鈉床軟化理論

1、3.1.2 3.1.2 離子交換軟化法離子交換軟化法(1)(1)強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂軟化工藝強(qiáng)酸陽(yáng)離子交換樹(shù)脂軟化工藝 軟化原理如下：軟化原理如下： Ca Ca2+2+2RNaR+2RNaR2 2Ca+2NaCa+2Na+ + 式中式中R R為聚合母體。為聚合母體。 該工藝能有效地去除清水的硬度。微咸水的處理限制在含鹽量該工藝能有效地去除清水的硬度。微咸水的處理限制在含鹽量約為約為5000mg/L5000mg/L的范圍內(nèi)。若向水中投加鰲合劑，則可處理含鹽量的范圍內(nèi)。若向水中投加鰲合劑，則可處理含鹽量為為6000mg/L6000mg/L的微咸水。若水的總?cè)芙夤腆w的微咸水。若水的總?cè)芙夤腆w(TDS)

2、(TDS)量在量在3500mg/L3500mg/L以以上，則很難令人滿意地去除硬度。上，則很難令人滿意地去除硬度。 (2)(2)弱酸陽(yáng)離子交換樹(shù)指軟化工藝弱酸陽(yáng)離子交換樹(shù)指軟化工藝 軟化原理如下：軟化原理如下： 鈉循環(huán)弱酸陽(yáng)離子樹(shù)脂去除硬度的反應(yīng)式為：鈉循環(huán)弱酸陽(yáng)離子樹(shù)脂去除硬度的反應(yīng)式為： CaCI CaCI2 2+2RCOONa (RCOO)+2RCOONa (RCOO)2 2Ca+2NaCICa+2NaCI 氫循環(huán)弱酸陽(yáng)離子樹(shù)脂去除硬度和堿度的反應(yīng)式為：氫循環(huán)弱酸陽(yáng)離子樹(shù)脂去除硬度和堿度的反應(yīng)式為： Ca(HCO Ca(HCO3 3) )2 2+2RCOOH(RCOO)+2RCOOH(R

3、COO)2 2Ca+2COCa+2CO2 2+2H+2H2 2O O 式中式中R R為聚合母體。為聚合母體。 弱酸弱酸- -弱酸軟化系統(tǒng)可軟化弱酸軟化系統(tǒng)可軟化TDSTDS含量大于含量大于8000mg/L8000mg/L的采出水，并的采出水，并且可將采出水的硬度降至且可將采出水的硬度降至lmg/Llmg/L以下。但是，采用這種系統(tǒng)的不足之以下。但是，采用這種系統(tǒng)的不足之處是再生費(fèi)用過(guò)高。若軟處是再生費(fèi)用過(guò)高。若軟350mg/L350mg/L以上的特高硬度的大量采出水，以上的特高硬度的大量采出水，則系統(tǒng)不經(jīng)濟(jì)。則系統(tǒng)不經(jīng)濟(jì)。(3)(3)用鰲合劑樹(shù)脂軟化飽和鹽水及用鰲合劑樹(shù)脂軟化飽和鹽水及TDST

4、DS高的采出水工藝高的采出水工藝 鰲合樹(shù)脂對(duì)多價(jià)陽(yáng)離子的處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單價(jià)陽(yáng)離子。它鰲合樹(shù)脂對(duì)多價(jià)陽(yáng)離子的處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單價(jià)陽(yáng)離子。它的離子交換能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磺酸樹(shù)脂或淡酸樹(shù)脂。這種鰲合劑借助的離子交換能力遠(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樣的近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樣的近似結(jié)構(gòu)，與金屬離子生成環(huán)狀化合物似結(jié)構(gòu)，與金屬離子生成環(huán)狀化合物( (鰲合物鰲合物) )?？傆捕取？傆捕?00mg/L300mg/L的飽和水可用鰲合樹(shù)脂一弱酸陽(yáng)離子樹(shù)脂系統(tǒng)進(jìn)行軟化。的飽和水可用鰲合樹(shù)脂一弱酸陽(yáng)離子樹(shù)脂系統(tǒng)進(jìn)行軟化。3.1

