Авторы: Чурикова Лариса Алексеевна, Уарисов Даурен Дидарович

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №21 (125) ноябрь-1 2016 г.

Дата публикации: 24.10.2016

Статья просмотрена: 94 раза

Библиографическое описание:

Чурикова Л. А., Уарисов Д. Д. Методы и перспективы борьбы с сероводородом на нефтяных месторождениях // Молодой ученый. — 2016. — №21. — С. 232-236.



В статье приведен анализ методов очистки газа от сероводорода на промысле, предложен процесс абсорбционной очистки углеводородных газов от сернистых соединений с использованием вихревых аппаратов в качестве абсорберов, позволяющих снизить металлоемкость технологического оборудования, использовать поглотительный раствор с низкой концентрацией щелочи и оптимизировать температурные режимы окисления.

Ключевые слова: очистка, сероводород, абсорбционные методы, промысловые технологии, кавитационно-вихревой режим, массообмен

Одной из актуальных проблем при добыче сероводородсодержащих нефтей является проблема повышения эффективности эксплуатации и экологической безопасности нефтепромысловых систем, включающих в себя продуктивные пласты, скважины и наземное оборудование.

В создавшихся условиях развития рыночных отношений наблюдается тенденция к применению малогабаритных автоматизированных установок в блочно-агрегатном исполнении, что диктуется экономией энергетического потенциала. Использование вихревого эффекта при совершенствовании существующих систем нефтесбора и промысловой подготовки нефтяного газа, разработке новых, энергосберегающих технологий становится все более актуальной проблемой.

Расширение области применения и повышения эффективности вихревых устройств одна из проблем энерго- и ресурсосберегающих технологий и зашиты окружающей среды от вредных промышленных газовых выбросов.

Интенсификация производств нефтегазовой отрасли характеризуется увеличением выпуска конечного продукта, которая достигается как за счет роста скоростей химических реакций, температуры и давления (параметров технологического процесса), так и за счет разработки и применения принципиально новых аппаратов, технологий и воздействий на ход технологических процессов. Поэтому современные технологические процессы должны быть непрерывными и протекать с большими скоростями при условии обеспечения эффективности и комплексного использования сырья и энергии.

Актуальным с точки зрения исключения возможности загрязнения окружающей среды является необходимость повышения эффективности процессов очистки скважинной продукции от сероводорода за счет уменьшения рабочего времени на получение единицы продукции и снижения материальных и энергетических затрат при улучшении качества продукции.

Все процессы очистки газа от сероводорода можно классифицировать на абсорбционные, адсорбционные и окислительные (рис. 1).

Абсорбционные

Рис. 1. Классификация методов очистки газа от сероводорода

В основе абсорбционных методов лежит массообмен, осуществляемый через поверхность раздела газ-жидкость [1, 2]. Хемосорбционные процессы основаны на химическом взаимодействии H2S и СО2 с активной частью абсорбента. Процессы физической абсорбции основаны на извлечении кислых компонентов и происходят за счет их растворимости в органических поглотителях. Комбинированные процессы в основе используют одновременно химические и физические поглотители.

В адсорбционных процессах очистки газа удаление вредных примесей из газового потока происходит в результате концентрирования их на поверхности твердого материала, обладающего большой удельной поверхностью [2, 3].

Окислительные методы основаны на химических реакциях, в которых сера изменяет свою валентность. Окислительные процессы проходят в необратимом превращении поглощенного сероводорода в серу.

Анализ мировой практики, накопленной в области очистки природных газов, показывает, что основными процессами для обработки больших потоков газа являются абсорбционные с использованием химических и физических абсорбентов и их комбинации.

Процессы очистки газа физическими абсорбентами имеют ряд преимуществ относительно процессов, основанных на применении растворов этаноламинов. Они состоят в том, что физические абсорбенты позволяют извлечь из газа одновременно с Н2S и СО2 сероорганические примеси — меркаптаны, сероокись углерода, сероуглерод, а в ряде случаев и осушить газ. Кроме того, затраты энергии на регенерацию абсорбентов значительно ниже, вследствие непрочности соединений абсорбент/примесь. Ограничением их широкого применения (помимо стоимости) является повышенная растворимость углеводородных компонентов газа в абсорбенте, что особенно критично при очистке жирного газа. В качестве физических абсорбентов для очистки газов применяются различные классы соединений: алифатические спирты, эфиры гликолей, гетероциклические соединения и др.

