Способ выделения иода из буровых вод

 

Использование: изобретение относится к области технологии получения йода из буровых вод нефтяных скважин. Сущность: способ заключается в окислении йодидов, находящихся в воде, до элементарного йода, причем окисление йодидов осуществляется с помощью гипохлорита натрия без предварительного подкисления буровой воды одновременно с экстракцией йода в органическую фазу, а реэкстракцию йода и его очистку проводят твердофазным методом с помощью металлической меди. Данный способ позволяет получить чистый продукт йода, создать гибкую технологию, положительно решить вопросы окружающей среды, избавляясь от использования серной кислоты, хлора, сжигания серы. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к области технологии получения йода из буровых вод нефтяных скважин. Буровые воды нефтяных скважин обладают весьма широким диапазоном солевого состава, зачастую имеют высокую щелочность; йод находится в воде в восстановленной форме (I^-), воды загрязнены органическими соединениями. Все это делает процесс извлечения йода значительно затрудненным, экономически дорогостоящим.

На большинстве промышленных предприятий в основу получения йода положен метод его отдувки из буровых вод [1] Действующая технология предполагает окисление йодида до элементарного йода с предварительным подкислением буровой воды до pH ≃ 2 серной кислотой. В качестве окислителя применяют элементарный хлор, хлорированную воду. При действии хлора в кислой среде по реакции 2I^- + Cl₂ I₂ + 2Cl^- в воде появляется элементарный йод, растворимость которого незначительна (0,2765 г/л при 18^oC). Последний сильным потоком воздуха отдувается из воды и выносится в газовую фазу. Газовый поток с йодом поступает в скруббер с раствором, содержащем восстановитель, например, Na₂SO₃, где снова переходит в форму I^- и концентрируется в этой форме до содержания ≥ 30 г/л. Для более полного протекания реакции восстановления до I₂ и поглощения йода раствором в газовую фазу вводится туман, содержащий SO₂, образующийся при сжигании элементарной серы. Далее из концентрированного (>30 г/л йода) раствора путем повторного окисления (например, хлором) йод выделяют в твердую фазу. Выделение в твердую фазу осуществляется путем фильтрации. Далее обработка йода заключается в его очистке от примесей, в том числе и органических.

Вышеописанный способ можно рассматривать в качестве прототипа.

Основные недостатки его заключаются в следующем: большой расход кислоты, необходимой для подкисления буровой воды (от 6-7 до 900-1000 кг H₂SO₄ на 1 кг йода в зависимости от щелочности воды); использование серной кислоты приводит к загрязнению окружающей среды радиоактивными элементами, в частности радием; подкисление буровой воды предопределяет необходимость раскисления отработанной воды перед закачкой ее в подземные пласты; сжигание серы приводит к загрязнению атмосферы предприятия сернистым газом.

Позднее предложено использовать для подкисления более дорогую соляную кислоту, исключающую образование на стадии подкисления труднорастворимых осадков (BaSo₄, CaSO₄). Однако не исключено, что на стадии нейтрализации подлежащих закачке отработанных буровых вод будут образовываться осадки гидроксидов (например, железа), что повлечет соосаждение других элементов, в том числе радиоактивных.

Таким образом, задача изобретения состоит в том, чтобы окисление йодида до элементарного йода проводить без подкисления буровой воды, в крайнем случае с минимально необходимым подкислением и с максимально возможным извлечением целевого продукта.

Для решения поставленной задачи процесс окисления йодида в буровой воде осуществляется гипохлоритом натрия (окислительный потенциал 1,63 в кислой среде и 0,84 в нейтральной) без подкисления буровой воды. При этом процесс окисления проводят одновременно с процессом экстракции выделяющегося йода в органическую фазу.

При действии гипохлорита йодиды разлагаются с выделением йода Эта реакция может идти при очень низкой кислотности среды и даже в слабощелочной среде. Процесс извлечения йода после его выделения под действием окислителей (NaOCl) нужно осуществлять как можно быстрее, так как возможно протекание нежелательных процессов, таких как: гидролиз йода в нейтральной и щелочной среде;
расходование йодиноватистой кислоты (HIO), образующейся по реакции I₂ + H₂O ⇄ HI + HIO, на окисление органических примесей буровой воды;
возможный избыток гипохлорида может приводить к окислению йода до йодида по реакции:
3NaClO + I^- _→ IO₃ + 3Na⁺ + 3Cl^-.
Так, имеются сведения [1] что концентрация свободного йода в реальной буровой воде за 5 мин снижается на 27%
Следовательно, необходимо удалять выделяющийся в процессе окисления NaI из реакционной среды. В данном случае, экстракция наиболее выгодный процесс, так как элементарный йод весьма быстро переходит в органическую фазу. Отсюда и необходимое условие: окисление йодида и экстракция его в органическую фазу осуществляются одновременно.