5、.3 3.1.3 苛性堿軟化工藝苛性堿軟化工藝 軟化原理如下：軟化原理如下： NaOH+Ca(HCO NaOH+Ca(HCO3 3) )2 2CaCOCaCO3 3+H+H2 2O+NaO+Na2 2COCO3 3 NaOH+Mg(HCO NaOH+Mg(HCO3 3) )2 2Mg(OH)Mg(OH)2 2+NaHCO+NaHCO3 3 NaOH+NaHCO NaOH+NaHCO3 3NaNa2 2COCO3 3+H+H2 2O O 與石灰法相比，采用苛性堿法軟化采出水的優(yōu)點(diǎn)是，可采用液與石灰法相比，采用苛性堿法軟化采出水的優(yōu)點(diǎn)是，可采用液態(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

6、樹(shù)脂態(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，在供應(yīng)和儲(chǔ)存上都沒(méi)有特殊要求，苛性堿法生成沉淀進(jìn)行再生，在供應(yīng)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，因此不存在堵塞和結(jié)垢問(wèn)題。呈細(xì)絨狀，其流動(dòng)性相當(dāng)于稠漆，因此不存在堵塞和結(jié)垢問(wèn)題。 3.1.4 3.1.4 膜法軟化技術(shù)膜法軟化技術(shù)( (1) 1)微濾微濾 一般來(lái)說(shuō)，微濾膜是一種孔徑為一般來(lái)說(shuō)，微濾膜是一種孔徑為0.10.11.0um1.0um、高度均勻、具有篩、高度均勻、具有篩分過(guò)濾作用的多孔固體連續(xù)介質(zhì)，主要分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜兩類。分過(guò)濾作用的多孔固體連續(xù)介質(zhì)，主要分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜兩類。

7、目前油田應(yīng)用較多的是陶瓷膜和中空纖維微濾膜。目前油田應(yīng)用較多的是陶瓷膜和中空纖維微濾膜。(2)(2)超濾超濾 超濾是介于微濾和納濾之間的一種膜過(guò)程，孔徑范圍為超濾是介于微濾和納濾之間的一種膜過(guò)程，孔徑范圍為0.050.051nm1nm，可截留固體顆粒、生物分子、膠體及相對(duì)分子質(zhì)量為，可截留固體顆粒、生物分子、膠體及相對(duì)分子質(zhì)量為1 0001 000100000100000的大分子。的大分子。(3)(3)反滲透反滲透 反滲透是用于從溶液中清除溶解離子等溶質(zhì)的一種分離法，反滲透是用于從溶液中清除溶解離子等溶質(zhì)的一種分離法，適用于高含鹽采油污水的深度處理。適用于高含鹽采油污水的深度處理。(4)(4)

8、電滲析電滲析 電滲析（電滲析（EDED）是利用直流電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)離子經(jīng)過(guò)離子交換膜，由）是利用直流電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)離子經(jīng)過(guò)離子交換膜，由于陰離子只能通過(guò)陰離子交換膜而陽(yáng)離子只能通過(guò)陽(yáng)離子交換于陰離子只能通過(guò)陰離子交換膜而陽(yáng)離子只能通過(guò)陽(yáng)離子交換膜，從而實(shí)現(xiàn)離子分離。膜，從而實(shí)現(xiàn)離子分離。3.1.53.1.5 被膜劑軟化被膜劑軟化 被膜劑的軟化防垢機(jī)理是：藥劑溶于水后，便形成一種液態(tài)被膜劑的軟化防垢機(jī)理是：藥劑溶于水后，便形成一種液態(tài)負(fù)離子，這種膠態(tài)負(fù)離子可以吸附水中的懸浮物及鈣，鎂離子，負(fù)離子，這種膠態(tài)負(fù)離子可以吸附水中的懸浮物及鈣，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。由于膠態(tài)形成膠態(tài)離

