Салех Ахмед Ибрагим Шакер Разработка основ технологии селективной очистки углеводородных газов от сероводородатема : Салех Ахмед Ібрагім Шакер Розробка основ технології селективної очистки вуглеводневих газів від сероводородатема Saleh Ahmed Ibrahim Shaker Development of the fundamentals of technology for selective purification of hydrocarbon gases from hydrogen sulfide

Краткое описание

СОДЕРЖАНИЕ
С.
ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................................................... 4
1. Проблемы связанные с наличием сероводорода в углеводородном сырье.................................... 10
1.1. Экологическая опасность сернистых соединений ........................................................ 10
1.2. Коррозионная агрессивность сернистых соединений.................................................. 16
1.3. Современный технологический уровень очистки газов от сероводорода 20
1.3.1. Общая характеристика и анализ процессов очистки углеводородных газов 20
1.3.1.1. Хемосорбционные процессы очистки газов.................................................... 21
1.3.1.2. Процессы очистки газов с использованием физических растворителей 24
1.3.1.3. Процессы очистки газов с применением химических
и физических абсорбентов.................................................................... 26
1.3.1.4. Адсорбционные процессы очистки газов......................................................... 27
1.3.1.5. Жидкие окислительные процессы очистки газов ......................................................... 29
1.3.2. Аппаратурное оформление процессов очистки
углеводородных газов....................................................................................... 31
1.3.3. Основные тенденции в развитии технологии очистки газов
от сероводорода................................................................................................... 34
Выводы к 1 главе......................................................................................................................... 38
2. Исследования процессов нейтрализации сероводорода и поглотительных свойств окислителей............................................................................................................................................... 38
2.1. Физико-химические принципы исследования нейтрализации сероводорода 40
2.2. Исследования нейтрализующих свойств гидроксида
трехвалентного железа.................................................................................................. 45
2.3. Исследование процесса окисления сульфидов железа
кислородом воздуха...................................................................................................... 55
2.4. Исследование нейтрализующих свойств различных гидроксидов железа в зависимости от способов их получения....................................................................................... 59
2.5. Исследование нейтрализующей способности комплекса трехвалентного железа 60
2.6. Исследование нейтрализующих свойств хроматов к сероводороду......................... 66
Выводы к 2 главе......................................................................................................................... 68
3. Исследование физико-химических и каталитических свойств соли
природного волгоградского бишофита.............................................................................. 69
3.1. Исследование физико-химических свойств природного бишофита......................... 71
3.2. Разработка раствора теплоносителя-антифриза
на основе природного бишофита................................................................................ 76
3.3. Определение каталитических свойств природного бишофита............................................................. 82
Выводы к 3 главе......................................................................................................................... 85
4. Разработка состава окислительного поглотительного раствора
для селективной нейтрализации сероводорода............................................................. 86
4.1. Определение состава поглотительного раствора-нейтрализатора сероводорода 86
4.2. Экспериментальное изучение очищающей способности разработанного окислительного раствора................................................................................................................. 89
Выводы к 4 главе......................................................................................................................... 96
