NO329106B1 - Forbedringer av metallsalter - Google Patents

Abstract

Alkalimetalikarboksylat-saltiaker, så som cesiumformiatlake, anvendes ved olje- og gassboringsprosesser. Forurensning med kloridioner kan kontrolleres ved behandling med en sølvsaltløsning og fjerning av det dannede sølvklorid. Laker med høy densitet, egnet for gjenbruk, kan oppnås.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører forbedringer av metallsalter, nærmere bestemt vedrører den fjerningen av visse ioner fra vandige løsninger.

Det er vanlig ved olje- og gassboring å benytte væsker, så som saltlaker og hjelpevæsker. I alminnelighet har slike væsker høy densitet. Særlig er det utviklet sterkt konsentrerte alkalimetallsalter av karboksylsyrer for bruk innen olje- og gass-brønnboring og for kompletteringsoperasjoner. En slik væske kan være basert på cesium- og kaliumsalter, så som formiater, som kan gi saltløsninger med spesifikk vekt på 1,6 til 2,3, avhengig av løsningenes konsentrasjon.

Under bruk av slike saltlaker kan de forurenses med natriumklorid fra sjøvann eller fra vann eller salt som rives med fra bergartene og slammet under anvendelse i borehullet. Kloridioner kan forårsake alvorlig korrosjon av stålrør og dessuten være uforenelig med bergmatriks og forårsake skade på eller nær borehullområdet. Slike problemer kan føre til at brukere av slike saltlaker avstår fra gjenbruk av slike klorid-forurensede laker. En charge av cesiumformiatløsning for bruk som saltlake på oljefeltet kan koste i størrelsesorden $10M, så det er et betraktelig behov for å forbedre mulighetene for resirkulering av en slik lake.

Dersom den fortyrmede laken bringes tilbake til høy densitet ved fordampning av vann, vil enhver kloridkonsentrasjon øke gjennom denne prosess og derved gjøre laken mindre egnet for gjenbruk.

Foreliggende oppfinnelse kan følgelig anvendes for å fjerne klorid fra saltlake forårsaket både av forurensning gjennom bruk eller ved en konsentreringsprosess, som f .eks. inndampning, og gjennom foreliggende beskrivelse og krav er betegnelsen «lake» å forstå slik at salter som er blitt konsentrert inkluderes.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for behandling av en alkalimetallkarboksylat-saltlake forurenset med kloridion, som omfatter blanding av slik forurenset lake med en løsning av sølvsalt, spesielt sølvnitrat, som bevirker dannelse av sølvklorid og hvor sølvkloridet separeres fra den gjenværende lake.

Oppfinnelsen kan også uttrykkes som en fremgangsmåte for bruk av en alkalimetallkarboksylat-saltlake som omfatter gjenvinningen av benyttet lake forurenset med kloridion, behandling av den gjenvundne lake med en løsning av et sølvsalt, spesielt sølvnitrat, som bevirker dannelse av sølvklorid, og separering av sølvkloridet fra laken, og gjenbruk av laken. Hensiktsmessig omfatter laken cesium som hoved-alkalimetallet og formiat, acetat eller andre anioner som salt-anionet. Laken kan omfatte en betydelig andel av andre alkalimetaller og kan derfor inneholde blandinger av alkalimetallkarboksylater. Laken kan videre omfatte én eller flere polymerer eller andre komponenter som er hjelpestoffer og gir laken ønskede egenskaper eller hindrer ulemper.

Det foretrukne sølvsalt er sølvnitrat, og for å lette beskrivelsen vil alle referanser heretter være til sølvnitrat.

Siden den spesifikke vekt av laken er usedvanlig viktig, er det ønskelig å minske ethvert tap av spesifikk vekt ved unødig fortynning under behandlingen. Det er således ønskelig å benytte sølvnrtratløsninger som inneholder minst 200 g/L AgN03, mer foretrukket minst 300 g/L AgN03 og mest foretrukket minst ca. 800 g/L. Ved romtemperatur er metningskonsentrasjonen ca. 1400 g/L AgN03. Sølvnitrat-løsningen kan inneholde andre komponenter som ikke i vesentlig grad forstyrrer fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen eller saltlakens oppførsel. Sølvnitratløsningen er hensiktsmessig en produktstrøm fra en prosess som involverer fremstilling av høy-renset sølvnitrat. Dette kan gi besparelser ved innsparing av varme og vann og andre prosessomkostninger.

