Насретдинов, Рифкат Габдуллович. Особенности хемосорбционной очистки попутного нефтяного газа от сероводорода в промысловых условиях

Короткий опис

Насретдинов, Рифкат Габдуллович. Особенности хемосорбционной очистки попутного нефтяного газа от сероводорода в промысловых условиях : диссертация ... кандидата технических наук : 02.00.13 / Насретдинов Рифкат Габдуллович; [Место защиты: Казан. гос. технол. ун-т].- Казань, 2010.- 133 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/1096

ГОУ ВПО «КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ОАО «ВОЛЖСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ»
На правах рукописи
04.2.01 1 5 3 1 3 0 “
Насретдинов Рифкат Габдуллович
ОСОБЕННОСТИ ХЕМОСОРБЦИОННОЙ ОЧИСТКИ ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА ОТ СЕРОВОДОРОДА В ПРОМЫСЛОВЫХ УСЛОВИЯХ
02.00Л 3 — нефтехимия
Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук
Научный руководитель: кандидат технических наук Копылов А. Ю.
Казань 2010
Оглавление
Введение 4
1. Обзор процессов подготовки и переработки попутного нефтяного газа ..7
1.1. Ресурсы и использование попутного нефтяного газа 7
1.2. Современные методы сероочистки газового сырья 10
1.2.1. Жидкофазные методы очистки 11
1.2.2. Адсорбционные методы очистки 34
2. Исследования жидкофазного удаления сероводорода из газа водно¬щелочным раствором 39
2.1. Методика проведения эксперимента и анализа 39
2.2. Изучение поглощения сероводорода в водно-щелочной среде 43
2.3. Исследование особенностей совместного поглощения сероводорода и углекислого газа 48
3. Изучение каталитической регенерации щелочного поглотителя 55
3.1. Методика проведения эксперимента и анализа 55
3.2. Окисление сульфида натрия бинарной каталитической системой 57
3.3. Оценка коррозионной активности отработанного поглотительного раствора в сероводородсодержащих стоках 67
4. Изучение хемосорбционной очистки попутного нефтяного газа от сероводорода природным сорбентом 81
4.1. Методика проведения лабораторных и экспериментальных исследований 83
4.1.1. Описание лабораторной установки очистки газов от сероводорода твердофазным хемосорбентом 83
4.1.2. Экспериментальная установка очистки попутного газа 84
4.1.3. Методика анализов сернистых соединений в газах 86
4.1.4. Анализ поверхности катализатора до и после испытаний 86
4.2. Изучение удаления сероводорода из газа железомарганцевыми конкрециями 87
4.2.1. Результаты очистки углеводородных газов от сероводорода и меркаптанов 87
4.2.2. Исследование катализатора НЗК в процессе очистки попутного нефтяного газа от сероводорода и меркаптанов 90
4.2.3. Технологические основы адсорбционной очистки попутного нефтяного газа
от сероводорода 94
4.3. Опытно-промышленные испытания хемосорбционной очистки попутного нефтяного газа на природном сорбенте 96
4.3.1. Описание промышленной установки сероочистки 96
4.3.2. Результаты очистки попутного нефтяного газа от сероводорода 98
5. Технология щёлочно-каталитической очистки попутного нефтяного газа от сероводорода 104
5.1. Описание технологической схемы процесса 104
5.2. Результаты опытно-промышленной эксплуатации установки сероочистки 106
5.3. Экономическое обоснование разработанной технологии 109
5.3.1. Методика расчета экономической эффективности внедрения 109
5.3.2. Расчет экономической эффективности разработанной технологии 114
5.3.3. Практические результаты, достигнутые от внедрения технологии 117
5.3.4. Расчет себестоимости подготовки и утилизации попутного нефтяного газа Нагорного месторождения 118
5.3.5. Объемы и платежи по выбросам загрязняющих веществ стационарными объектами 119
Выводы 121
Список использованных источников 122
Приложение 132
Введение
Попутный нефтяной газ, выделяемый из нефти при ее сепарации на объектах добычи и подготовки, является одним из важнейших ресурсов углеводородного сырья. Значительный рост мирового потребления нефти и природного газа, наблюдаемый в последние десятилетия, наряду с истощением их запасов, требует максимально эффективного использования всех видов углеводородных ресурсов. В этой связи попутный нефтяной газ (ПНГ) рассматривается как ценный источник энергии и сырьё химической промышленности.
В настоящее время по разным оценкам в мире ежегодно сжигается 100— 150 млрд. м3 попутного газа, и Россия находится на первом месте по объёму сжигаемого на факелах ПНГ (20-35 млрд. м3/год) [1,2]. Помимо безвозвратных потерь ценнейшего сырья, сжигание попутного газа вызывает глобальное ухудшение экологической ситуации.
Постановлением Правительства РФ с 1 января 2012 года установлен целевой показатель степени утилизации попутного газа не ниже 95%, и, таким образом, допустимый объем сжигания, ПНГ на факеле не должен превышать 5%. В то же время на пути к достижению данного показателя существуют объективные препятствия.
Ухудшение качества нефти разрабатываемых месторождений и пополнение запасов за счет недавно открытых и осваиваемых месторождений сернистых нефтей приводит к увеличению доли сероводородсодержащего попутного нефтяного газа. Попутный нефтяной газ, выделяемый из сернистых нефтей месторождений Урало-Поволжья и ряда других регионов России, характеризуется относительно невысокими объёмами его производства при сепарации нефти и высоким содержанием сероводорода. Часть промысловых объектов получают сернистый попутный газ низкого давления, что затрудняет его подготовку и использование. Все эти факторы препятствуют использованию этого ценнейшего углеводородного ресурса, и сероводородсодержащий ПНГ утилизируют сжиганием на факелах, нанося значительный экологический ущерб токсичными сернистыми выбросами. Транспортирование попутного газа до объекта переработки при отсутствии системы газопроводов не представляется возможным, и в таких случаях необходимо рассматривать вопрос использования газа в пределах нефтепромысла. При любом варианте использования сернистого ПНГ (как топлива, сырья переработки) необходимо предварительное удаление сероводорода.
Существующие процессы удаления из газов сероводорода по целому ряду технологических и технико-экономических показателей не могут быть рекомендованы для сероочистки ПНГ. Поэтому разработка новых подходов к проблеме рационального использования попутного газа и технологий его подготовки является актуальной задачей. Одними из наиболее простых для обессеривания газов является группа хемосорбционных процессов с применением как жидких, так и твердых поглотителей.
Цель работы: разработка научно-технологических основ
хемосорбционного удаления сероводорода из попутного нефтяного газа в нефтепромысловых условиях.
Задачи исследования:
- разработка методики эксперимента для изучения совместного поглощения сероводорода и диоксида углерода водно-щелочным раствором из газовой среды; определение основных закономерностей их реакций в процессе жидко фазной хемосорбционной очистки газа;
- изучение каталитической реакции окисления кислородом сульфида натрия для процесса регенерации щелочного раствора, образуемого при поглощении сероводорода; оценка возможности утилизации отработанного щелочного раствора;
- изучение хемосорбционного процесса удаления сероводорода на твердофазном металлооксидном сорбенте.
Научная новизна:
- установлены особенности совместного поглощения сероводорода и диоксида углерода водным раствором гидроксида натрия при их различной концентрации в.газовой смеси, выявлена роль вторичной.реакции карбоната натрия, образуемого при поглощении диоксида углерода, с сероводородом и предложен метод расчета селективности поглощения сероводорода;
- на основе кинетических исследований впервые установлен эффект снижения скорости и глубины окисления сульфида натрия, образуемого при поглощении сероводорода водно-щелочным раствором, кислородом в присутствии карбоната и сульфата натрия с применением кобальтфталоцианин-марганцевого бинарного гомогенного катализатора;
- определены закономерности процесса поглощения сероводорода из попутного нефтяного газа твердофазным природным металлооксидным хемосорбентом (железо-марганцевыми конкрециями), изучена фазовая>: структура исходного и отработанного хемосорбента.
Практический результат: разработаны технологические основы процессов жидкофазной и твердофазной хемосорбционной очистки попутного нефтяного газа от сероводорода; разработана и внедрена в 2007 году на промысловом объекте ГЗНУ-560 Нагорного месторождения ЗАО «Троицкнефть» технология жидкофазной щёлочно-каталитической очистки попутного нефтяного газа от сероводорода, производительность установки сероочистки ПНГ составляет 3 млн. м3 газа в год. Очищенный от сероводорода попутный газ используется в качестве топлива газоэлектростанции, выработано около 5 млн. кВт электроэнергии для полного обеспечения кустов нефтедобывающих скважин и установки предварительной подготовки нефти. Даны рекомендации по применению разработанных хемосорбционных технологий для удаления сероводорода из попутного газа на нефтепромысловых объектах.

