钠床软化理论

1、钠床软化理论钠床软化理论第1页汇报提要一、论文研究目标和意义二、我国外研究现实状况及发展趋势三、论文主要研究内容四、结论 钠床软化理论第2页 一、 论文研究目标和意义 软化是指用化学方法降低或除去水中钙、镁离子，降低水中硬度。伴随我国外各油田二次，三次采油进行，采出油中含水量高达70%-80%，很多油田甚至已达90%以上，怎样软化这些采出水已成为一个严重问题，直接影响到油田生产效率及经济效益。所以，研究怎样软化油田采出水含有主要经济意义和环境保护意义，详细来说，软化采出水进行再利用能够提升水资源利用率，节约水费用，而且防止了直接外排所引发环境污染问题。钠床软化理论第3页汇报提要一、论文研究目标

2、和意义二、我国外研究现实状况及发展趋势三、论文主要研究内容四、结论 钠床软化理论第4页 二、 我国外研究现实状况及发展趋势 2.1 国外研究现实状况 在油田采出水软化方面，国外已经有各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州采取强酸后再加弱酸离子交换系统；加拿大埃索企业采取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5602300mg/L，先采取石灰去硬度，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，采取苛性碱法去硬度。 钠床软化理论第5页 2.2 我国研究现实状况 总体来说，当前我国采出水软化处理技术相对

3、于国外比较落后，不过在我国大个别油田，采出水软化技术已得到很大发展，比如在我国大庆油田，辽河油田等地域，离子交换软化工艺已得到广泛应用，另外还有很多油田依据采出水不一样性质，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，已到达更加好软化效果。比如我国新疆油田，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。钠床软化理论第6页汇报提要一、论文研究目标和意义二、我国外研究现实状况及发展趋势三、论文主要研究内容四、结论 钠床软化理论第7页 三、论文主要研究内容 3.1 各种软化工艺介绍 3.1.1 热石灰苏打软化工艺 热石灰软化工艺软化原理以下： 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 经热石灰处理后水总硬度可15-25mg/L，而冷石灰处 理过水硬度含量为30-50mg/L。 所以只能用于初级水处理。钠床软化理论第8页3.1.2 离子交换软化法(1)强酸阳离子交换树脂软化工艺 软化原理以下： Ca2+2RNaR2Ca+2Na+ 式中R为聚合母体。 该工艺能有效地去除清水硬度。微咸水处理限制在含盐量约为5000mg/L范围内。若向水中投加鳌合剂，则可处理含

5、盐量为6000mg/L微咸水。若水总溶解固体(TDS)量在3500mg/L以上，则极难令人满意地去除硬度。 钠床软化理论第9页 (2)弱酸阳离子交换树指软化工艺 软化原理以下： 钠循环弱酸阳离子树脂去除硬度反应式为： CaCI2+2RCOONa (RCOO)2Ca+2NaCI 氢循环弱酸阳离子树脂去除硬度和碱度反应式为： Ca(HCO3)2+2RCOOH(RCOO)2Ca+2CO2+2H2O 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采出水，而且可将采出水硬度降至lmg/L以下。不过，采取这种系统不足之处是再生费用过高。若软350mg/L以上特高硬度大量采出水，

6、则系统不经济。钠床软化理论第10页(3)用鳌合剂树脂软化饱和盐水及TDS高采出水工艺 鳌合树脂对多价阳离子处理能力远远高于单价阳离子。它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么近似结构，与金属离子生成环状化合物(鳌合物)。总硬度300mg/L饱和水可用鳌合树脂一弱酸阳离子树脂系统进行软化。钠床软化理论第11页3.1.3 苛性碱软化工艺 软化原理以下： NaOH+Ca(HCO3)2CaCO3+H2O+Na2CO3 NaOH+Mg(HCO3)2Mg(OH)2+NaHCO3 NaOH+NaHCO3Na2CO3+H2O 与石灰法相比，采

7、取苛性碱法软化采出水优点是，可采取液态投药方式，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，在供给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，所以不存在堵塞和结垢问题。钠床软化理论第12页 3.1.4 膜法软化技术(1)微滤 普通来说，微滤膜是一个孔径为0.11.0um、高度均匀、含有筛分过滤作用多孔固体连续介质，主要分为有机膜和无机膜两类。当前油田应用较多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一个膜过程，孔径范围为0.051nm，可截留固体颗粒、生物分子、胶体及相对分子质量为1 000100000大分子。钠床软化理论第13页(3)反

8、渗透 反渗透是用于从溶液中去除溶解离子等溶质一个分离法，适合用于高含盐采油污水深度处理。(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，因为阴离子只能经过阴离子交换膜而阳离子只能经过阳离子交换膜，从而实现离子分离。钠床软化理论第14页3.1.5 被膜剂软化 被膜剂软化防垢机理是：药剂溶于水后，便形成一个液态负离子，这种胶态负离子能够吸附水中悬浮物及钙，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。因为胶态负离子对碳酸盐，硫酸盐等水垢生成和沉积起抑制和分散作用，从而能够预防结垢，提升设备热效率，到达节约能源降低成本目标。钠床软化理论第15页3.1.6 热力软化法 热力

