Стабилизация полимерсиликатных дисперсных систем. Кинетические характеристики сорбции катионов при фильтрации воды через гранулированный алюмосиликатный сорбент. Поверхностно-активные свойства статистических сополимеров окиси этилена и окиси пропилена.
Аннотация к работе
На правах рукописи полимерсиликатные дисперсные системы, стабилизированные неионными олигомерными пав, для нефтедобычи, металлургии и очистки воды АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора химических наукНаучная новизна: - Изучен механизм образования и стабилизации суспензий бентонита полиалкиленгликолями (ПАГ) с различной функциональностью (от 2 до 4) с молекулярной массой от 300 до 30000 с мольной долей оксиэтиленовых звеньев в молекуле полиэфира от 10 до 85 %, и показано, что эффективность применения таких ПАВ значительно возрастает при их совместном использовании с карбоксиметилированными производными целлюлозы. Показано, что в ряду статистических сополимеров окиси этилена и окиси пропилена с молекулярной массой от 300 до 30000 с различной функциональностью наилучшими поверхностно-активными свойствами на границе их водных растворов с неполярной фазой обладают полиэфиры с функциональностью равной 4, причем с увеличением молекулярной массы полиэфиров с различной функциональностью различия в их поверхностной активности исчезают. В ряду ПАГ с молекулярной массой от 300 до 6000 с различной функциональностью, пены наибольшей кратности образуются в водных растворах линейных полиэфиров, а наименьшей - в растворах ПАГ с функциональностью равной 3, в то время, как наиболее устойчивые пены образуют ПАГ с функциональностью 3, а наименее - ПАГ с функциональностью 4. Установлено, что реологические свойства суспензии бентонита, стабилизированной смесью NAКМЦ и ПАГ с молекулярной массой от 15000 до 30000 и содержанием оксиэтиленовых звеньев не менее 80 %(мол.), существенно зависят от состояния воды в системе. Причем поверхностно-активные свойства полиэфиров, содержащих более 70 %(мол.) ОП-звеньев, в существенной степени не зависят от их молекулярной массы и функциональности, а определяются лишь мольной долей ОП-звеньев в молекуле.В комбинированной сорбционной колонне общая высота слоя сорбента составляет 0,471 м, общий объем сорбента - 25 л. В табл.3 представлены результаты расчетов межрегенерационного объема фильтрата (Qs) и периода между двумя регенерациями (Ts) для каждого из сорбентов, обеспечивающие заданную динамическую сорбционную емкость («степень очистки») DC воды при скорости фильтрации V=10 м/ч. В качестве основного параметра был выбран коэффициент однородности гранул-окатышей (КОД, %), который представляет собой суммарное содержание технологически пригодной фракции окатышей с диаметром 8 - 16 мм. Прочность на сжатие сырых окатышей повышается с увеличением мольной доли ионогенных звеньев в макромолекуле полимерного связующего и практически не зависит от его молекулярной массы. Было установлено, что коэффициент однородности гранул-окатышей зависит от концентраций бентонита и полимера в шихте, а также от влажности железорудного концентрата.Это позволило создать новые технологические жидкости (буровые растворы) для бурения нефтяных и газовых скважин, разработать пути улучшения качественных характеристик металлургических процессов, а также создания экологически чистых ресурсо-и энергосберегающих технологий водоподготовки. Установлено, что с увеличением мольной доли оксиэтиленовых звеньев в молекуле ПАГ максимальная адсорбция ПАГ на поверхности бентонита увеличивается, что сопровождается снижением площади, занимаемой одной молекулой ПАГ в предельно насыщенном моноадсорбционном слое. С ростом молекулярной массы ПАГ происходит повышение константы адсорбции и площади, занимаемой одной молекулой ПАГ в насыщенном моноадсорбционном слое, в то время, как максимальная адсорбция снижается. Изучены закономерности адсорбции на поверхности бентонита смесей ПАГ из их водных растворов, в соответствии с которыми соотношение между удельными поверхностными активностями индивидуальных ПАГ в водной фазе остается неизменным. Изучены поверхностно-активные свойства статистических сополимеров окиси этилена и окиси пропилена с различной функциональностью с молекулярными массами от 300 до 30000 на границе их водных растворов с неполярной фазой.
План
Основное содержание диссертации изложено в следующих работах
Статьи, опубликованные в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК России
1. Беленко Е.В., Вахрушев Л.П. Физико-химические свойства сополимеров окисей этилена и пропилена.// Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе.-2007 г.-№8.-С.28-32.
2. Беленко Е.В. Изучение биодеструкционных процессов полисахаридных реагентов.//Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе.-2007 г.-№8.-С.32-36.
3. Беленко Е.В., Воеводин Л.И. Применение бентонитовых коагулянтов для очистки нефте- и маслосодержащих сточных вод.//Экология и промышленность России. -2005 г. - №6 - С.4-5.
5. Беленко Е.В., Вахрушев Л.П. Оптимизация состава промывочных жидкостей для бурения в природоохранных зонах.//Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе.-2007 г.-№7.-С.32-35.
