹽等水垢生成和沉積起抑制和分散作用，從而能夠預(yù)防結(jié)垢，提升設(shè)備熱效率，到達(dá)節(jié)約能源降低成本目標(biāo)。鈉床軟化理論第15頁(yè)3.1.6 熱力軟化法 熱力

9、軟化就是采取加熱方式軟化水硬度。 軟化原理以下： Ca2+CO32-CaCO3 CO32-+ H2O2OH-+ CO2 Mg(HCO3)2Mg2+ CO32-+ CO2+H2O Mg2+2OH- Mg(OH)2 Mg2+CO32-+H2OMg(OH)2+CO2 Ca2+SO42-CaSO4 熱力軟化工藝把軟化和去除大量懸浮固體結(jié)合為一步。同時(shí)，該法還可去除300-400mg/L硬度采出水。鈉床軟化理論第16頁(yè)3.2 離子交換技術(shù)軟化采出水研究3.2.1 離子交換技術(shù)與離子交換反應(yīng) 離子交換軟化技術(shù)是將水經(jīng)過(guò)陽(yáng)離子樹(shù)脂時(shí)，使水中硬度成份鈣，鎂離子與樹(shù)脂中陽(yáng)離子相交換。從而是水中鈣，鎂離子濃度降低

10、，使水得到軟化。離子交換反應(yīng)是發(fā)生在固態(tài)樹(shù)脂和溶液接觸界面可逆反應(yīng)。鈉床軟化理論第17頁(yè) 離子交換過(guò)程以下列圖所表示： 圖 3-1 離子交換過(guò)程機(jī)理鈉床軟化理論第18頁(yè)離子交換過(guò)程應(yīng)包含以下五個(gè)步驟：(1)A+離子自溶液中擴(kuò)散到樹(shù)脂表面；(2)A+離子從樹(shù)脂表面再擴(kuò)散到樹(shù)脂內(nèi)部活性中心；(3)A+離子與RB在活性中心上發(fā)生交換反應(yīng)；(4)解吸離子B+自樹(shù)脂內(nèi)部活動(dòng)中心擴(kuò)散到樹(shù)脂表面；(5)B+離子再?gòu)臉?shù)脂表面擴(kuò)散到溶液中。 鈉床軟化理論第19頁(yè)3.2.2 離子交換樹(shù)脂組成 離子交換樹(shù)脂主要由以下三個(gè)別組成：(1)單體是能聚合成高分子化合物低分子有機(jī)物。(2)交聯(lián)劑是能在線性結(jié)構(gòu)分子縮聚時(shí)起架橋

11、作用，而使其分子中基區(qū)相互鍵合成不溶網(wǎng)狀體結(jié)構(gòu)物質(zhì)。 (3)交換基團(tuán)是聯(lián)接在單體上含有活性離子基團(tuán)。 鈉床軟化理論第20頁(yè)圖3-2 樹(shù)脂單體示意圖鈉床軟化理論第21頁(yè)3.2.3 離子交換樹(shù)脂結(jié)構(gòu)離子交換樹(shù)脂內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為三個(gè)別：(1)高分子骨架由交聯(lián)高分子聚合物組成。(2)離子交換基團(tuán)連接在高分子骨架上，帶有可交換 離子。(3)孔是在干態(tài)和濕態(tài)離子交換樹(shù)脂中都存在高分子結(jié)構(gòu)中孔 和高分子結(jié)構(gòu)中孔(毛細(xì)孔)。鈉床軟化理論第22頁(yè)圖3-3 離子交換樹(shù)脂內(nèi)部結(jié)構(gòu)鈉床軟化理論第23頁(yè)圖3-4 離子交換基團(tuán)結(jié)構(gòu) 圖 3-7 D113型樹(shù)脂結(jié)構(gòu) 圖 3-5 D113型樹(shù)脂結(jié)構(gòu)鈉床軟化理論第24頁(yè)床型運(yùn)行步驟

12、順流再生固定床反洗再生正洗制水對(duì)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 交換床運(yùn)行步驟3.2.4 離子交換工藝運(yùn)行管理1. 交換床運(yùn)行 交換床運(yùn)行通常分為四個(gè)步驟：反洗(小反洗或大反洗)，再生，正洗和制水運(yùn)行。交換床這四個(gè)步驟組成一個(gè)運(yùn)行周期，見(jiàn)下表。鈉床軟化理論第25頁(yè)2.再生液濃度 再生液濃度與所用床型相關(guān)。參見(jiàn)下表 表3-2 提議使用再生液濃度再生方式0017樹(shù)脂2017樹(shù)脂混床鈉型陽(yáng)床00172017再生劑品種NaClHClNaOHHClNaOH再生液濃度 /%順流5-103-42-354逆流3-51.5-31-3-浮床3-52-30.2-0.3-鈉床軟化理論第

