|
Заключение 168 Результаты исследований, полученные в данной работе, позволили разработать подходы к решению важной научно-технической проблемы создания технологии осаждения кремнезема из высокотемпературных гидротермальных теплоносителей с целью повышения эффективности их использования. Изучены физико-химические характеристики коллоидного кремнезема в гидротермальном растворе, механизм коагуляции и осаждения кремнезема и на этой основе разработана технологическая схема осаждения кремнезема из гидротермального раствора. Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем. 1. Предложены методы очистки гидротермального теплоносителя от соединений кремния с получением кремнеземсодержащего материала с заданными физико-химическими характеристиками, обеспечивающие контроль за скоростью рост твердых отложений в аппаратах, скважинах, трубопроводах и теплооборудовании ГеоЭС, а также с разработкой методов утилизации извлеченного кремнезема. 2. Изучена кинетика нуклеации и поликонденсации кремниевой кислоты, определен порядок реакции поликонденсации, измерены радиусы и коэффициенты диффузии коллоидных частиц кремнезема, оценен электрический заряд их поверхности. На основе полученных данных разработана методика, позволяющая проектировать оборудование для стадии старения гидротермального раствора и формирования коллоидных частиц кремнезема определенного размера и концентрации в системе: скважинатрубопроводы-теплообменники бинарного энергоблока-резервуар для старения. 3. В экспериментах установлено, что твердые отложения из потока раствора Му гновского месторождения образуются в результате турбулентной диффузии коллоидных частиц кремнезема из ядра потока к поверхности проводящего канала. Численным моделированием исследовано влияние на рост отложений гидродинамических факторов: скорости потока, диаметра канала, температуры раствора, размера частиц. На основе предложенного подхода выполнены расчеты скорости роста отложений в реинжекционных скважинах ВерхяеМутновской ГеоЭС. 4. Выполнены эксперименты по коагуляции и осаждению коллоидного кремнезема в гидротермальном растворе катионами металлов. Исследован механизм сорбции поверхностью коллоидных частиц катионов Са2+, М&2\ А13', |
2 СОДЕРЖАНИЕ Стр. Введение 5-14 Глава 1. Современное состояние проблемы извлечения кремнезема из высокотемпе15 ратурных гидротермальных теплоносителей и повышения эффективности их использования. 1.1. Существующие методы извлеченияхимических соединений изгидротермально15-22 го теплоносителя. 1.2. Типы твердых отложений в скважинах и тспдооборудовании ГеоЭС, ГеоТЭС. 22-31 1.3. Результаты лабораторных экспериментов по коагуляции и осаждению кремнезе31-42 ма в гидротермальном растворе и изучению физико-химических характеристик осажденного вещества. 1.4. Результаты испытания пилотных установок для извлечения кремнезема из пото42-64 ка гидротермального теплоносителя и контроля за ростом отложений. 1.5. Поиск информации по способам извлечения и использования геотермального 65-84 кремнезема в патентных базах данных сети интернет. Выводы. 84-86 Цели и задачи исследования. 86-87 Глава 2. Физико-химические характеристики коллоидногокремнезема в гидротер88 мальном растворе. 2.1. Исследование кинетики полимеризации мономерного кремнезема и образования 88-103 коллоидных частиц в гидротерм ап ыюм растворе. 2.2. Измерение радиусов коллоидных частиц в гидротермальном растворе методом 103-115 фотонной корреляционной спектроскопии. 2.3. Исследование массопереноса коллоидных частиц кремнезема в турбулентном 115-124 водном потоке и механизма их осаждения на поверхность канала. 2.4. Физико-химические характеристики твердых отложений коллоидного кремнезема 124-141 в скважинах, трубопроводах и тсплооборудовании ГеоЭС. 2.5. Исследование образования отложений аморфного кремнезема численным модели141-154 рованием химического равновесия в гидротермальном растворе при различных термодинамических условиях. Выводы 154-156 Глава 3. Эксперименты по коагуляции и осаждению кремнезема в гидротермальном 157 растворе катионами Са2+ и М&2+ с вводом гашеной извести и морской воды. 371 Выводы Результаты исследований, полученные в данной работе, позволили разработать подходы к решению важной научно-технической проблемы создания технологии извлечения кремнезема из высокотемпературных гидротермальных теплоносителей с целью повышения эффективности их использования. Изучены физико-химические характеристики коллоидного кремнезема в гидротермальном растворе, механизм коагуляции и осаждения кремнезема и на этой основе разработана химико-технологическая схема осаждения кремнезема из гидротермального раствора. Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем. 1. Анализ современного состояния проблемы использования высокотемпературных гидротермальных теплоносителей показал, что существенное повышение эффективности возможно за счет реализации в бинарных установках ГеоЭС, ГеоТЭС рентабельной технологии извлечения из сепарата различных соединений кремния. В связи с этим необходимо решение задач по разработке новых и совершенствованию известных методов очистки гидротермального теплоносителя от соединений кремния с получением кремнеземсодержащего материала с заданными физико-химическими характеристиками, контроля за скоростью роста твердых отложений в аппаратах, скважинах, трубопроводах и теплооборудовании ГеоЭС, ГеоТЭС, а также разработки методов утилизации извлеченного кремнезема. 2. Выполнены исследования физико-химических свойств коллоидного кремнезема в гидротермальном растворе Мутновского месторождения. Изучена кинетика нуклеации и полимеризации кремниевой кислоты, определен порядок реакции полимеризации, измерены радиусы и коэффициенты диффузии коллоидных частиц кремнезема, оценен электрический заряд их поверхности. На основе этого разработана методика, позволяющая проектировать оборудование для стадии старения гидротермального раствора и формирования коллоидных частиц кремнезема определенною размера и концентрации в 372 системе: скважина трубопроводы теплообменники бинарного энергоблока танк для старения.. 3. В экспериментах установлено, что твердые отложения из потока раствора Мутновского месторождения образуются в результате турбулентной диффузии коллоидных частиц кремнезема из ядра потока к поверхности проводящего канала. Численным моделированием исследовано влияние на рост отложений гидродинамических факторов: скорости потока, диаметра канала, температуры раствора, размера частиц. На основе предложенного подхода выполнены расчеты скорости роста отложений в реинжекционных скважинах ВерхнеМу гновской ГеоЭС. 4. Численным моделированием химического равновесия в гидротермальном теплоносителе исследованы условия образования отложений аморфного кремнезема при различных термодинамичеких условиях: давлениях, температуре и паросодержании водного потока. На основе этого предложена методика расчета концентрации соединений многокомпонентного гидротермального раствора при различных давлении и температуре, позволяющая указать участки теплотехнической схемы ГеоТЭС, на которых вероятно образование отложений аморфного кремнезема. Методика использована в ОАО “Камчатскэнерго” для прогноза образования отложений кремнезема в теплооборудовании и скважинах Верхне-Мутновской ГеоЭС, оценки расхода реагентов на подщелачивание сепарата перед реинжекцией, расчета концентрации газовой фазы теплоносителя. 5. Выполнены эксперименты по коагуляции и осаждению коллоидного кремнезема в гидротермальном растворе катионами металлов. Исследован механизм сорбции поверхностью коллоидных частиц катионов Са2>, М§2+, А13+, Ре3+ либо их гидратированных поликатионных комплексов и коагуляции коллоидного кремнезема. На основе полученных экспериментальных данных предложены подходы к расчету режимных параметров оборудования технологической схемы осаждения кремнезема. Разработаны способы осаждения кремнезема, которые позволяют: 1). регулировать кинетику |