УСТАНОВКА ОЧИСТКИ НЕФТИ ОТ СЕРОВОДОРОДА И МЕРКАПТАНОВ
PLANT TO CLEAN OIL FROM HYDROGEN SULPHIDE AND MERCAPTANS

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности применительно к условиям месторождения нефти.
Известны следующие методы очистки нефти от сернистых соединений:
- многоступенчатая сепарация;
- химическая: прямым окислением сероводорода в нефти кислородом воздуха в присутствии щелочных растворов с катализатором;
- нейтрализация сернистых соединений смешением нефти с жидкими реагентами;
- ректификация;
- отдувка нефти бессернистым или малосернистым углеводородным газом.
Анализ методов и схем установок к ним, данных в статьях, перечисленных ниже, показал, что в условиях промысла наиболее целесообразно самостоятельное использование многоступенчатой сепарации, отдувки нефти углеводородным газом, при определенных требованиях, нейтрализации сернистых соединений жидкими реагентами и комбинации нескольких методов одновременно.
[1]. Е.И. Андреева, С.П. Лесухина «Разработка процесса извлечения сероводорода и стабилизации нефти месторождения Тенгиз отдувкой нефтяным газом». «Проблемы освоения нефтяных месторождений с аномальными свойствами», г.Куйбышев 1983 г., Гипровостокнефть, С. 99-111.
[2]. Р.З. Сахабутдинова, А.Н. Шаталов, Р.М.Гарифуллина и др. «Технология очистки нефти от сероводорода». «Нефтяное хозяйство», №7 2008. С.82-85.
[3]. Патент RU №2349365 «Установка очистки нефти от сероводорода и меркаптанов», 07.09.2007. Опубл. 20.03.2009.
[4]. Патент RU №2305123 «Способ подготовки сероводородсодержащей нефти», 20.03.2006. Опубл. 27.08.2007.
[5]. Рекламный проспект «Установка глубокой дегазации нефти», ООО «НТ Нефть и Газ» 2007 г. http://www.ntng.ru/index1 5.html.
Предложены принципиальные схемы комплекса установок по извлечению сероводорода и стабилизации нефти, рассмотренные в статье Е.И. Андреева, С.П. Лесухина «Разработка процесса извлечения сероводорода и стабилизации нефти месторождения Тенгиз отдувкой нефтяным газом», «Проблемы освоения нефтяных месторождений с аномальными свойствами», г.Куйбышев, 1983 г., Гипровостокнефть, С.99-111, включающие по ходу движения нефти сепараторы 1-ой С-1, 2-ой С-2 и 3-ей С-3 ступеней сепарации, отстойник, сепаратор 4-ой ступени С-4, насос, печь, два электродегидратора, сепаратор 5-ой ступени С-5, компрессоры и две колонны отдувки К-1 и К-2 с различным размещением в схемах. Газ после С-1 очищается от сероводорода на установке высокого давления (СВД), газ после С-2 очищается на установке низкого давления (СНД). Газы сернистые после С-4, колонны отдувки, С-5, после компримирования поступают на сероочистку на установку СНД.
Анализируя три схемы комплекса установок применительно к условиям конкретного месторождения, авторы расчетным путем обосновывают и рекомендуют к дальнейшей разработке третью схему, когда по ходу движения нефти одну колонну отдувки, первую, располагают после отстойника, а вторую - после 4-ой ступени сепарации перед насосом, печью, электродегидраторами и С-5, при этом газ на отдувку в первую колонну подается с С-2 без удаления сероводорода, во вторую - с С-3, С-4 и С-5 с установки сероочистки СНД.
Предложенная схема имеет, на наш взгляд, следующие недостатки: авторы, обосновывая схему защитой от коррозии оборудования, следующего после второй колонны отдувки, одновременно направляют на компримирование в газовый компрессор К-1 сернистый газ от С-4, второй колонны отдувки и С-5; газовый компрессор, в первую очередь, должен быть защищен от коррозии. Первая колонна будет малоэффективной, поскольку отдувочный газ поступает в колонну не очищенным от сероводорода. Предполагая надежность расчетов, предлагаемую схему комплекса установок возможно использовать при проектировании новых месторождений с высоким пластовым давлением нефти, поскольку использование схемы для действующего месторождения потребует серьезной реконструкции.