13、26頁(yè)水處理工藝運(yùn)行流速備注鈉離子交換磺化煤一級(jí)鈉床10-20-二級(jí)鈉床40-離子交換樹(shù)脂一級(jí)鈉床15-20順流床，逆流床7-40浮床二級(jí)鈉床60-15-20順流逆流7-40浮床二級(jí)浮床40-60-表3-3 交換床運(yùn)行流速參考 3. 交換床運(yùn)行流速鈉床軟化理論第27頁(yè)3.3 軟化試驗(yàn)分析3.3.1 用大孔弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂-密實(shí)移動(dòng)床軟化 序號(hào)TDS(mg/L) 硬度(mg/L) 軟化工藝1100強(qiáng)酸聚合母體單床樹(shù)脂27005000上流式串聯(lián)床強(qiáng)酸樹(shù)脂3500010000500 單床弱酸樹(shù)脂4500010000500 強(qiáng)酸樹(shù)脂+弱酸樹(shù)脂串聯(lián)51000050000串聯(lián)床弱酸樹(shù)脂65000050

14、0 單床螯合樹(shù)脂表3-4 選擇離子交換工藝標(biāo)準(zhǔn)鈉床軟化理論第28頁(yè) 90年代，核工業(yè)北京化工冶金研究院經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)覺(jué),用大孔弱酸性樹(shù)脂-密實(shí)移動(dòng)床吸附(吸附段高4 m), 也可將稠油污水總硬度從平均66mg/L降至5 mg/L以下,甚至到達(dá)鉻黑T試劑檢不出程度,即硬度在1 mg/L以下。所用樹(shù)脂對(duì)鈣鎂離子吸附飽和容量很高,可達(dá)200 g/L。該樹(shù)脂耐溫90以上,采出水中含少許油對(duì)其離子交換性能影響不大。采取大孔弱酸性樹(shù)脂-密實(shí)移動(dòng)床技術(shù)對(duì)采出水進(jìn)行軟化處理,甚至深度軟化處理是可行,所以推薦它為油田軟化處理采出水首選技術(shù)。鈉床軟化理論第29頁(yè)3.3.2 幾個(gè)樹(shù)脂軟化水試驗(yàn)研究及試驗(yàn)分析 大慶石油王

15、麗麗對(duì)三種鍋爐水處理常見(jiàn)樹(shù)脂：0017凝膠型強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂、D001強(qiáng)酸大孔陽(yáng)離子樹(shù)脂、D113大孔型弱酸陽(yáng)離子樹(shù)脂進(jìn)行多個(gè)周期制水試驗(yàn)研究，測(cè)定處理量、運(yùn)行周期、估算運(yùn)行成本。選擇出一個(gè)處理量大，運(yùn)行周期長(zhǎng)離子交換樹(shù)脂。為了比較三種樹(shù)脂對(duì)采出水處理效果，進(jìn)行了多個(gè)周期制水運(yùn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)平均數(shù)據(jù)結(jié)果以下表。鈉床軟化理論第30頁(yè)項(xiàng)目平均周期制水量m3工作交換容量mmol/L平均制水周期H樹(shù)脂成本萬(wàn)/噸00174.281.217421.2D0014.091.164391.2D1138.42.70682.2表3-5 三種樹(shù)脂多個(gè)周期制水運(yùn)行數(shù)據(jù)比較 鈉床軟化理論第31頁(yè) 結(jié)果表明:D113樹(shù)脂與0017

16、凝膠型，D001型大孔樹(shù)脂相比，在周期制水量、工作交換容量、制水周期各方D113型樹(shù)脂確實(shí)具優(yōu)于其它兩種樹(shù)脂，含有運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，所以更適適當(dāng)用于油田采出水處理。缺點(diǎn)是，D113型樹(shù)脂成本是其它兩種樹(shù)脂成本1.83倍，制水成本相對(duì)高一些。不論從運(yùn)行效果和運(yùn)行水質(zhì)穩(wěn)定性來(lái)看，使用D113樹(shù)脂是比很好選擇。鈉床軟化理論第32頁(yè) 3.4 提升離子交換裝置經(jīng)濟(jì)性辦法 提升離子交換裝置有以下辦法 1. 再生劑用量控制 2. 再生劑濃度控制 3. 再生液流速控制 4. 控制再生液純度 5. 再生液溫度合理控制 6. 選取逆流再生方式 7. 采取串聯(lián)氫-鈉離子處理工藝 8. 回收利用廢液 鈉床軟化理論第33頁(yè)匯報(bào)提要一、論文研究目標(biāo)和意義二、我國(guó)外研究現(xiàn)實(shí)狀況及發(fā)展趨勢(shì)三、論文主要研究?jī)?nèi)容四、結(jié)論 鈉床軟化理論第34頁(yè) 四、結(jié)論 本文在查閱大量相關(guān)采出水軟化文件資料基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)對(duì)我國(guó)外各油田采出水軟化工藝詳細(xì)描述，得出以下結(jié)論： （1）在油田采出水軟化方面，我國(guó)外有各種軟化工藝可供選擇，有熱石灰蘇打軟化法，離子交換法，苛性堿軟化法及熱力軟化法等。 （2）離子交換技術(shù)在軟化采出水方面發(fā)揮主要作用，其中，大孔弱酸性樹(shù)脂-密實(shí)移動(dòng)床技術(shù)因?yàn)槠滠浕潭雀?，而且?/p>