9、软化就是采取加热方式软化水硬度。 软化原理以下： 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 热力软化工艺把软化和去除大量悬浮固体结合为一步。同时，该法还可去除300-400mg/L硬度采出水。钠床软化理论第16页3.2 离子交换技术软化采出水研究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经过阳离子树脂时，使水中硬度成份钙，镁离子与树脂中阳离子相交换。从而是水中钙，镁离子浓度降低

10、，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可逆反应。钠床软化理论第17页 离子交换过程以下列图所表示： 图 3-1 离子交换过程机理钠床软化理论第18页离子交换过程应包含以下五个步骤：(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。 钠床软化理论第19页3.2.2 离子交换树脂组成 离子交换树脂主要由以下三个别组成：(1)单体是能聚合成高分子化合物低分子有机物。(2)交联剂是能在线性结构分子缩聚时起架桥

11、作用，而使其分子中基区相互键合成不溶网状体结构物质。 (3)交换基团是联接在单体上含有活性离子基团。 钠床软化理论第20页图3-2 树脂单体示意图钠床软化理论第21页3.2.3 离子交换树脂结构离子交换树脂内部结构分为三个别：(1)高分子骨架由交联高分子聚合物组成。(2)离子交换基团连接在高分子骨架上，带有可交换 离子。(3)孔是在干态和湿态离子交换树脂中都存在高分子结构中孔 和高分子结构中孔(毛细孔)。钠床软化理论第22页图3-3 离子交换树脂内部结构钠床软化理论第23页图3-4 离子交换基团结构 图 3-7 D113型树脂结构 图 3-5 D113型树脂结构钠床软化理论第24页床型运行步骤

12、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 离子交换工艺运行管理1. 交换床运行 交换床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。交换床这四个步骤组成一个运行周期，见下表。钠床软化理论第25页2.再生液浓度 再生液浓度与所用床型相关。参见下表 表3-2 提议使用再生液浓度再生方式0017树脂2017树脂混床钠型阳床00172017再生剂品种NaClHClNaOHHClNaOH再生液浓度 /%顺流5-103-42-354逆流3-51.5-31-3-浮床3-52-30.2-0.3-钠床软化理论第

13、26页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. 交换床运行流速钠床软化理论第27页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1100强酸聚合母体单床树脂27005000上流式串联床强酸树脂3500010000500 单床弱酸树脂4500010000500 强酸树脂+弱酸树脂串联51000050000串联床弱酸树脂65000050

14、0 单床螯合树脂表3-4 选择离子交换工艺标准钠床软化理论第28页 90年代，核工业北京化工冶金研究院经过试验发觉,用大孔弱酸性树脂-密实移动床吸附(吸附段高4 m), 也可将稠油污水总硬度从平均66mg/L降至5 mg/L以下,甚至到达铬黑T试剂检不出程度,即硬度在1 mg/L以下。所用树脂对钙镁离子吸附饱和容量很高,可达200 g/L。该树脂耐温90以上,采出水中含少许油对其离子交换性能影响不大。采取大孔弱酸性树脂-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,所以推荐它为油田软化处理采出水首选技术。钠床软化理论第29页3.3.2 几个树脂软化水试验研究及试验分析 大庆石油王

15、丽丽对三种锅炉水处理常见树脂：0017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。选择出一个处理量大，运行周期长离子交换树脂。为了比较三种树脂对采出水处理效果，进行了多个周期制水运行试验，试验平均数据结果以下表。钠床软化理论第30页项目平均周期制水量m3工作交换容量mmol/L平均制水周期H树脂成本万/吨00174.281.217421.2D0014.091.164391.2D1138.42.70682.2表3-5 三种树脂多个周期制水运行数据比较 钠床软化理论第31页 结果表明:D113树脂与0017

16、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型树脂确实具优于其它两种树脂，含有运行稳定等特点，所以更适适当用于油田采出水处理。缺点是，D113型树脂成本是其它两种树脂成本1.83倍，制水成本相对高一些。不论从运行效果和运行水质稳定性来看，使用D113树脂是比很好选择。钠床软化理论第32页 3.4 提升离子交换装置经济性办法 提升离子交换装置有以下办法 1. 再生剂用量控制 2. 再生剂浓度控制 3. 再生液流速控制 4. 控制再生液纯度 5. 再生液温度合理控制 6. 选取逆流再生方式 7. 采取串联氢-钠离子处理工艺 8. 回收利用废液 钠床软化理论第33页汇报提要一、论文研究目标和意义二、我国外研究现实状况及发展趋势三、论文主要研究内容四、结论 钠床软化理论第34页 四、结论 本文在查阅大量相关采出水软化文件资料基础上，经过对我国外各油田采出水软化工艺详细描述，得出以下结论： （1）在油田采出水软化方面，我国外有各种软化工艺可供选择，有热石灰苏打软化法，离子交换法，苛性碱软化法及热力软化法等。 （2）离子交换技术在软化采出水方面发挥主要作用，其中，大孔弱酸性树脂-密实移动床技术因为其软化程度高，而且所