6. Беленко Е.В. Математическое моделирование квазистационарной фильтрации через насыпной слой гранулированного сорбента.// Экология и промышленность России.-2007 г.-№6.-С.42-46.
7. Кошелев В.Н., Вахрушев Л.П., Беленко Е.В. Лушпеева О.А. Полимер-дисперсные синергетические явления и новые системы буровых растворов.//Нефтяное хозяйство.-№4, 2001 г.- С.22-24.
8. Пеньков А.И, Вахрушев Л.П., Беленко Е.В. Повышение эффективности действия смазочных добавок для буровых растворов.//Нефтяное хозяйство.-№5.-2000.-С.33-35.
10. Беленко Е.В. Создание и исследование экологически безопасных псевдопластических эмульсий ПАВ.//Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе.-2007 г.-№7.-С.28-32.
11. Кошелев В.Н., Вахрушев Л.П., Беленко Е.В., Лушпеева О.А. Разработка и применение концепции пульсирующих эмульсий для бурения горизонтальных стволов малого диаметра.//Нефтяное хозяйство.-№5.-2002 г.
12. Беленко Е.В., Вахрушев Л.И., Пеньков А.И. Особенности поведения и применения полиалкиленгликолей для химической обработки буровых растворов//Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море.-№1-2.-1999.-С.21-24.
13. Кошелев В.Н., Вахрушев Л.П., Пеньков А.И., Беленко Е.В., Острягин А.И. Основные тенденции развития полигликолевой технологии совершенствования буровых растворов.//Нефтяное хозяйство.-№6.-2001 г.
14. Пеньков А.И., Вахрушев Л.П., Беленко Е.В., Острягин А.И., Джиоев Т.Е. Влияние полианионных электролитов на состояние адсорбционных слоев полиалкиленгликолей в бентонитовых суспензиях.//Известия ВУЗОВ.-Сверо.-Кавказский регион.- Естественные науки.-№1, 2000 г.-С.90-94.
15. Пеньков А.И., Вахрушев Л.П., Беленко Е.В., Острягин А.И., Кошелев.В.Н. Интерполимерные комплексы на основе сополимеров окисей этилена и пропилена.-Известия ВУЗОВ.//Северо-Кавказский регион.- Естественные науки.-№2, 2001 г.-С.45-49.
17. Лушпеева О.А., Кошелев В.Н., Вахрушев Л.П., Беленко Е.В. О природе синергетического эффекта в полимер-глинистых буровых растворах.//Нефтяное хозяйство.-№9.-2001 г.
18. Вахрушев Л.П., Беленко Е.В., Проскурин Д.В., Коновалов А.С. Влияние ПАГ на эффективность недиспергирующих буровых растворов.//Газовая промышленность.-№12.-2000 г.
20. Виничук Б.Г., Беленко Е.В., Шевченко В.М. Перспективы развития производства связующих добавок для железорудной промышленности России//Сталь.-№2.-2005 г., С.17-18.
21. Беленко Е.В., Вахрушев Л.П., Воеводин Л.И., Горбачев В.А. Теоретические основы механизма формирования качества сырых окатышей с полимерными добавками в составе комплексного связующего//Сталь.-№2.-2005.-С.15-17.
22. Пеньков А.И., Вахрушев Л.П., Кошелев В.Н., Беленко Е.В., Проскурин Д.В. Гидрофобная модификация недиспергирующих буровых растворов полиалкиленгликолями.// Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море.-№1.-2000.-С.19-21.
23. Усольцев Д.Ю., Беленко Е.В., Виничук Б.Г., Леушин В.Н., Минеев В.М., Путалов Н.Н. Эффективность использования бентонито- и интерполимерных композиций при производстве железорудных окатышей.// Сталь.-№6.-2006.-С.10-13.
24. Беленко Е.В., Воеводин Л.И. Сравнительный анализ технологий подготовки питьевой воды с использованием различных типов коагулянтов// Энергосбережение и водоподготовка.-2005 г. - №3. - С.27-29.
25. Беленко Е.В., Воеводин Л.И. Построение математических моделей квазистационарных процессов фильтрации методом инстоляции коэффициентов.//Энергосбережение и водоподготовка. - №3 - 2005. - С.30-32.
1. Вахрушев Л.П., Лушпеева О.А., Беленко Е.В. Элементы термодинамики промывочных систем. - Екатеринбург.: Путиведъ.-2003. - 151 c.
2. Беленко Е.В. Физико-химическая механика полимер-бентонитовых буровых растворов, модифицированных полиэфирными реагентами. М.: Спутник .-2005.-88 с.
Патенты
1. Кошелев В.Н., Вахрушев Л.П., Беленко Е.В., Сафин Д.Х., Пеньков А.И., Растегаев Б.А., Шариффуллин Р.Р., Ченикова Н.А. Состав для бурения и заканчивания скважин. - Патент РФ 2169753.-2000 г.
