Регистрация / Вход
Прислать материал

14.604.21.0120

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.604.21.0120
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем геотермии Дагестанского научного центра Российской академии наук
Название доклада
Разработка эффективной технологии комплексного освоения высокопараметрических минерализованных гидрогеотермальных ресурсов
Докладчик
Алхасов Алибек Басирович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Основная цель исследования: решение проблемы использования высокопараметрических минерализованных гидрогеотермальных ресурсов для производства электроэнергии и извлечения из них ценных химических соединений. Основной задачей выполняемых работ является разработка технологических решений комплексного эффективного освоения высокотемпературных минерализованных гидрогеотермальных рассолов с использованием теплового и химического потенциалов на основе бинарных ГеоЭС и химических методов извлечения растворенных компонентов.
Актуальность и новизна исследования
Привлекательность создания комплексных энергетических технологий и актуальность освоения геотермальных ресурсов Дагестана на минерально-сырьевые нужды обусловлены прежде всего тем, что в составе большинства высокоминерализованных ГТВ региона содержатся ионы лития в промышленно значимых концентрациях, основными потребителями солей которого являются атомная, стекольная, электрохимическая (химические источники тока), фармацевтическая промышленность России. В настоящее время ввоз карбоната лития является основной статьей импорта сырья для обеспечения потребностей указанных отраслей хозяйства страны. Вместе с тем, разведанные запасы только Берикейского месторождения редкометальных термальных вод позволят ежегодно получать более 2000 т карбоната лития и тем самым полностью обеспечить потребности отраслей промышленности страны. А создание заводов по производству солей лития на Тарумовской, Южносухокумской, Комсомольской и др. месторождениях на территории республики даст возможность экспортировать указанную продукцию и тем самым создаст предпосылки для существенного улучшения экономики региона и государства в целом.
Впервые в отечественной практике освоения геотермальных энергетических и минерально-сырьевых ресурсов предлагается технология их комплексного освоения на основе бинарной ГеоЭС и завода по производству солей лития, которое обеспечивается электроэнергией, вырабатываемой геоэлектростанцией.
Описание исследования

Установлено, что наиболее перспективным использованием тепловой энергии высокотемпературных минерализованных геотермальных рассолов является ее преобразование в электроэнергию в технологических системах бинарных ГеоЭС на низкокипящих рабочих агентах. При таком преобразовании успешно решается проблема постоянной круглогодичной эксплуатации геотермальных скважин, позволяющая значительно улучшить экономические показатели освоения геотермального месторождения. Освоение месторождения в два этапа позволит определить наиболее уязвимые места на первом этапе, которых можно избежать при полном освоении месторождения на втором этапе. Полное освоение Тарумовского геотермального месторождения позволит решить значительные социально-экономические проблемы региона и полностью обеспечить потребности России в карбонате лития. Предложенные режимы эксплуатации месторождения полностью исключают необходимость в обратной закачке, что приводит к сбережению значительных капитальных и эксплуатационных затрат.

В рамках проводимых исследований спроектирован экспериментальный образец укрупненной лабораторной установки по переработке редкометального гидроминерального сырья – высокоминерализованных геотермальных вод. Схема установки и ее узлы представлены на рисунке 1.

Рисунок 1 – а) Схема узлов водоподготовки, осаждения магния и лития укрупненной лабораторной установки; б) узел концентрирования; в) узел гидротермальной обработки ЛАК; г) узел приготовления реактивов

Для создания экспериментального  образца укрупненной лабораторной установки с целью отработки физико-химических процессов, лежащих в основе Принципиальной технологической схемы переработки отработанных в ГеоЭС геотермальных рассолов с получением карбоната лития и других сопутствующих ценных компонентов, представленной в Лабораторном технологическом регламенте по переработке редкометальных геотермальных вод на укрупненной лабораторной установке (приложение А), спроектированы и изготовлены технологические узлы: 1) водоподготовки; 2) осаждения магния; 3) получения литийалюминиевого концентрата (ЛАК); 4) фильтрования суспензий Mg(OH)2 и ЛАК; 5) гидротермальной обработки ЛАК; 6) концентрирования Li –концентрата и осаждения карбоната лития, 7) приготовления реагентов, 8) сушки и прокаливания продуктов; 9) контроля за технологическими процессами.

В состав технологического узла водоподготовки (рисунок 2) входят: емкость объемом 150 дм3 для исходного геотермального рассола, реакционный аппарат объемом 75 дм3 из термостойкого стекла SIMAX (Чехия), емкость для раствора щелочи (Ca(OH)2или NaOH), насос для подачи геотермальной воды в реактор, насос-дозатор для подачи щелочи в реактор.

Рисунок 2 – Узел водоподготовки (1 - емкость для воды; 2 – перистальтический насос; 3 - Реактор РЭ-0,07 Ф-4 с нагревом; 4 - Нутч-фильтр НФП-0.15-500 ПП на колесах; 5 -  вакуумный насос; 6 - реакционный аппарат объемом 75 дм3; 7 - вакуумным ресивер-ловушкой)

В состав узла для осаждения магния входят: реакционный аппарат объемом 50 дм3из термостойкого стекла SIMAX (Чехия), емкость для раствора щелочи (Ca(OH)2или NaOH), насос для подачи геотермальной воды в ректор, насос-дозатор для подачи щелочи в реактор для осаждения Mg(OH)2.

В состав узла для получения литийалюминиевого концентрата входят: реакционный аппарат объемом 50 дм3из термостойкого стекла SIMAX (Чехия), емкость из полипропилена для раствора NaOH, емкость полипропилена для раствора AlCl3, насос-дозаторы Ecoline модель VC-360 для подачи растворов NaOH и AlCl3 в реактор для осаждения ЛАК.

Таким образом, в результате проведенных работ изготовлены технологические узлы экспериментального  образца укрупненной лабораторной установки по переработке редкометального гидроминерального сырья – высокоминерализованных геотермальных вод, в том числе, получения  редкометального (литиевого) концентрата, получения солей лития на основе переработки литиевого концентрата, получению солей и материалов, сопутствующих литию  ценных компонентов. Укрупненная лабораторная установка по переработке редкометальных высокоминерализованных геотермальных вод позволяет: наработать необходимое количество товарных продуктов; накопить опыт работы и управления сложным технологическим процессом; получить экспериментальные данные для проектирования опытно-промышленной установки по комплексной переработки редкометального гидроминерального сырья.

Результаты исследования

Осуществлен выбор оптимальной конструкции и режима эксплуатации бинарной ГеоЭС с привязкой к Тарумовскому месторождению высокоминерализованных геотермальных вод; и оптимального технологического процесса по переработке редкометального высокоминерализованных геотермальных вод.

Показана     перспективность      комплексной переработки высокотемпературных геотермальных рассолов Тарумовского геотермального месторождения. Тепловая энергия геотермального рассола может быть преобразована в электроэнергию в бинарной ГеоЭС на низкокипящем рабочем агенте. Рассмотрены термодинамические циклы Ренкина, реализуемые во вторичном контуре ГеоЭС при разных температурах испарения рабочего агента - изобутана. Из них наиболее эффективным с точки зрения получения максимальной мощности является сверхкритический цикл, приближенный к так называемому “треугольному” циклу с давлением испарения ри = 5.0 МПа. Отработанный рассол с низкой температурой из ГеоЭС поступает на химический завод, где из него извлекаются основные химические компоненты: карбонат лития, магнезия жженая, карбонат кальция и поваренная соль - по разработанной технологии комплексной утилизации гидротермальных рассолов хлоридно-натриевого типа. Отработанная вода поступает на геотехнологический комплекс и другим потребителям. Для производства ценных неорганических материалов используется электроэнергия, вырабатываемая на ГеоЭС. Благодаря этому достигаются полная автономия производства и независимость от внешних условий. Преимуществами предлагаемого геотехнологического комплекса являются полная реализация теплового потенциала и извлечение основных химических компонентов высокопараметрических геотермальных ресурсов. При этом отпадает необходимость в обратной закачке, что исключает значительные капитальные затраты на строительство нагнетательных скважин и насосной станции и эксплуатационные затраты на их обслуживание. Комплексное освоение ресурсов месторождения позволит существенно улучшить экономическую структуру региона и полностью обеспечить потребности России в карбонате лития и поваренной соли.

Разработан лабораторный технологический регламент по переработке редкометальных геотермальных вод на укрупненной лабораторной установке.

Разработана программа и методики испытаний экспериментального образца укрупненной лабораторной установки по переработке редкометального гидроминерального сырья.

Спроектированы и изготовлены технологические узлы экспериментального  образца укрупненной лабораторной установки по переработке редкометального гидроминерального сырья – высокоминерализованных геотермальных вод с получением  солей лития и сопутствующих ему ценных компонентов.

Изготовлен экспериментальный образец укрупненной лабораторной установки по переработке редкометального гидроминерального сырья – высокоминерализованных геотермальных вод.

Практическая значимость исследования
Полученные результаты по комплексному освоению высокопараметрических гидрогеотермальных ресурсов найдут применение в геотермальной энергетике и технологиях переработки нетрадиционного химического сырья – производства солей редких металлов, содержащихся в геотермальных рассолах. Электроэнергия, вырабатываемая в бинарной ГеоЭС, будет использована для обеспечения потребностей завода по извлечению химкомпонентов из рассолов и на нужды различных потребителей. Соединения лития, получаемые при переработке рассолов, будут использованы во многих отраслях промышленности (атомная, стекольная, электрохимическая, фармацевтическая, строительная и другие).
Полученные в ходе выполнения проекта результаты будут способствовать развитию нового направления в геотермальной энергетике по комплексному освоению высокопараметрических рассолов. Будут разработаны новые энергоэффективные, экономически рентабельные и экологически чистые технические решения, способствующие масштабному освоению таких ресурсов. Освоение теплового потенциала будет осуществляться в бинарных ГеоЭС с рабочими агентами нового поколения и комбинированных геотермально-парогазовых энергоустановках, основанных на новых технологиях, использующих различные термодинамические циклы. Освоение рассолов Берикейского месторождения позволит ежегодно получать до 2000 т завозимого в настоящее время из-за рубежа карбоната лития, что позволит полностью обеспечить потребности России.