5. Разработка и испытание селективной технологии очистки углеводородных
газов от сероводорода........................................................................................................... 97
5.1. Разработка технологических основ окислительного процесса очистки
газов от сероводорода................................................................................................... 97
5.2. Разработка технологической схемы сероочистной установки........................................................ 102
5.2.1. Определение технологических параметров нестандартного оборудования 104
5.2.2. Описание технологической схемы сероочистной установки................................................ 112
5.3. Результаты промысловых испытаний новых технологий................................................................. 116
5.4. Технико-экономические показатели................................................................................................ 124
Выводы к 5 главе.................................................................................................................... 127
Основные выводы по работе............................................................................................... 128
Список использованной литературы................................................................................. 131
Введение
Актуальность проблемы. Одним из основных направлений развития нефте­газовой промышленности сегодня является рациональное использование, подготов­ка и утилизация серосодержащей углеводородной продукции.
Современное состояние проблем, связанных с добычей, подготовкой и транс­портированием углеводородных газов, ставит в ряд важнейших задач их очистку от кислых примесей, (в частности от сероводорода) вызывающих коррозию технологи­ческого оборудования и разрушение строительных конструкций. Очистку углеводо­родных газов от сероводорода необходимо производить в первую очередь по эколо­гическим причинам из-за токсичности и агрессивности сероводорода и его производ­ных для человека и окружающей среды. Кроме того, наличие сероводорода не по­зволяет использовать углеводородные газы в быту, а также в промышленности из-за отравления катализаторов применяемых в различных химических процессах. В на­стоящее время при разработке, строительстве и эксплуатации топливно­энергетических комплексов все более обостряются проблемы (экологические, тех­нологические), связанные с наличием сероводорода в углеводородном сырье и про­дукции.
Это особенно проявляется при вводе в эксплуатацию сероводородсодержа­щих нефтегазовых месторождений, где низконапорные газы сжигаются и выбрасы­ваются в атмосферу, что приводит к губительному загрязнению окружающей среды, нанося ей большой экологический ущерб. По России ежегодно сжигаются на факе­лах более 20 млрд. м3 попутных углеводородных газов.
С другой стороны, малосернистые углеводородные газы, часто без очистки от сероводорода подаются в качестве топлива на теплоэлектростанции, или подверга­ются традиционным абсорбционным методам очистки с последующим дожиганием кислых газов и выбросом их в атмосферу в видедлалотоксичных окислов. Рост вы­бросов сернистых газов в окружающую среду с каждым годом становится все более угрожающим и к 2000 году мировой выброс сернистых соединений достигнет 700 млн. тонн в год.
Таким образом, в связи с непрерывно растущим спросом на углеводородный газ как на один из наиболее эффективных видов энергоносителей и химического сы­рья, а также в связи с ужесточением экологических требований к защите воздушного бассейна, актуальной проблемой является изыскание новых подходов к вопросам очистки углеводородных газов от H2S.
Следовательно, возникает необходимость в создании мобильных, блочных установок сероочистки малой и средней производительности, на основе новой, эко­логически более безопасной, технически надежной и экономически эффективной технологии, отвечающей современным требованиям научно-технического прогресса для очистки как высоконапорных и высокосернистых, так и попутных и малосерни­стых газов.
Наряду с теоретическим и практическим значением, решение поставленных задач имеет, в первую очередь важное экологическое, а также экономическое на­роднохозяйственное значение, позволяющее сократить выбросы в атмосферу про­дуктов сжигания сернистых газов, расконсервировать и вовлечь в разработку газо­вые, газоконденсатные месторождения с малыми запасами серосодержащей угле­водородной продукции, что существенно увеличит суммарные добывные возможно­сти региона и страны.