Принятая классификация достаточно условна, так как разработаны технологические процессы, в которых основные методы (абсорбция, адсорбция и окисление) применяют в различных сочетаниях. Например: процесс очистки газа от сероводорода растворами на основе гидроокиси железа, это комбинация абсорбционного процесса, поскольку сероводород из газовой фазы переходит в жидкость.

При обработке значительных объемов газа и извлечении больших количеств сероводорода технологические процессы обязательно должны обеспечивать непрерывную или периодическую регенерацию применяемого поглотителя. Без регенерации поглотителя технология очистки газов от сероводорода становится неэкономичной.

В практике поглотители регенерируют различными методами, среди которых чаще всего применяют тепловую обработку, отдувку инертными газами и водяным паром, снижением давления в системе регенерации, проведения процесса под вакуумом, окисление сульфидов до элементарной серы [2, 3] и др.

Практика показывает, что в технологических схемах очистки газов от сероводорода основные затраты на эксплуатацию установок приходятся на проведение процесса регенерации. Капитальные затраты в сооружении установок очистки газов от сероводорода резко увеличиваются за счет строительства узлов регенерации сорбентов, что вызвано необходимостью сооружения многочисленных вспомогательных сооружений (котельные, теплообменное оборудование, компрессорные и насосные станции и т. д.).

Таким образом, классификация процессов очистки газов от сероводорода только по свойствам применяемого поглотителя без учета процесса регенерации не дает полной характеристики применяемой технологии.

Сероводород, и особенно в сочетании с углекислым газом, является агрессивным компонентом попутного нефтяного газа, снижает его товарное качество и превращает в агрессивный коррозионно-опасный продукт, непригодный для практического использования в качестве энергоносителя. При этом основной технологией извлечения сероводорода из попутного нефтяного газа является абсорбция.

Для очистки попутного нефтяного газа от сероводорода и углекислого газа применяют жидкостные процессы (абсорбция), процессы адсорбционной очистки, прямого окисления [3], а также электродуговые методы с получением водорода и серы, и метод мембранного разделения [4]. Способ очистки газа выбирают с учетом таких факторов, как состав сырьевого газа, область применения товарного газа, наличие определенного качества сорбента. При этом основным фактором, определяющим способ и технологическую схему очистки газа, является концентрация сероводорода, углекислого газа и сероорганических соединений.

При абсорбции процесс поглощения газа протекает через поверхность соприкосновения фаз. Поэтому в абсорберах требуется создать развитую поверхность контакта жидкости с газом. По способу создания этой поверхности абсорбционные аппараты можно разделить на поверхностные (к этой группе можно отнести барботажные) и распыливающие. Исследуя конструкции этих абсорберов, можно заключить, что поверхностные и распыливающие абсорберы являются крупногабаритными (высота аппаратов, диаметр которых — от 1,5 до 3 м, достигает 30 м) и металлоемкими [5].

В настоящее время для интенсификации массообмена применяют высокоэффективный способ взаимодействия фаз в контактных устройствах, реализуемый за счет различных завихрителей газа.

Технология подготовки газа не должна допускать загрязнения окружающей среды токсичными сернистыми соединениями. Большинство промышленных установок выбрасывают в атмосферу эти соединения, чаще всего в виде оксидов серы.

Учитывая недостатки применяемого абсорбционного оборудования для очистки природного нефтяного газа от H2S и СО2, перспективным представляется использование прямоточно-вихревых аппаратов, обладающих небольшими габаритами для создания требуемой межфазной поверхности (главным образом за счет высокой пропускной способности и скорости газа, достигающей 30 м/с), а также низким гидравлическим сопротивлением. Опыт применения вихревых аппаратов имеется в химической промышленности.