Извлеченный в органический растворитель йод необходимо перевести в форму, удобную для получения готового продукта. Известны (возможны) следующие пути:
промывка раствором гидроксида натрия;
промывка раствором соды, Na₂SO₃ с последующим окислением йодида и выделением элементарного йода. Однако эти методы не обеспечивают очистки йода от органических примесей, образуют большой объем отходов, требуют использования реактивов.

Для устранения этих недостатков предлагается извлекать йод из органической фазы порошком металлической меди. Для этого органическая фаза с растворенным йодом смешивается с порошком металлической меди, при этом йод по реакции
I₂ + 2Cu _→ 2CuI
удаляется в осадок.

Осадок отделяется, разбавляется дистиллированной водой и нагревается до температуры 80^oC. К нагретому раствору при перемешивании добавляется стружка (порошок) металлического железа. По реакции
2Cu + Fe _→ FeI₂ + 2Cu
йод переходит в растворимую соль FeCl₂, из которой он может быть получен в элементарной форме действием любого окислителя (например NaOCl, Cl₂ и т.д. ).

Применение этого метода позволит:
проводить высокую очистку йода от органических примесей (нафтеновых кислот) при общем уменьшении потерь экстрагента на стадии реэкстракции;
ограничить круг используемых реактивов с многократным использованием металлической меди.

В целом применение предлагаемого способа получения йода из буровых вод позволяет:
получить более чистый конечный продукт йода, так как используется несколько барьеров для нафтеновых кислот (экстракция в щелочной среде, твердофазная реэкстракция);
создать более гибкую технологию получения йода путем разработки передвижного мобильного модуля для получения полуфабриката йода (CuI), что позволит избавиться от создания многокилометровых коммуникаций для передачи исходной и отработанной буровой воды;
положительно решить вопрос охраны окружающей среды, избавляясь от использования серной кислоты, хлора, сжигания серы;
исключить операцию по раскислению отработанной воды, сохраняя эквивалентные количества аммиачной воды.

Пример 1. 250 мл буровой воды помещают в реактор, снабженный роторной мешалкой, сюда же добавляют60 мл бензола и включают перемешивание. pH буровой воды ≃ 8, а температура20^oC. В процессе интенсивного перемешивания постепенно за 3 мин вносят в раствор гипохлорита натрия около полутора стехиометрий относительно йодида. Через 5 мин от начала процесса перемешивание прекращается и в течение 5 мин происходит расслаивание фаз. После расслаивания фазы разделяются, затем процесс экстракции повторяется до полного прекращения извлечения йода с добавлением новых порций гипохлорита до двукратного превышения стехиометрически необходимого количества окислителя. Циклов экстракции 3-5. За первый цикл экстракции в органическую фазу извлекается70% йода. Общий процент йода в зависимости от режима проведения процесса составлял 80-95.

Порции экстрагента с йодом объединяются (~240 мл) и в органический раствор добавляют порошок металлической меди в количестве, на 20% превышающем необходимое для связывания йода по реакции
2Cu + I₂ _→ 2CuI.
Смесь перемешивают в течение 2 ч. Образовавшийся осадок CuI отделяют от бензола. Бензол вновь используется для экстракции йода. К осадку добавляют 25 мл дистиллированной воды и нагревают раствор до80^oC. Затем в раствор вносят порошок металлического железа. Образовавшийся осадок металлической меди промывают водой и направляют вновь на осаждение йода из органического раствора. К раствору FeI₂ добавляют стехиометрическое количество NaOCl и йод отделяют известными методами.

Выход йода на операциях твердофазной экстракции и последующего окисления составлял95%
Пример 2. 250 мл буровой воды с pH ≃ 8 и при температуре ; 20^oC помещают в реактор с мешалкой, сюда же добавляют 60 мл экстрагента РЭД-4 (растворитель экстракционный деароматизированный, керосиновая фракция). Процесс окисления и экстракции ведут в тех же условиях. За первый цикл извлечено79% йода, за последующие три цикла еще 15,3%
К объединенным порциям экстрагента с йодом (~240 мл) добавляется рассчитанное количество порошка металлической меди с 20%-ным превышением стехиометрически необходимого. Смесь перемешивают в течение порядка 2 ч. Образовавшийся осадок CuI отделяют от РЭД-4, который вновь может быть использован для экстракции йода. С осадком CuI поступают так же, как и в первом случае. Выход йода не этих операциях составил примерно 94%

Формула изобретения

1. Способ выделения йода из буровых вод, включающий окисление находящихся в воде иодидов до элементарного иода и его удаление, отличающийся тем, что иод удаляют методом экстракции в органическую фазу, при этом окисление иодидов и экстракцию иода осуществляют одновременно, а реэкстракцию и очистку проводят твердофазным методом с помощью металлической меди.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что окисление иодидов осуществляют с помощью гипохлорита натрия без предварительного подкисления буровой воды.

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 27.01.2007        БИ: 03/2007