В.Г. Диденко; И.И. Лурьева; В.В. Сайкина; Шабанова;

В решение теоретических и практических вопросов очистки газов от серово­дорода значительный вклад внесли работы И.М. Астрелина; О.У. Бараева; Ю.Н. Волкова; И.А. Галанина; P.M. Гарифуллина; А.И. Гриценко;
Л.М. Зиновьевой; 3.0. Знака; Ф.Р. Исмагилова; В.И. Лазарева;
С.В. Набокова; В.И. Настека; P.P. Оленыча; А.А. Плотникова;
Р.З. Сахабутдинова; Ю.И. Суетина; А.М. Фахриева; А.Л.
Р.Е. Шестириковой; Н.И. Юркива и других.
Поскольку выбор технологии очистки газов от сероводорода в значительной степени определяется составом очищаемого газа, его объемами, экономической и экологической эффективностью, для решения поставленных задач целесообразно очистку газа проводить в промысловых условиях с применением окислительных со­ставов, обладающих высокой нейтрализующей эффективностью, большой поглоти­тельной способностью к сероводороду и возможностью нейтрализовать сероводо­род с получением элементарной серы и регенерироваться с получением первона­чального состава.
Технология должна отличаться от подобных стабильной работой при очистке газов с любым содержанием сероводорода в широком температурном режиме, эко­логичностью, экономичностью, простотой и безопасностью в эксплуатации.
-б-
В настоящей диссертационной работе освещено общее состояние проблемы очистки углеводородных газов от сероводорода и предложена комплексная техноло­гия ее решения.
Цель работы. Исследование и разработка основ технологии селективной очистки углеводородных газов от сероводорода с целью снижения уровня загряз­ненности окружающей среды сернистыми соединениями на промышленных объек­тах.
Основные задачи работы:
• Разработка состава окислительного раствора для конверсии сероводорода в элементарную серу в широком температурном диапазоне, обладающего способ­ностью регенерироваться.
• Разработка технологических основ окислительного метода очистки газов от серо­водорода с применением прямоточного способа смешивания взаимодействую­щих фаз.
Методы решения поставленных задач:
• систематизация и анализ современных технологических процессов очистки угле­водородных газов;
• экспериментальное исследование нейтрализующей способности сорбентов к се­роводороду и разработка эффективного сочетания состава поглотительного рас­твора;
• экспериментальное исследование и испытание технологии очистки газов от серо­водорода в промысловых условиях;
• обобщение результатов лабораторных и промысловых испытаний новой техноло­гии.
Научная новизна работы:
• экспериментально установлено, что взвеси гидроксида трехвалентного железа Fe(OH)3l полученные из разбавленных растворов хлорного железа взаимодейст­вием с гидроксидами щелочноземельных металлов, имеют наибольшую поглоти­тельную способность к сероводороду. Наиболее активная форма дисперсного Fe(OH)3 получена при взаимодействии с суспензией гидроксида магния (МдОН)г;