9、子而不以沉積于管壁，易被排除系統(tǒng)之外。由于膠態(tài)負(fù)離子對(duì)碳酸鹽，硫酸鹽等水垢的生成和沉積起抑制和分散作用，負(fù)離子對(duì)碳酸鹽，硫酸鹽等水垢的生成和沉積起抑制和分散作用，從而可以防止結(jié)垢，提高設(shè)備的熱效率，達(dá)到節(jié)約能源降低成本從而可以防止結(jié)垢，提高設(shè)備的熱效率，達(dá)到節(jié)約能源降低成本的目的。的目的。3.2 3.2 離子交換技術(shù)軟化采出水的研究離子交換技術(shù)軟化采出水的研究3.2.1 3.2.1 離子交換技術(shù)與離子交換反應(yīng)離子交換技術(shù)與離子交換反應(yīng) 離子交換軟化技術(shù)是將水通過(guò)陽(yáng)離子樹(shù)脂時(shí)，使水中的硬度成離子交換軟化技術(shù)是將水通過(guò)陽(yáng)離子樹(shù)脂時(shí)，使水中的硬度成分鈣，鎂離子與樹(shù)脂中的陽(yáng)離子相交換。從而是水中的鈣，

10、鎂離分鈣，鎂離子與樹(shù)脂中的陽(yáng)離子相交換。從而是水中的鈣，鎂離子濃度降低，使水得到軟化。離子交換反應(yīng)是發(fā)生在固態(tài)樹(shù)脂和子濃度降低，使水得到軟化。離子交換反應(yīng)是發(fā)生在固態(tài)樹(shù)脂和溶液接觸界面的可逆反應(yīng)。溶液接觸界面的可逆反應(yīng)。 離子交換過(guò)程如下圖所示：離子交換過(guò)程如下圖所示： 圖圖 3-1 3-1 離子交換過(guò)程的機(jī)理離子交換過(guò)程的機(jī)理離子交換過(guò)程應(yīng)包括下列五個(gè)步驟：離子交換過(guò)程應(yīng)包括下列五個(gè)步驟：(1)A(1)A+ +離子自溶液中擴(kuò)散到樹(shù)脂表面；離子自溶液中擴(kuò)散到樹(shù)脂表面；(2)A(2)A+ +離子從樹(shù)脂表面再擴(kuò)散到樹(shù)脂內(nèi)部的活性中心；離子從樹(shù)脂表面再擴(kuò)散到樹(shù)脂內(nèi)部的活性中心；(3)A(3)A+ +

11、離子與離子與RBRB在活性中心上發(fā)生交換反應(yīng)；在活性中心上發(fā)生交換反應(yīng)；(4)(4)解吸離子解吸離子B B+ +自樹(shù)脂內(nèi)部活動(dòng)中心擴(kuò)散到樹(shù)脂表面；自樹(shù)脂內(nèi)部活動(dòng)中心擴(kuò)散到樹(shù)脂表面；(5)B(5)B+ +離子再?gòu)臉?shù)脂表面擴(kuò)散到溶液中。離子再?gòu)臉?shù)脂表面擴(kuò)散到溶液中。 3.2.2 3.2.2 離子交換樹(shù)脂的組成離子交換樹(shù)脂的組成 離子交換樹(shù)脂主要由以下三部分組成：離子交換樹(shù)脂主要由以下三部分組成：(1)(1)單體是能聚合成高分子化合物的低分子有機(jī)物。單體是能聚合成高分子化合物的低分子有機(jī)物。(2)(2)交聯(lián)劑是能在線性結(jié)構(gòu)分子縮聚時(shí)起架橋作用，而使其交聯(lián)劑是能在線性結(jié)構(gòu)分子縮聚時(shí)起架橋作用，而使其分

12、子中的基區(qū)相互鍵合成不溶的網(wǎng)狀體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。分子中的基區(qū)相互鍵合成不溶的網(wǎng)狀體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。 (3)(3)交換基團(tuán)是聯(lián)接在單體上具有活性離子的基團(tuán)。交換基團(tuán)是聯(lián)接在單體上具有活性離子的基團(tuán)。 圖圖3-2 3-2 樹(shù)脂單體示意圖樹(shù)脂單體示意圖部部分分：( (1 1) )高高分分子子骨骨架架由由交交聯(lián)聯(lián)的的高高分分子子聚聚合合物物組組成成。( (2 2) )離離子子交交換換基基團(tuán)團(tuán)連連接接在在高高分分子子骨骨架架上上，帶帶有有可可交交換換的的離離子子。( (3 3) )孔孔是是在在干干態(tài)態(tài)和和濕濕態(tài)態(tài)的的離離子子交交換換樹(shù)樹(shù)脂脂中中都都存存在在的的高高分分子子結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)中中的的孔孔和和高高分分子子結(jié)結(jié)