Схема достаточно сложна. Не раскрываются установки очистки от сероводорода высокого и низкого давления, для повышения давления газов используются две компрессорные установки, требующие квалифицированного обслуживания.
Обычно удаление сероводорода и меркаптанов в колонне отдувки осуществляют после подготовки нефти. При этом отдувочный бессернистый углеводородный газ используют со «стороны» с установки сероочистки.
Наиболее близкой к предлагаемой установке является установка очистки нефти от сероводорода и меркаптанов: Патент RU №2349365 «Установка очистки нефти от сероводорода и меркаптанов», 07.09.2007, опубл. 20.03.2009, включающая подводящие трубопроводы сернистой нефти и малосернистого или бессернистого углеводородного газа, блок очистки в колонне отдувки, блок нейтрализации остаточных сернистых соединений в нефти, сепараторы, емкости, насосы, приборы контроля, дозирование и автоматика. Установка холодильника, дополнительных нефтегазового сепаратора, газосепаратора, параллельно работающих двух емкостей для выдержки нефти в течение (двух и более часов) позволяют повысить качество товарной нефти при временном отключении колонны отдувки.
Недостатками рассматриваемой установки являются:
- однократное использование для отдувки бессернистого или малосернистого нефтяного или природного газа, получаемых со «стороны»; т.е. подготовленных вне установки.
- направление вне установки («на сторону») низконапорных сернистых газов с верха газосепаратора после колонны отдувки и с верха нефтегазосепаратора на утилизацию или на факельное сжигание с возможным загрязнением атмосферы;
- необходимость после обработки нефти отдувочным газом и водными растворами реагента его отстаивание не менее 2-х часов в статическом состоянии (без заполнения и опорожнения) в двух-трех параллельно установленных емкостях для продолжения работы реагента, удаление воды и продуктов реакции.
Промышленные испытания на объектах ОАО «Татнефть» Р.З. Сахабутдинова, А.Н. Шаталов, P.M. Гарифуллина и др., «Технология очистки нефти от сероводорода», «Нефтяное хозяйство», №7 2008. С.82-85 показывают, что не всегда удается исключить негативное влияние продуктов реакции на качество нефти.
Таким образом, для обеспечения работы рассматриваемой установки требуются «на стороне» блок подготовки бессернистого или малосернистого углеводородного газа для отдувки, блок утилизации сернистого газа или блок факельного хозяйства.
Задачей предлагаемого изобретения является создание автономной установки для работы в условиях месторождения для очистки от сероводорода и меркаптанов подготовленной нефти и одновременно нефтяного газа с использованием оборудования, не требующего квалифицированного обслуживания с получением не только товарной нефти и очищенного компримированного нефтяного газа, но и в качестве товарной продукции продуктов взаимодействия водорастворимого реагента с сернистыми соединениями, обладающими антикоррозионным действием в серосодержащей среде и свойствами бактерицида, подавляющего рост сульфатвосстанавливающих бактерий.
