Etapy i metody badawcze
Realizacja projektu obejmuje 4 etapy badawcze
Etap 1. Identyfikacja solanek złożowych stanowiących potencjalne źródło surowców chemicznych i wody użytkowej.
Etap 2. Opracowanie rozwiązań materiałowych (sorbenty i membrany ) pozwalających na kompleksową produkcję litu i wody użytkowej z wody złożowej.
Etap 3. Prognoza i optymalizacja wydobycia solanki litonośnej i zatłaczania wód poprocesowych.
Etap 4. Analiza ekonomiczna, prawna i środowiskowa wdrożenia technologii odzysku litu na wybranym złożu węglowodorów.
Zadania te tworzą spójną całość, efekty zadań poprzednich są wykorzystywane w kolejnych etapach. Zależności pomiędzy kolejnymi etapami prac badawczo-rozwojowych przedstawiono poniżej.
Na każdym z etapów uzdatniania/przeróbki wód złożowych planuje się przetestować nowe rozwiązania materiałowe. Kierownik projektu, dr inż. Ewa Knapik w ramach pracy doktorskiej opracowała nanokompozyty do usuwania węglowodorów z solanek, w ramach projektu Lider planuje się ich dalsze rozwijanie, tak aby wstępnie przygotowana woda spełniała wymogi jakościowe wsadu do instalacji odsalania (m. in. zaw. ropopochodnych poniżej 10 ppm). Do odzysku litu planuje się wykorzystać nowo opracowane sorbenty na bazie tlenków i wodorotlenków metali, o polepszonej selektywności i porowatości. Proponowana preparatyka tych sorbentów ma przede wszystkim na celu rozbudować ich powierzchnię właściwą ułatwiając wbudowywanie kationów litu w ich strukturę krystaliczną. Planuje się, że instalacja odzysku litu będzie pracowała w typowym dwukolumnowym układzie (pracująca kolumna adsorpcyjna + kolumna regenerowana). Prace badawcze w tym obszarze będą również uwzględniać dobór optymalnego sposobu regeneracji sorbentów (wymywania litu). Moduł membranowy ma pozwolić na produkcję wody użytkowej – na potrzeby własne kopalni i do ewentualnego wykorzystania w rolnictwie. Odpadowy koncentrat solankowy planuje się zatłaczać do formacji z wykorzystaniem odwiertów iniekcyjnych istniejących na złożu. Jedną z głównych przewag proponowanego rozwiązania jest brak generowania odpadów stałych na kopalni.
Proponowana technologia będzie optymalizowana pod kątem wybranej solanki litonośnej i warunków geologiczno-technicznych złoża. Całość prac laboratoryjnych/konstrukcyjnych zostanie uzupełniona analizą prawną, środowiskową i ekonomiczną. Tym sposobem niniejszy projekt ma pozwolić odpowiedzieć na dwa elementarne pytania: czy można odzyskiwać lit z krajowych solanek złożowych (swoista inwentaryzacja solanek litonośnych) i jak technologicznie prowadzić odzysk litu i wody użytkowej.
Projekt ma charakter interdyscyplinarny i obejmuje zagadnienia z geologii, inżynierii złożowej, chemii analitycznej, inżynierii materiałowej i ekonomii. W zadaniach laboratoryjnych (etap I i II) będą stosowane nowoczesne techniki analizy instrumentalnej i eksperymenty przepływowe. W etapie trzecim planuje się prowadzić symulacje wydobycia litonośnej solanki i zatłaczania odpadowego koncentratu poprocesowego do wybranej formacji z użyciem specjalistycznego symulatora złożowego Eclipse. Etap 4 obejmuje analizę aspektów prawnych, środowiskowych, ekonomicznych i społecznych wdrożenia opracowanej technologii na wybranym złożu.
Zaawansowane metody instrumentalne stosowane w badaniach laboratoryjnych
Etap I obejmuje analizę składu chemicznego wybranych solanek złożowych, stąd planuje się w nim wykorzystanie m. in. chromatografii gazowej i spektrometrii mas sprzężonej z plazmą wzbudzaną indukcyjnie. W drugim etapie badawczym planuje się wytworzyć innowacyjne materiały sorpcyjne i membrany o polepszonej selektywności względem litu. Jest to zadanie z obszaru inżynierii materiałowej i do charakterystyki otrzymanych materiałów planuje się zastosować m. in. skaningową mikroskopię elektronową (morfologia powierzchni), niskotemperaturowe izotermy adsorpcji azotu (powierzchnia właściwa, rozkład porów), dyfrakcję rentgenowską (badanie struktury faz krystalicznych). Dla sorbentów planuje się prowadzić badania sorpcji litu z solanek o złożonym składzie w warunkach statycznych i przepływowych. W przypadku membran ważna jest wielkość strumienia permeatu oraz prędkość jego spadku w czasie stąd planuje się szczegółowo badać zjawisko blokowania membran (ang. fouling). Badania będą realizowane w bogatowyposażonych laboratoriach Katedry Inżynierii naftowej WWNiG.
Techniki komputerowe i symulacje złożowe
Etap I polega na inwentaryzacji krajowych solanek złożowych czyli utworzeniu bazy danych w MS Excel. Na podstawie zebranych danych nastąpi typowanie najbardziej optymalnego surowca (solanki) do produkcji litu czyli podjęcie decyzji wielokryterialnej z wykorzystaniem różnych metod/narzędzi do wspomagania decyzji. W etapie III zostanie opracowany trójwymiarowy model wybranej formacji, z uwzględnieniem danych geologicznych, geofizycznych i produkcyjnych (geometria złoża, rozkład porowatości, przepuszczalności i nasycenia płynami, kalibracja do danych produkcyjnych) z wykorzystaniem oprogramowania specjalistycznego takiego jak Petrel, Surfer i Eclipse 300 firmy Schlumberger. W etapie IV planuje się przede wszystkim oszacować opłacalność wdrożenia odzysku litu i wody pitnej na wybranym złożu. Ocena opłacalności górniczych projektów inwestycyjnych jest zagadnieniem trudnym gdyż wymaga wieloaspektowej i pogłębionej analizy ryzyka. W projekcie planuje się wykorzystać zarówno klasyczne metody dyskontowe (oszacowanie wstępne) jak i metody pośrednie tj. analizy wrażliwości, analizy scenariuszy, a zwłaszcza metodę symulacji Monte Carlo. Aspekty prawne związane z wdrożeniem zostaną zidentyfikowane na podstawie przeglądu bieżącego krajowego prawodawstwa.