Список літератури

Выводы
1. Разработана и внедрена в промысловых условиях технология жидкофазной хемосорбционной щёлочно-каталитической очистки от сероводорода попутного нефтяного газа.
2. Установлено, что в присутствии диоксида углерода селективность
хемосорбции сероводорода водным раствором гидроксида натрия из '
модельных газовых смесей достаточно высока и снижается в процессе поглощения.
3. При изучении каталитического- окисления кислородом сульфида натрия, образованного при поглощении щелочью сероводорода из газа; выявлено, что присутствие в растворе вместе с окисляемым сульфидом продуктов ■
окисления (сульфатов натрия) и продукта поглощения диоксида углерода (карбоната натрия)' замедляет процесс окисления сульфида; показано, что в присутствии, бинарного кобальтфталоцианин-марганцевого катализатора достигается глубокое окисление сульфида до его остаточного содержания менее 20-мг/л. .
4. Сернисто-щелочные стоки.с установки сероочистки попутного нефтяного газа* характеризуются ингибирующим эффектом по отношению к коррозии углеродистой стали в смеси с пластовой или подтоварной водой и могут быть утилизированы для закачки в систему поддержания пластового давления.
5. В опытно-промышленном масштабе изучены особенности поглощения сероводорода из попутного нефтяного газа металлооксидным природным хемосорбентом на основе железо-марганцевых конкреций (ЖМК), динамическая ёмкость хемосорбента по сероводороду составляет 3 % масс. Показано, что хемосорбент ЖМК и его модифицированная форма НЗК пригодны для очистки небольших газовых потоков или газов с малой концентрацией H2S (до 0,05% масс.). Предложена трёхадсорберная схема очистки газа.
6. Экономические расчеты подтвердили рентабельность разработанной жидкофазной хемосорбционной технологии в составе комплекса утилизации ПНГ с производством электроэнергии для нефтепромыслового потребления. Экономический эффект от эксплуатации установки составляет свыше 20 млн. рублей. •