13、構(gòu)構(gòu)中中的的孔孔( (毛毛細(xì)細(xì)孔孔) )。圖圖3-3 3-3 離子交換樹(shù)脂內(nèi)部結(jié)構(gòu)離子交換樹(shù)脂內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖3-4 3-4 離子交換基團(tuán)的結(jié)構(gòu)離子交換基團(tuán)的結(jié)構(gòu) 圖圖 3-7 D113型樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)型樹(shù)脂的結(jié)構(gòu) 圖圖 3-5 D1133-5 D113型樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)型樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)表表3-1 3-1 交換床運(yùn)行步驟交換床運(yùn)行步驟3.2.4 3.2.4 離子交換工藝的運(yùn)行管理離子交換工藝的運(yùn)行管理1. 1. 交換床的運(yùn)行交換床的運(yùn)行 交換床的運(yùn)行通常分為四個(gè)步驟：反洗交換床的運(yùn)行通常分為四個(gè)步驟：反洗( (小反洗或大反洗小反洗或大反洗) )，再，再生，正洗和制水運(yùn)行。交換床的這四個(gè)步驟組成一個(gè)運(yùn)行周期，生，

14、正洗和制水運(yùn)行。交換床的這四個(gè)步驟組成一個(gè)運(yùn)行周期，見(jiàn)下表。見(jiàn)下表。2. 2.再生液濃度再生液濃度 再生液濃度與所用床型有關(guān)。參見(jiàn)下表再生液濃度與所用床型有關(guān)。參見(jiàn)下表 表表3-2 3-2 建議使用的再生液濃度建議使用的再生液濃度表表3-3 3-3 交換床運(yùn)行流速參考交換床運(yùn)行流速參考 3. 3. 交換床運(yùn)行流速交換床運(yùn)行流速3.3 3.3 軟化試驗(yàn)分析軟化試驗(yàn)分析3.3.1 3.3.1 用大孔弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂用大孔弱酸性陽(yáng)離子交換樹(shù)脂- -密實(shí)移動(dòng)床軟化密實(shí)移動(dòng)床軟化 表表3-4 3-4 選擇離子交換工藝的原則選擇離子交換工藝的原則 9090年代，核工業(yè)北京化工冶金研究院通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)年代

15、，核工業(yè)北京化工冶金研究院通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), ,用大用大孔弱酸性樹(shù)脂孔弱酸性樹(shù)脂- -密實(shí)移動(dòng)床吸附密實(shí)移動(dòng)床吸附( (吸附段高吸附段高4 m),4 m), 也可將稠油污水也可將稠油污水的總硬度從平均的總硬度從平均66mg/L66mg/L降至降至5 mg/L5 mg/L以下以下, ,甚至達(dá)到鉻黑甚至達(dá)到鉻黑T T試劑試劑檢不出的程度檢不出的程度, ,即硬度在即硬度在1 mg/L1 mg/L以下。所用樹(shù)脂對(duì)鈣鎂離子的以下。所用樹(shù)脂對(duì)鈣鎂離子的吸附飽和容量很高吸附飽和容量很高, ,可達(dá)可達(dá)200 g/L200 g/L。該樹(shù)脂耐溫。該樹(shù)脂耐溫9090以上以上, ,采出水采出水中含少量油對(duì)其離子交換性能影

16、響不大。采用大孔弱酸性樹(shù)脂中含少量油對(duì)其離子交換性能影響不大。采用大孔弱酸性樹(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甚至深度軟化處理是可行的可行的, ,因此推薦它為油田軟化處理采出水的首選技術(shù)。因此推薦它為油田軟化處理采出水的首選技術(shù)。3.3.2 3.3.2 幾種樹(shù)脂的軟化水試驗(yàn)研究及試驗(yàn)分析幾種樹(shù)脂的軟化水試驗(yàn)研究及試驗(yàn)分析 大慶石油的王麗麗對(duì)三種鍋爐水處理常用樹(shù)脂：大慶石油的王麗麗對(duì)三種鍋爐水處理常用樹(shù)脂：0010017 7凝膠凝膠型強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂、型強(qiáng)酸陽(yáng)樹(shù)脂、D001D001強(qiáng)酸大孔陽(yáng)離子樹(shù)脂、強(qiáng)酸大孔陽(yáng)離子樹(shù)脂、D113D11

