Технология получения пропантов высокой прочности

Автомонова Ю.К., Тарчигина Н.Ф.

МГОУ имени В.С. Черномырдина

Пропанты представляют собой высокопрочные керамические гранулы, которые используются в нефтедобывающей промышленности для повышения эффективности отдачи скважин с применением технологии гидроразрыва пласта. По внешнему виду пропанты – серый песок размером крупного макового зерна. Каждая гранула это элементарное керамическое изделие, полученное путем высокотемпературного обжига глинозема. При этом гранулы приобретают высокую механическую прочность: один квадратный сантиметр этого песка удерживает не разрушаясь до 8 тонн груза. Порошок пропанта под давлением закачивается в нефтяные или газовые пласты. На глубине, расширяя эти пласты между собой, пропанты удерживают их как домкраты, обеспечивая выкачивание без остатка нефть и газ из скважин.

Условия службы определяют основные функциональные свойства пропантов, которые должны выдерживать высокие пластовые давления и противостоять корродирующему действию агрессивной среды (кислых газов, солевых растворов).

Основным сырьевым компонентом используемым при производстве пропантов являются огнеупорные глины с низким содержанием железа.

В частности, для получения пропантов с насыпной плотностью 1,47 - 1,50 г/см , выдерживающих разрушающие давления до 52 МПа, содержание в глине Si02 должно быть в пределах 25—28%, А1203 —42-48 %, Fe203 — 5-10 %;

Пропанты должны соответствовать определенным показателям, одним из основных является растворимость в смеси кислот HF и HCl (не более 6%). Согласно проведенным экспериментам выявлена прямая зависимость содержания Fe2O3 в глинах и показателя растворимость в кислотах пропантов, т.е. с увеличением содержания Fe2O3 происходит увеличение растворимости пропантов. Критическим значением содержания Fe2O3 в глинах является 7,0%.

В настоящее время на территории России практически нет широкомасштабного производства керамических пропантов (за исключением Боровичского комбината огнеупоров, Новгородская область, ООО «Форэс», Свердловская обл., ЗАО «Южноуральский завод строительной керамики», Челябинская обл.), в связи с чем большинство отечественных предприятий нефтегазодобывающей отрасли вынуждены закупать такого рода продукцию за рубежом, поэтому разработка новых месторождений и эффективное использование имеющихся скважин может и должно вестись с применением инновационных технологий с применением пропантов. Следовательно, актуальным является проведение исследования огнеупорных глин с низким содержанием железа в производстве технологии получения пропантов высокой прочности.

Литература

1.Лукина К.И. Процессы и основное оборудование для обогащения полезных ископаемых. М.: Изд-во “МГОУ”, 2006

2.Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия М,: Высшая школа, «Академия»,

2001

Аппаратурное оформление технологического процесса получения экстракционной фосфорной кислоты

Вольхина В.И., Тарчигина Н.Ф.

МГОУ имени В.С. Черномырдина

Экстракционный способ позволяет производить наиболее чистую фосфорную кислоту и включает основные стадии: сжигание (окисление) элементного фосфора в избытке воздуха, гидратацию и абсорбцию полученного P4O10 , конденсацию фосфорной кислоты и улавливание тумана из газовой фазы. Существуют два способа получения P4O10: окисление паров P и окисление жидкого P в виде капель или пленки. Вторую стадию получения термической фосфорной кислоты- гидратацию P4O10 - осуществляют абсорбцией кислотой (водой) либо взаимодействием паров P4O10 с парами воды. Гидратация (P4O10 + 6H2O 4H3PO4) протекает через стадии образования полифосфорных кислот. Все стадии процесса совмещены в одном аппарате, кроме улавливания тумана, которое всегда производят в отдельном аппарате. В промышленности обычно используют схемы из двух или трех основных аппаратов. В зависимости от принципа охлаждения газов существуют три способа производства термической фосфорной кислоты: испарительный, циркуляционно-испарительный, теплообменно-испарительный.

Испарительные системы, основанные на отводе теплоты при испарении воды или разбавленной фосфорной кислоты, наиболее просты в аппаратурном оформлении.

Циркуляционно-испарительные системы позволяют совместить в одном аппарате стадии сжигания P, охлаждения газовой фазы циркулирующей кислотой и гидратации P4O10.

Теплообменно-испарительные системы совмещают два способа отвода теплоты: через стенку башен сжигания и охлаждения, а также путем испарения воды из газовой фазы.

На отечественных предприятиях эксплуатируют технологические схемы с циркуляционно-испарительным способом охлаждения (двухбашенная система).

Технологическая схема установки мощностью 60 тыс. т в год 100%-ной H3PO4 приведена на рис.1. Расплавленный желтый фосфор распыляется нагретым воздухом под давлением до 700 кПа через форсунку 7 в башне сжигания 6, орошаемой циркулирующей кислотой. Нагретая в башне кислота охлаждается оборотной водой в пластинчатых теплообменниках 5,11. Продукционная кислота, содержащая 73-75% H3PO4, отводится из контура циркуляции на склад. Дополнительное охлаждение газов из башни сжигания и абсорбцию кислоты производят в башне охлаждения (гидратации) 8, что снижает температурную нагрузку на электрофильтр и способствует эффективной очистке газов. Отвод теплоты в башне гидратации осуществляется циркулирующей 50%-ной H3PO4, охлаждаемой в пластинчатых теплообменниках. Газы из башни гидратации после очистки от тумана H3PO4 в пластинчатом электрофильтре выбрасываются в атмосферу. На 1 т 100%-ной H3PO4 расходуется 320 кг P.

Рис. 1. Циркуляционная двухбашенная схема производства экстракционной H3PO4: 1 - сборник кислой воды; 2 - хранилище фосфора; 3,9 - циркуляционные сборники; 4,10 - погружные насосы; 5,11 - пластинчатые теплообменники; 6 - башня сжигания; 7 - фосфорная форсунка; 8 -башня гидратации; 12 - электрофильтр; 13 - вентилятор.

Более экономичный экстракционный метод получения фосфорной кислоты основан на разложении природных фосфатов кислотами (в основном серной, в меньшей степени азотной и незначительно соляной). Фосфорнокислые растворы, полученные разложением азотной кислотой, перерабатывают в комплексные удобрения, разложением соляной кислотой - в преципитат.