Применение волновых воздействий позволяет повысить эффективность массообмена в химико-технологических процессах и создавать компактные аппараты на их основе. Причем энергия потока, для этих аппаратов, бывает достаточной для создания эффективного кавитационно-вихревого режима (рис.2).

Рис. 2. Схема очистки газов с блоком регенерации отработанного поглотительного раствора с использованием кавитационно-вихревых аппаратов: А — абсорбер; С-1 — сепаратор; ГДА — гидродинамический аппарат; С-2 гравитационный сепаратор; Ф — фильтр; Т-1, Т-2 — теплообменные аппараты

Полученные результаты позволили разработать новые конструкции кавитационно-вихревых аппаратов для процессов абсорбции и регенерации поглотительных растворов (Патент РФ № 2171705) [6].

На основе разработанных конструкции предложен процесс абсорбционной очистки углеводородных газов от сернистых соединений с двух стадийным блоком регенерацией отработанных водно-щелочных стоков позволило:

 снизить металлоемкость технологического оборудование;

 использовать поглотительный раствор с низкой концентрацией щелочи (2–4 % масс.), наименьший размер капель абсорбента (2–4 мм) достигается при скорости истечения жидкости через сопло кавитационно-вихревого абсорбера (КВА) равной 10–15 м/с.

 оптимизировать температурные режимы окисления, сероводорода до элементарной серы и меркаптанов до дисульфидов,-40–50оС и 80–95оС, соответственно.

На Жанажольском месторождении применяют поверхностные, барботажные и распыливающие абсорберы, обеспечивающие высокую производительность по поглощаемому газу и позволяют достигать высоких значений величины межфазной поверхности, но имеют большие габариты, высокую металлоемкость и стоимость.

Анализируя промысловые технологии очистки нефти и газа от сероводорода можно сделать вывод, что в последние годы наметился определенный прогресс в разработке и внедрении таких технологий. Одним из эффективных методов удаления сероводорода из нефтяного газа является метод очистки его от сероводорода в системе промысловой подготовке с использованием вихревых аппаратов в качестве абсорберов.

Литература:

  1. Афанасьев А. И. Энергосберегающая технология очистки газа / А. И. Афанасьев и [др.] // Повышение эффективности процессов переработки газа и газового конденсата: Сборник научных трудов. М.: ВНИИГАЗ, 1995. — Ч. 1. -С. 19–26.
  2. Бекиров Т. М. Технология обработки газа и конденсата / Т. М. Бекиров, Г. А. Ланчаков. — М.: Недра, 1999.-596 с.
  3. Шаймарданов В. Х. Разработка высокоэффективной технологии очистки нефти от газа. / В. Х. Шаймарданов, Е. П. Масленников, У. Е. Усанов // Роснефть. — 2007. — № 4. — С. 59–61.
  4. Сафин Р. Р. Направления подготовки сернистых нефтей, газоконденсатов и продуктов их переработки к транспортировке и хранению / Р. Р. Сафин, Ф. Р. Исмагилов // Экология промышленного производства. — 2004. — № 2. — С. 35–39
  5. Росляков А. Д. Анализ технологий очистки углеводородного сырья от сернистых соединений / А. Д. Росляков, В. В. Бурлий // Экология и промышленность России. -2010. — № 2. — С.42–45.
  6. Патент 2171705 Российская Федерация, МПК8 В 01 D 53/18. Способ очистки газа и устройство для его осуществления / Ф. Ш. Хафизов, Н. Ф. Хафизов, А. Ш. Хайбрахманов, А. В. Белоусов, М. А. Аликин; опубл. 10.08.2001.
Основные термины (генерируются автоматически): очистки газа, нефтяного газа, очистки газов, попутного нефтяного газа, Способ очистки газа, очистки углеводородных газов, процессы очистки газа, абсорбционной очистки углеводородных, методов очистки газа, процесс абсорбционной очистки, очистки газа удаление, очистки газа физическими, процесс очистки газа, схему очистки газа, углекислого газа, технология очистки газа, процессов очистки, технологии очистки нефти, подготовки нефтяного газа, вихревых аппаратов.

Ключевые слова

сероводород, очистка, массообмен, абсорбционные методы, промысловые технологии, кавитационно-вихревой режим

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос