195681. lajstromszámú szabadalom • Eljárás termálvizek karbonátos kőkiválás nélküli termelésére
1 195 681 2 A találmány szerinti eljárással a főleg fűtésre és egészségügy'! célokra használt termálvizet lehet a káros karbonátos kőkiválás nélkül hasznosítani, mimellett a felszínen más célra hasznosítható hőmennyiséget is kapunk. A felszínen, illetve a termclőkútban általában kőkiválás lép fel, amely zavarja, esetenként meg is hiúsíthatja a termálvizek hasznosítását. A kismértékben oldódó vízkőképző ásványok, mint amilyen a CaC03 kristályosodása jelenti a technológiai rendszerben a legnagyobb problémát. A vízkőképzó'dés bizonyos geológiai, fizikai és vegyi körülmények hatására alakul ki. Az olyan geológiai tényezők mint a víz áramlása a rezervoárban és az ásványos öszszetétel ugyan úgy közrejátszanak a vízkőképződésben, mint a fizikai tényezők, így a termelési ütem, nyomás és hőmérséklet. Mindamellett a vízkőképződés fő okai vegyi okok így a legfontosabb az, hogy a rezcrvoárbeli oldékonyságok a kúttalpí és felszíni nyomás és hőmérsékletviszonyok megváltozásával ugyancsak megváltoznak. A hévíztároló vize vegyi egyensúlyban van a tároló kőzeteivel, a szénhidrogénekkel, és egyéb, a tárolóban jelenlévő anyaggal mint például a C02, N2, lI2S-el. Bármilyen beavatkozás mint a rétegmegnyitás és a kút termeltetése során létrehozott kúttalpí depresszió a legtöbb vegyi paramétert megváltoztatja. A kútba belépő és felfelé áramló fiuidumnak ki kell alakítania a saját új termodinamikai egyensúlyát. A termelés során kialakuló termodinamikai körülmények között az oldott C02 kilép a/ oldatból, ami megváltoztatja a vízösszetételt és a PH-t. A kókiváldst a kútban a kristályosodás kinetikája, a fluidum dinamikája a cső felületi jellemzői és ezen tényezők együttes hatása befolyásolja. A kiíratási eredmények azt mutatták, hogy a kükiválásnál a legkritikusabb lépés a krislálycsírák csőfalon való kialakulása. A kőkiválás nagysága függ a mélységtől a felületi és áramlási tényezőktől. A kútáram összetevői a nyomással és hőmérséklettel együtt nagymértékben meghatározzák, hogy milyen ásványtartalmú kőzet vagy kőzetek keletkeznek. CaCOj oldhatósága tiszta, C02 mentes vízben csekély körülbelül 14,3 ntg/l a kakit és 15,3 rng/1 az aragonit esetében /POBEGUIN, 1954/ a tenger vagy a szárazföld felszínén uralkodó P—T tartományban. A CaC03 oldhatósága a vízben lévő C02 -nek a hatására több száz mg/l-re is megnőhet, ugyanis a |Ca3+//CO| 7 oldhatósági szorzat a C02 parciális nyomásának növekedésével és csökkenő hőmérséklettel növekszik és ugyancsak nagyobb a Na Cl tartalmú oldatokban. A CaCOj folyadékokban történő oldódását vagy kiválását a COj elnyelésével vagy kiválásával együtt az egyensúlyi egyenletek határozzák meg: COj * II20 - HjCOj ni fl2COj * H* «■ hco; ni Ha az. oldal szabad C032 ~ iont tartalmaz, akkor a 2. reakció során felszabadult proton reakcióba lép a karbonát ionnal és újabb hidrogénkarbonátot hoz létre H+G COl~ ^ 11C03~ 131 Az oldat és a kivált CaCOj közötti egyensúlyi egyenlet CaC03 ^ Ca2* + COj2- /4/ Ha ezek az egyensúlyi egyenletek /J.4./ jobbra tolódnál, el, akkor mind a Cö2 mind a CaCOj feloldódik, ha vi szent balra akkor C02 gáz válik ki és szilárd CaCOj képződik . A végeredmény: COj ♦ II20 * CaCOj ^ Ca2+ + 2HCOj“/5/ Az, hogy az 5. reakció NaCl tartalmú fiuidumokban mérsékelten reverzibilis, döntő jelentőségű a karbonát egyensúlyok szempontjából. Az 1. reakció viszonylag lassú de ezt a HjCOj - OH - HCOj" * Hj 0 /6/ gyors reakció követi. A karbonát rendszert teljés mértékben definiálja a lúgosság és az összkarbonát tartalom. Ha az oldal PH-ja meghaladja a 9-et, két másik reakció is hangsúlyt kap. CO, ♦ OH" ^ HCOj~ HCO, ♦OH- - C03’~ * H20 Ezek közül az első reakció lassú, míg a második gyors és az oldat COy tartalmát növeli. A különböző oldatokban fennálló dinamikai egyensúly a szénsav különböző formái között az 5. egyenleten alapul. Ebből az egyenletből következik, hogy meghatározott mennyiségű hidrogénkarbonát ion oldatbantartásához megfelelő mennyiségű szabad, un. egyensúlyi szénsavra van szükség. Az egyensúlyi egyenlet tagjainak változására az összsótartaiom mellett legnagyobb befolyása a nyomásnak és hőmérsékletnek van. A rendszer nyomás és hőmérsékletfüggő állandói a Henry törvény C02-re vonatkozó konstansai ; Il2COj = PCOl • KCOj a szénsavra vonatkozó első és második ionizációs konstans: /ír/ . /liCQj- / 1" /lí2COj / /H7 IC 0/1 K-. = —--------------/hco;/ a CaCO, oldahalósági szorzata: _ Ke - /C;r' / . /CO~7 cs a víz. ionizációs állandója: Kw = un . loiri Az. egyensúlyi állapotokat tükröző egyenletekből látható, hogy a nyomás és a hőmérséklet változása erősen megváltoztatja a CaCOj oldhatóságát. A két fizikai paraméter hatása közül a hőmérséklet változása a meghatározó, ugyanis növekedésével erősebben csökken a C02 oldhatósága mint ahogy ez a mélység növekedésével emelkedő nyomás hatására növekednék s így végső soron csökkenti a CaCOj oldhatóságát. A termálkulaknál fellépő kőkiválás megakadályozására különféle próbálkozások történtek. A felszínen létrejövő kőkiválást sikeresen csökkentették például az úgynevezett szellőztető eljárással és a katalizátoros jellegű leválasztok alkalmazásával. Bizonyos termodinamikai teltételek mellett a kőkiválás elkerülhető a kritikus nyomás felett működő, ó zárt rendszerű gázszabályozóval cs vezetékrendszerrel is. /Gál, Hidrológiai Közlöny, 6, 225—260 1970/ A kőkiválás mágneses úton történő megakadályozására számtalan eljárás ismert mint például: a 91.278 sz. magyar, a 191.810 sz. osztrák, a 162.455 sz. magyar, az 1.291.600 sz. angol, a 315.690 sz. szovjet, a 173.113 sz. magyar, a 176.792 sz. magyar szabadalmak. A termálkútban létrejövő vízkőkiválás megakadályozását szolgálják az eddigiektől eltérő megoldásokat mutató 181.380 sz. magyar szabadalom és a T/32.883 számon kihirdetett eljárás. A termálvizekből történő kőkiválás megakadályozását szolgálják a fentieken kívül még a különböző kémiai, 5 10 15 20 25 3C 35 40 45 50 55 60 65 a