2. Пеньков А.И., Кошелев В.Н., Беленко Е.В. Куксов В.А., Вахрушев Л.П., Растегаев Б.А. Безглинистый буровой раствор для вскрытия продуктивных пластов.- Патент РФ 2168531. - 1999 г.
3. Пеньков А.И., Вахрушев Л.П., Кошелев В.Н., Растегаев Б.А., Беленко Е.В., Острягин А.И., Рекин А.С., Любимов В.С. Реагент для химической обработки буровых растворов.-Патент РФ 2163615.-1999 г.
4. Пеньков А.И., Вахрушев Л.П., Беленко Е.В., Кошелев В.Н., Растегаев Б.А., Сафин Д.Х. Смазочная добавка к буровым растворам.- Патент РФ 2163616.-1999 г.
5. Пеньков А.И., Беленко Е.В., Вахрушев Л.П., Кошелев В.Н., Растегаев Б.А., Острягин А.И., Любимов В.С. Смазочная добавка для буровых растворов.- Патент РФ 2163617.-1999 г.
6. Беленко Е.В., Пеньков А.И., Вахрушев Л.П., Кошелев В.Н., Проскурин Д.В. Псевдопластичный буровой раствор. - Патент РФ 2212429.- 2003 г.
Размещено на .ru
Вывод
1. Установлены закономерности стабилизации полимерсиликатных дисперсных систем олигомерными неионными ПАВ различного строения и влияния гидрофильно-олеофильных свойств полимерсиликатных композиций на их структурно-механические характеристики. Это позволило создать новые технологические жидкости (буровые растворы) для бурения нефтяных и газовых скважин, разработать пути улучшения качественных характеристик металлургических процессов, а также создания экологически чистых ресурсо- и энергосберегающих технологий водоподготовки.
2. Изучена адсорбция ПАГ на поверхности активированного бентонита. Установлено, что с увеличением мольной доли оксиэтиленовых звеньев в молекуле ПАГ максимальная адсорбция ПАГ на поверхности бентонита увеличивается, что сопровождается снижением площади, занимаемой одной молекулой ПАГ в предельно насыщенном моноадсорбционном слое. Константа адсорбции ПАГ с ростом содержания ОЭ-звеньев возрастает. С увеличением функциональности происходит повышение максимальной адсорбции и константы адсорбционного равновесия ПАГ. С ростом молекулярной массы ПАГ происходит повышение константы адсорбции и площади, занимаемой одной молекулой ПАГ в насыщенном моноадсорбционном слое, в то время, как максимальная адсорбция снижается.
3. Изучены закономерности адсорбции на поверхности бентонита смесей ПАГ из их водных растворов, в соответствии с которыми соотношение между удельными поверхностными активностями индивидуальных ПАГ в водной фазе остается неизменным.
4. Изучены поверхностно-активные свойства статистических сополимеров окиси этилена и окиси пропилена с различной функциональностью с молекулярными массами от 300 до 30000 на границе их водных растворов с неполярной фазой.
Показано, что реологические свойства суспензии бентонита, стабилизированной ПАГ с молекулярными массами от 15000 до 30000 и содержанием оксиэтиленовых звеньев не менее 80 %(мол.), связаны с гидрофильно-гидрофобными свойствами адсорбционных слоев, сформированных на поверхности частиц дисперсной фазы.
5. Изучены закономерности интерполимерного комплексообразования в водных растворах смесей ПАГ и натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (NAКМЦ). В интерполимерных комплексах ПАГ, образуя краунподобные ассоциаты с катионами натрия, выступает в качестве поликатиона, электростатически взаимодействуя с карбоксилатными группами КМЦ.
6. Установлено, что водные растворы смеси карбоксиметилированных производных целлюлозы с высшими жирными кислотами представляют собой кинетически устойчивые эмульсии, если они образуются разбавлением предварительно полученного концентрированного раствора производного целлюлозы смесью высших жирных кислот с ПАГ, содержание оксипропиленовых звеньев в макромолекуле которого не менее 80 %(мол.).
7. Определены кинетические характеристики сорбции катионов в условиях фильтрации воды через слой гранулированного алюмосиликатного (цеолитового) сорбента. Создана обобщенная физико-химическая модель, позволяющая вычислять гидравлические режимы работы сорбционных колонн, применяемых в технологии водоподготовки и очистки сточных вод. Модель использована при разработке эффективных сорбентов для водоподготовки - смеси алюмосиликатов и ионитов, характеризующихся взаимной химической индифферентностью и технологически совместимыми методами регенерации.
8. Определены критерии выбора полимерных связующих для обеспечения эффективности процесса грануляции (окомкования) железорудного концентрата. Составлен алгоритм расчета оптимальных свойств полимерного связующего для обеспечения заданных технологических характеристик железорудных гранул-окатышей.
Разработаны и успешно прошли промышленные испытания новые интерполимерные связующие, представляющие собой композиции поликатиона и полианиона, и обеспечивающие стабильно высокое качество железорудных гранул-окатышей. полимерсиликатный дисперсный катион сорбция