17、3大孔型弱酸陽(yáng)離大孔型弱酸陽(yáng)離子樹(shù)脂進(jìn)行多個(gè)周期的制水試驗(yàn)研究，測(cè)定處理量、運(yùn)行周期、子樹(shù)脂進(jìn)行多個(gè)周期的制水試驗(yàn)研究，測(cè)定處理量、運(yùn)行周期、估算運(yùn)行成本。選擇出一種處理量大，運(yùn)行周期長(zhǎng)的離子交換樹(shù)估算運(yùn)行成本。選擇出一種處理量大，運(yùn)行周期長(zhǎng)的離子交換樹(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)周期的制脂。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)周期的制水運(yùn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)平均數(shù)據(jù)結(jié)果如下表。水運(yùn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)平均數(shù)據(jù)結(jié)果如下表。表表3-5 3-5 三種樹(shù)脂多個(gè)周期制水運(yùn)行數(shù)據(jù)比較三種樹(shù)脂多個(gè)周期制水運(yùn)行數(shù)據(jù)比較 結(jié)果表明結(jié)果表明:D113:D113樹(shù)脂與樹(shù)脂與0010017 7凝膠型，凝

18、膠型，D001D001型大孔樹(shù)脂相比，型大孔樹(shù)脂相比，在周期制水量、工作交換容量、在周期制水量、工作交換容量、制水周期各方制水周期各方D113D113型樹(shù)脂的確具型樹(shù)脂的確具優(yōu)于其他兩種樹(shù)脂，具有運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，因此更適合適用于油優(yōu)于其他兩種樹(shù)脂，具有運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，因此更適合適用于油田采出水處理。缺點(diǎn)是，田采出水處理。缺點(diǎn)是，D113D113型樹(shù)脂成本是其他兩種樹(shù)脂成本的型樹(shù)脂成本是其他兩種樹(shù)脂成本的1.831.83倍，制水成本相對(duì)高一些。無(wú)論從運(yùn)行效果和運(yùn)行水質(zhì)穩(wěn)定性倍，制水成本相對(duì)高一些。無(wú)論從運(yùn)行效果和運(yùn)行水質(zhì)穩(wěn)定性來(lái)看，使用來(lái)看，使用D113D113樹(shù)脂是比較好的選擇。樹(shù)脂是比較好的

19、選擇。 3.4 3.4 提高離子交換裝置經(jīng)濟(jì)性的措施提高離子交換裝置經(jīng)濟(jì)性的措施 提高離子交換裝置的有以下措施提高離子交換裝置的有以下措施 1. 1. 再生劑用量的控制再生劑用量的控制 2. 2. 再生劑濃度的控制再生劑濃度的控制 3. 3. 再生液流速的控制再生液流速的控制 4. 4. 控制再生液的純度控制再生液的純度 5. 5. 再生液的溫度的合理控制再生液的溫度的合理控制 6. 6. 選用逆流再生方式選用逆流再生方式 7. 7. 采用串聯(lián)氫采用串聯(lián)氫- -鈉離子處理工藝鈉離子處理工藝 8. 8. 回收利用廢液回收利用廢液 的的文文獻(xiàn)獻(xiàn)資資料料基基礎(chǔ)礎(chǔ)上上，通通過(guò)過(guò)對(duì)對(duì)國(guó)國(guó)內(nèi)內(nèi)外外各各油油田田采采出出水水軟軟化化工工藝藝的的具具體體描描述述，得得出出以以下下結(jié)結(jié)論論：（1 1）在在油油田田采采出出水水軟軟化化方方面面，國(guó)國(guó)內(nèi)內(nèi)外外有有多多種種軟軟化化工工藝藝可可供供選選擇擇，有有熱熱石石灰灰蘇蘇