Предлагаемая установка очистки нефти от сероводорода и меркаптанов включает подводящие к установке трубопроводы подготовленной сернистой нефти и сернистого газа, блок очистки нефти, сепараторы, холодильники, емкости, насосы, приборы контроля, дозирования и автоматики, при этом блок очистки нефти содержит две последовательно соединенные по ходу движения нефти колонны отдувки газом с дополнительными функциями нейтрализации сернистых соединений жидкими реагентами, состоящие из свободного цилиндрического корпуса для пенно-струйного контактирования нефти и газа, по оси которого внизу установлен жидкостно-газовый инжектор ЖГИ с вводом сернистой нефти, служащей рабочей жидкостью для ЖГИ, и с вводом бессернистого или малосернистого нефтяного газа, после конфузора в камере смешения ЖГИ выполнены отверстия с образованием камеры поступления реагента для нейтрализации сернистых соединений; на расстоянии от дна свободного корпуса через гидрозатвор выполнен отвод очищенной нефти, которая по трубопроводу поступает во ввод ЖГИ второй колонны отдувки, также служащей рабочей жидкостью для ЖГИ, камеры поступления реагента в ЖГИ колонн отдувки соединены трубопроводом через трехходовой кран с емкостью для реагента; далее вывод нефти со второй колонны отдувки соединен трубопроводом с вводом сепаратора-отстойника, из которого выполнен отвод очищенной товарной нефти;
установка дополнительно содержит блок очистки нефтяного газа, включающий циркуляционный контур жидкого реагента, в который входят ЖГИ, совмещенный с ним сепаратор для жидкого реагента, центробежный насос, холодильник и вновь ЖГИ, между центробежным насосом и сепаратором установлен инжектор для подачи через него свежего реагента; далее дополнительный блок образует циркуляционный контур нефтяного газа, в который входят сепаратор ЖГИ, коллектор очищенного нефтяного газа с отводом вне установки, с отводами в колонны отдувки, далее коллектор сернистого газа с вводами от колонн отдувки, с вводами от сепараторов через инжекторы, с вводом через инжектор сернистого нефтяного газа, холодильник и вновь ЖГИ блока очистки нефтяного газа.
Анализ выявленных технических решений в рассматриваемой области показал, что нет установки, аналогичной заявленной, что позволяет сделать вывод о соответствии ее критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
На чертеже представлена принципиальная схема установки очистки нефти.
Установка включает:
- блок очистки нефти, состоящий из двух последовательно соединенных по ходу движения нефти колонн отдувки 1 и 2, сепаратор-отстойник 3, газосепаратор 4, емкость для реагента 5, трехходовой кран 6 и вентиль 7;
- блок очистки нефтяного газа, состоящий из циркуляционного контура жидкого реагента, в который входят жидкостно-газовый инжектор 8, совмещенный с ним сепаратор 9 для жидкого реагента, эжектор 23 для ввода жидкого реагента из емкости 10 по трубопроводу 11, центробежный насос 12, холодильник воздушного охлаждения 13; сепаратор 9 имеет вывод 26 балансового усредненного количества реагента, вывод 28 сконденсировавшихся углеводородов;
- блок очистки нефтяного газа содержит также циркуляционный контур нефтяного газа, в который входят ЖГИ 8 с сепаратором 9, коллектор очищенного газа 14 с отводами 15 и 16 в колонны отдувки 1 и 2 и отвод 17 «на сторону», коллектор сернистого газа 18 с вводами в него 19, 20 от колонн отдувки 1, 2, с вводами 21, 22 от сепараторов 3, 4 через эжекторы 23, ввод 24 через эжектор 23 нефтяного газа и выводом 25 через холодильник 13 воздушного охлаждения в ЖГИ 8 блока очистки нефтяного газа.
Колонны отдувки 1 и 2 состоят из свободного цилиндрического корпуса с коническим днищем, по оси которого внизу установлен ЖГИ с вводом 1.2 сернистой нефти в камеру рабочей жидкости, поступающей в ЖГИ по трубопроводу 27, и с вводом 1.3 бессернистого или малосернистого нефтяного газа в камеру эжектируемого газа 1.5. ЖГИ колонн отдувки 1 и 2 снабжены соплом кольцевого сечения (не показан). После конфузора 1.4 в начале камеры смешения 1.1 образуется зона рециркуляции газожидкостной смеси с пониженным давлением. Зона рециркуляции камеры смешения 1.1 с отверстиями охвачена камерой 1.5 с вводом 1.6 для поступления реагента. Цилиндрический корпус колонны отдувки в верхней части снабжен каплеотбойником 1.7 и патрубком для сернистого газа 1.8, а в нижней части - гидрозатвором 1.9 с выводом 1.10 для очищенной нефти. Вверху гидрозатвора имеются отверстия 1.11 для удаления выделившегося из нефти газа.