Список литературы

выводы
1. Разработаны технологические основы способа селективной очистки угле­водородных газов от сероводорода, где процесс очистки проходит в два взаимосвя­занных, раздельных и последовательных этапа:
нейтрализация сероводорода сорбентами, путем диспергирования поглоти­тельного раствора и сернистого газа с образованием газожидкостной мелкодис­персной смеси;
регенерация отработанных сорбентов кислородом, путем аналогичного сме­шивания раствора и атмосферного воздуха с образованием воздухожидкостной смеси.
2. Определены принципы нормирования объемов воздуха для регенерации отработанных сорбентов и разработана номограмма для определения оптимально­го расхода атмосферного воздуха, необходимого для восстановления первоначаль­ного состава поглотительного раствора и его повторного использования.
3. Разработана технологическая схема сероочистной установки, которая включает два идентичных узла нейтрализации и регенерации, где каждый выполнен в виде жидкоструйного смесителя, оборудованного ультразвуковым диспергатором, и последовательно присоединенного трубопроводного змеевиковообразного абсор­бера.
4. Проведены методические расчеты узлов и элементов технологической схемы, которые являются базовыми для создания блочного ряда различных по мощности сероочистных установок.
5. Проведены анализ и обобщение результатов промысловых испытаний соз­данных техники и технологии, которые показывают их технологичность и работоспо­собность в сложных промысловых условиях, экономичность и простоту в эксплуата­ции, надежность сточки зрения техники безопасности и экологических требований.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ ПО РАБОТЕ
Полученные в работе наиболее важные результаты и вытекающие из них практические рекомендации по разработке и внедрению технологии селективных очистки углеводородных газов от сероводорода сводятся к следующему.
1. Разработана методика, позволяющая получить более достоверные экс­периментальные результаты, для изучения в различных физико-химических усло­виях процессов нейтрализации сероводорода и оценки эффективности сорбентов и составов нейтрализаторов сероводорода.
2. Установлено, что взвеси гидроксида трехвалентного железа Fe(OH)3, по­лученные из разбавленных растворов хлорного железа взаимодействием с гидро­ксидами щелочноземельных металлов, имеют наибольшую поглотительную спо­собность к сероводороду. Наиболее активная форма дисперсного Fe(OH)3 получена при взаимодействии с суспензией гидроксида магния.
3. Установлено, что каталитические свойства природного (волгоградского) бишофита более чем на 15 % выше, по сравнению с ранее известными катализато­рами (ZnCI_2, MgCL2) в процессах нейтрализации сероводорода окислительными сорбентами на основе соединений трехвалентного железа.
4. Разработан, испытан и внедрен окислительный состав поглотительного раствора с двумя активными сорбентами ( растворенный комплекс железа FeL и дисперсный Fe(OH)3) в среде раствора катализатора на основе природного бишо­фита. Раствор способен работать с высокой нейтрализующей эффективностью к сероводороду в температурном режиме от 263 до 313 К. Состав поглотительного раствора прошел все стадии лабораторных, стендовых исследований и производ­ственных испытаний. Для промышленного применения нового состава составлены технические условия” Поглотительный раствор - нейтрализатор сероводорода” ТУ 2165-002-00147507-96.
5. Определены зависимости физико-химических свойств растворов природ­ного бишофита от составных ингредиентов, на основе которых разработан, испы­тан и внедрен водно-солевой хладо-теплоноситель, обладающий: низкой темпера­турой замерзания до 221,5 К; высокой температурой кипения до 393 К; низкими кор­розионными характеристиками к различным конструкционным материалам; высокой объемной теплоемкостью и коэффициентом теплопередачи; очищающими свойст­вами отложения накипи и др. На раствор теплоносителя составлены технические условия ТУ 2150-003-22474543-99.
6. Разработаны и экспериментально подтверждены технологические основы процесса селективной очистки газов от сероводорода и установка для его осущест­вления. Технология внедрена для очистки попутного нефтяного газа от сероводо­рода и показала высокую эффективность и работоспособность в сложных природ­ных условиях, это при значительно малой металлоемкости, энергоемкости и низких эксплуатационных затратах, при этом эффективность очистки была достаточно вы­сокой, что позволило получить экологически безопасный продукт как для бытовых, так и для технических нужд в соответствии с требованиями отечественных стан­дартов.
1. Для промышленного внедрения техники и технологии составлены руково­дящие документы.
2. Инструкция по эксплуатации Макаровской опытной сероочистной установ­ки РД39р-0136201-16-98.
3. Технологический регламент по эксплуатации Макаровской опытной серо­очистной установки РД 39.3р-0136202-18-98.
7. Определены принципы нормирования объемов воздуха для регенерации отработанных сорбентов и разработана номограмма для определения оптимально­го расхода атмосферного воздуха, необходимого для восстановления первоначаль­ного состава поглотительного раствора и его повторного использования.
8. Внедрение новой техники и технологии для очистки углеводородных газов от сероводорода в Жирновском НГДУ ОАО ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть” и исполь­зование очищенного газа в технологических нуждах промысла позволило улучшить экологические показатели промысла, повысить безопасность промысловых работ и увеличить технико-экономические показатели нефТегазосборного пункта в целом.
Широкое применение разработанных технологий для очистки сероводород­содержащих газов и, в частности, в промысловых условиях позволяет:
• сократить выброс в атмосферу сернистых соединений и защитить окру­жающую среду от вредного воздействия продуктов сжигания серосодержащих угле­водородных газов;

• создать безопасные условия труда для рабочего персонала и благоприят­ные условия проживания для граждан; .
• защитить производственное оборудование и строительные объекты от вредного воздействия сероводорода и сернистого ангидрида;
реконсервировать и вовлечь в разработку серосодержащие газовые, газо­конденсатные и нефтегазовые месторождения с малыми и средними запасами сы­рья.