Behandlingen ifølge oppfinnelsen foretas lett ved romtemperatur, men kan foretas ved høyere eller lavere temperaturer. Det skal pekes på at løseligheten avtar med avtagende temperatur og at krystallisasjon kan inntre. Avhengig av klorid-konsentrasjonen kan det være nødvendig å avkjøle laken til ca. 0°C for å lette fjerningen av tilstrekkelig nitratsalter dannet som biprodukt, for å frembringe en stabil løsning som kan leveres og benyttes under vinterbetingelser.

Sølvklorid kan hensiktsmessig fjernes fra laken ved filtrering. Dette er særlig anvendelig på grunn av den relativt høye verdien av sølvkloridet. Andre separasjons-metoder, så som hydrocykloner eller sentrifuger kan imidlertid benyttes, og om anvendelig eller ønskelig, kan polymere materialer tilsettes for å forbedre separasjon.

Behandlingen kan foretas i en totrinns prosess, eller i en foretrukket utførelsesform, i en enkelttrinns prosess. Det er ønskelig å benytte minst en 90% støkiometrisk mengde sølvnitrat, i forhold til kloridion, ved behandlingen. Mer hensiktsmessig utgjør sølvnitrat fra ca. 95% til ca. 112% støkiometrisk for laker inneholdende 8,47 til 13,5 g/L klorid. Dersom laken har andre kloridinnhold eller komponenter, kan den støkiometriske tilpasning være forskjellig, noe som kan fast-slås ved søking og feiling.

Det gjenvundne sølvklorid kan inneholde medrevne biprodukter, så som sølvformiat og cesiumnitrat. Under foretrukne betingelser minskes disse og fjernes for å muliggjøre produksjon av lake for gjenbruk. Ved vasking og krystallisasjon kan det oppnås sølvkloridkrystaller, og sølv-verdien kan gjenvinnes på konvensjonelle måter ved omdannelse til andre forbindelser eller til sølvmetall, ved å benytte frem-gangsmåter som er tilgjengelige for fagmannen. Det foretrekkes derfor i alminnelighet å separere sølvkloridet ved filtrering, men konvensjonell vasking av faststoffet er ikke ønskelig dersom det bevirker urimelig fortynning av filtratet. Med-revet cesiumformiat i det filtrerte bunnfall kan deretter vaskes ut ved å benytte vann, og cesiumnitrat kan også gjenvinnes dersom det er ønskelig.

Fagmannen kan benytte den her foreliggende informasjon for å optimalisere prosessen ved å benytte konvensjonelle teknikker.

For å lette forståelsen av oppfinnelsen refereres det til de etterfølgende eksempler.

EKSEMPEL 1

Støkiometrisk tilsetning av AgN03

200 mL prøver av en brukt cesiumformiatlake, inneholdende 1587 g/L cesiumformiat, 13,53 g/L klorid, 0,720 vekt% natrium og 2,63 vekt% kalium, ble benyttet for alle beskrevne tester. Det er ønskelig at kloridnivået reduseres til under 1 g/L, mer foretrukket 0,3-0,7 g/L.

I det første eksempel tilsettes laken støkiometriske mengder AgN03-løsning under omrøring ved romtemperatur og i forskjellige konsentrasjoner:

For å produsere et lakeprodukt som har en Cl'- konsentrasjon på ca. 0,5 g/L, kombinert med en spesifikk vekt på ikke mindre enn 2,0, ble det foretatt behandling med AgN03i et andre trinn, med følgende resultat:

Etter første og andre trinn ble avleiringene som dannet seg i laken frafiltrert.

EKSEMPEL 2

Enkelttrinns fjerning av klorid

Den samme cesiumformiatlake som i Eksempel 1 ble benyttet i ytterligere tester ved å benytte ulike støkiometrier:

Testene 1 og 2 foregikk tilfredsstillende ved romtemperatur. Det ble fastslått i Test 3 at et overskudd av sølv ble løst opp, og en etterbehandling med oppvarming av produktlaken til 95°C ble inkorporert for å fjerne sølvet i løsning.