Установка очистки нефти работает следующим образом. Подготовленная (дегазированная, обезвоженная и обессоленная) сернистая нефть под давлением по трубопроводу 27 поступает в колонну отдувки 1 - во ввод 1.2 камеры рабочей жидкости ЖГИ. Одновременно по отводу 15 из коллектора 14 очищенный нефтяной газ поступает во ввод 1.3 камеры эжектируемого газа ЖГИ. Истекая из кольцевого сопла (не показан), нефть образует мелкодисперсную нефтяную кольцевую веерную струю, которая, взаимодействуя с эжектируемым нефтяным газом в начале камеры смешения 1.1, создаст газожидкостную смесь, когда газ полностью диспергируется в нефти. Пройдя диффузорную часть камеры смешения, газожидкостная струя истекает в свободный цилиндрический корпус и образует циркулирующий пенный слой нефти и газа. На всем протяжении тесного взаимодействия нефти и газа протекает процесс десорбции сернистых соединений из нефти в газ. Сернистый нефтяной газ, пройдя каплеотбойник 1.7, непрерывно уходит через патрубок 1.8 во ввод 19 и в коллектор 18 сернистого газа. Также происходит непрерывное удаление очищенной нефти через гидрозатвор 1.9 и вывод 1.10. Положение вывода 1.10 обеспечивает определенную высоту нефти внизу цилиндрического корпуса для обеспечения пенного режима контактирования. Выделившийся в гидрозатворе 1.9. газ удаляется через отверстия 1.11. Колонну отдувки нефти 1 можно принять за 1-ую ступень очистки. В определенных условиях в колонну отдувки возможно подавать и реагент как дополнение в снижении концентрации сернистых соединений в нефть.
Нефть из колонны отдувки 1 поступает в газосепаратор 4, откуда отсепарированный сернистый газ поступает в коллектор сернистого газа 18 через ввод 22 и эжектор 23. Очищенная нефть поступает в колонну отдувки 2 - вторую ступень очистки - во ввод 1.2 камеры рабочей жидкости. В камеру 1.4 эжектируемого газа одновременно поступает очищенный газ по отводу 15 из коллектора 14 очищенного газа. Процесс, описанный для колонны отдувки 1, повторяется в колонне отдувки 2. в который очищенный газ поступает по отводу 16. Очищенная нефть из колонны отдувки 2 поступает в сепаратор-отстойник 3, откуда нефть через гидрозатвор уходит с установки как товарная. Выделившийся сернистый газ через ввод 21 отводится в эжектор 23, а затем в коллектор 18 сернистой нефти. Во всех случаях объединения потоков разного уровня давления используется упрощенная конструкция эжектора 23 для уменьшения гидравлических потерь.
В случаях малых концентраций сернистых соединений для очистки нефти может использоваться одна колонна отдувки. Подача нефти в нее показана пунктирной линией. При повышенных концентрациях сернистых соединений в нефти предусмотрена подача реагента либо в первую, либо и во вторую колонну или в обе сразу. Обеспечивается двойное воздействие на нефть - удаление сернистых соединений отдувкой бессернистым углеводородным газом и связыванием их реагентом, что повышает надежность процесса более полного удаления сернистых соединений из нефти.
Подача реагента из емкости 5 регулируется положением крана 6. В положении 6 а - подача в обе колонны, 6 в - во вторую колонну, 6 с - в 1-ую колонну. Вентиль 7 служит для полного отключения подачи реагента в колонны отдувки.
В качестве нейтрализатора сернистых соединений в нефти и газе могут быть рекомендованы реагенты как водорастворимые (RU 22416884, RU 2242499, «Делисалф»; Исмагилова З.Ф. и др. «Разработка технологии производства новых поглотителей сероводорода и меркаптанов для нефтяной и газовой промышленности», YII конгресс нефтегазопромышленников России, Материалы Международной научно-практической конференции, «Нефтегазопереработка и нефтехимия - 2007», 22-25 мая, г.Уфа, с.266-267), прошедший положительные испытания и изготавливаемый ЗАО «Текойл» (г.Уфа) по ТУ 2458-009033818307-2005. Образовавшиеся нетоксичные продукты взаимодействия реагента с сернистыми соединениями, остающиеся в нефти, не влияют на дальнейшую ее переработку. Избирательное хемосорбционное взаимодействие с сероводородом и меркаптанами происходит практически мгновенно в широком интервале концентраций сероводорода, давлений и скорости потока. Совместное воздействие на сернистую нефть десорбционного и хемосорбционного процессов позволят повысить надежность и эффективность ее очистки от сероводорода и меркаптанов в какой-то степени достичь независимости общего процесса от концентрации сернистых соединений. Можно ожидать снижения расходов отдувочного газа и реагента. Количество подаваемого реагента определяется содержанием сероводорода и меркаптанов в нефти. Так для удаления 1 г сероводорода расход реагента «Делисалф» не превышает 4 г.
Собираемый в коллекторе 18, подаваемый на установку по трубопроводу 24 сернистый нефтяной газ, сернистый газ с колонн отдувки 1, 2, с сепараторов 3, 4 и 9 поступает в блок очистки нефтяного газа, в котором для удаления сернистых соединений могут быть рекомендованы водорастворимые реагенты (RU 2241684, RU 2359739, «Делисалф»). Реагент движется в циркуляционном контуре блока очистки нефтяного газа и является рабочей жидкостью для ЖГИ 8. Реагент диспергируется в газовой среде и взаимодействует с сернистыми соединениями. В циркулирующем водном растворе реагента и продуктов реакции поддерживается усредненная концентрация продуктов реакции. Из сепаратора 9 непрерывно удаляется его балансовое количество через вывод 26 и вводится такое же количество свежего реагента из бака 10 через трубопровод 11 и эжектор 23. На установке рекомендуется использовать один реагент как для очистки нефти, так и газа. Таким образом, упрощается установка за счет использования одного бака. Тщательно перемешанный в эжекторе 23, центробежном насосе 12 и трубопроводе реагент снова поступает в ЖГИ 8 на распыление, эжектирование сернистого газа и нейтрализацию сернистых соединений. Продукты реакции с некоторым количеством реагента являются, как уже отмечалось выше, товарным продуктом, могут использоваться не только в нефтегазовой отрасли, но и в металлургии и промышленной экологии. В сепараторе 9 может скапливаться слой углеводородной жидкости, которая эпизодически удаляется через вывод 28 в сепаратор-отстойник 3.
Водорастворимые реагенты (RU 2241684 и «Делисалф» по ТУ 2458-009033818307-2005) эффективно могут использоваться для очистки от сернистых соединений как нефти, так и газа. В этом случае в установке может использоваться один реагент.
Таким образом, предложенное изобретение позволяет: - одновременно решить две задачи: очистку от сероводорода и меркаптанов нефти и нефтяного газа за счет использования модернизированной конструкции несложного жидкостно-газового инжектора, не требующего квалифицированного обслуживания, обеспечить его многофункциональность как десорбера, как реактора и как компрессора, а именно эффективное контактирование сернистой нефти и обессеренного нефтяного газа в пенно-струйном режиме для десорбции сероводорода и меркаптанов отдувкой и химическим связыванием их с реагентом с одновременным компримированием газа без использования традиционных сложных компрессоров; функции реактора и компрессора выполняет и жидкостно-газовый инжектор в блоке очистки сернистого газа в струйно-капельном режиме контактирования газа и реагента.
Установка проста в обслуживании, требует для работы только электроэнергию и раствор реагента и является практически безотходной, так как кроме очищенных нефти и нефтяного газа отработанный (использованный) раствор реагента - тоже товарный продукт. При этом рекомендованные реагенты можно использовать как для очистки нефти, так и газа.