En ytterligere etterbehandling ved avkjøling til ca. 0°C over natten etterfulgt av filtrering, viste seg å fjerne en stor del av cesiumnitrat-biproduktet, hvilket etterlot en stabil klar løsning ved romtemperatur.

EKSEMPEL 3

Enkelttrinns kloridfjerning fra en K/Cs formiatlake

200 mL prøver av en kalium/cesiumformiatlake inneholdende 497 g/L formiat og 8,47 g/L klorid, 0,675 vekt% natrium, 12,56 vekt% kalium og 33,9 vekt% cesium ble benyttet for alle testene beskrevet i dette Eksempel 3. Det er ønskelig at kloridnivået reduseres slik at det ligger i området 0,7 til 1,0 g/L.

En ortogonal matrise av 16 tester hvor forskjellige konsentrasjoner og støkiometriske mengder av AgN03tilsettes ved forskjellige temperaturer, med ulike omrøringshastigheter, tilsetningshastigheter og oppholdstider vist nedenfor. I testene i dette eksempel ble reaktantene omrørt med et I KA Werke RCT Basic røreverk, ved å benytte enten en «langsom» innstilling (posisjon 4) eller en «hurtig» innstilling (posisjon 7). Tilsetningshastigheten var enten «langsom» eller «hurtig» tilsvarende henholdsvis en 15 minutters tilsetningstid eller en 30 sekunders tilsetningstid. Oppholdstid er tiden fra tilsetning av den siste dråpe AgNOatil begynnelsen av filtreringen og «kort» betyr 5 minutter og «lang» betyr 30 minutter.

Ved å følge den ortogonale matrise kan det vises at kloridnivået kan reduseres fra 8,47 g/L til mellom 3,26 og <0,01 g/L ved tilsetningen av AgN03under forskjellige betingelser.

Analyse av de observerte kloridnivåene ved å følge den ortogonale matrise tydet på at rørehastighet, konsentrasjon og støkiometri av tilsatt AgN03, er de vesentligste faktorer som i avtagende betydningsrekkefølge avgjør kloridnivået etter behandling. Særlig er en hurtig rørehastighet sterkt ønskelig for effektiv AgCI-utfelling, siden sidereaksjoner med formiatreduksjon av sølv minskes. Temperaturen, tilsetningshastighet og oppholdstid synes å være mindre betydningsfulle faktorer.

For å stadfeste de konklusjoner som er trukket fra den ortogonale matrise, ble ytterligere tre konformasjonstester utformet spesifikt for å redusere kloridnivået etter behandling til 0,85, 0,65 og 0,45 g/L. Den samme laken ble behandlet ved 35°C med AgNC*3 tilsatt langsomt med hurtig omrøring før en lang oppholdstid.

Den mest AgNC>3effektive reduksjon i Cl'-nivå fra 8,47 til <1 g/L og den laveste mengde tilsatt vann, skjedde under Test 1.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for behandling av en alkalimetallkarboksylat-saltlake forurenset med kloridion,karakterisert vedat den forurensede lake blandes med en løsning av et sølvsalt, spesielt sølvnitrat, som bevirker dannelse av sølvklorid i en reaksjonsblanding, hvorpå sølvkloridet separeres fra den gjenværende lake.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat laken omfatter cesium eller cesium og kalium som alkalimetaller, og formiat, acetat eller andre sorter som salt-anionet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller krav 2,karakterisert vedat den omfatter anvendelse av en sølvnitratløsning som inneholder minst 800 g/L AgNOa.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, 2 eller 3,karakterisert vedat alkalimetallnitrat-biproduktet fjernes etter avkjøling av reaksjonsblandingen, fortrinnsvis til ca. 0°C.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat den foretas slik at den gjenværende lake har en spesifikk vekt på ikke mindre enn 1,6.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat sølvnitratet benyttes i en mengde på fra 95 til 112% av det støkiometriske.

7. Fremgangsmåte for bruk av en alkalimetallkarboksylat-saltlake,karakterisert vedat den omfatter gjenvinning av brukt eller konsentrert lake forurenset med kloridion, behandling av den gjenvundne lake med en løsning av et sølvsalt, spesielt sølvnitrat, som bevirker dannelse av sølvklorid, separering av sølvkloridet fra laken og gjenbruk av laken.