СПОСОБ ОЧИСТКИ НЕФТИ ОТ СЕРОВОДОРОДА
PROCEDURE FOR REFINEMENT OF OIL FROM HYDROGEN SULPHIDE

Изобретение относится к способам очистки нефти от сероводорода и может быть использовано в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности при подготовке ее к транспорту и переработке.
3
3
3
Известен способ очистки нефти от сероводорода путем газовой десорбции в противоточном аппарате колонного типа с вертикальными решетками (АВР), включающий ее диспергирование очищенным от сероводорода газом на мелкие капли (Лесухин С.П., Андреев Е.И. Исследование технологии и аппаратурного оформления процесса извлечения сероводорода стабилизации нефти месторождения Жанажол.// Проблемы обустройства и эксплуатации высокообводненных нефтяных месторождений. - Гипровостокнефть, Куйбышев: 1985. - С.47-59; Авторское свидетельство СССР №555898, кл. В01D 3/28, опубликовано: 30.04.77; Сахабутдинов Р.З., Шаталов А.Н., Гарифуллин P.M., Шипилов Д.Д., Мухаметгалеев P.P. Технология очистки нефти от сероводорода.//Транспорт и подготовка нефти. - 2008. - №7. - С.82-85; Каспарьянц К.С., Кузин В.И. Григорян Л.Г. Процессы и аппараты для объектов промысловой подготовки нефти и газа. - М.: Недра, 1977. - С.210-211; Лесухин С.П. Разработка высокоэффективного аппарата АВР для десорбционной очистки нефти от сероводорода// Научно-технические проблемы разработки и обустройства нефтяных месторождений. Куйбышев: 1990. - С.166-167; Авторское свидетельство СССР №394068 кл. B01D 53/18, опубликовано 22.08.1973). В одном из вариантов процесс осуществляют при температуре 40-60°С, абсолютном давлении 0,12 МПа. При удельном расходе отдувочного газа 3-9 нм/м (~3,5-10,5 нм/т) степень очистки составляет 92-97% (Сахабутдинов Р.З., Шаталов А.Н., Гарифуллин P.M., Шипилов Д.Д., Мухаметгалеев P.P. Технология очистки нефти от сероводорода.//Транспорт и подготовка нефти. - 2008. - №7. - с.82-85).
Недостатком способа является невысокая эффективность очистки нефти из-за низкой скорости газа на контактных ступенях (решетках) вследствие их большого свободного сечения (50-80%) для этой фазы, которое одновременно является сечением для жидкости.
Известен способ десорбционной очистки нефти от сероводорода с использованием тарельчатого колонного аппарата (Лесухин С.П., Андреев Е.И. Исследование технологии и аппаратурного оформления процесса извлечения сероводорода стабилизации нефти месторождения Жанажол.// Проблемы обустройства и эксплуатации высокообводненных нефтяных месторождений. - Гипровостокнефть, Куйбышев: 1985. - С.47-59; Лесухин С.П. Разработка высокоэффективного аппарата АВР для десорбционной очистки нефти от сероводорода.// Научно-технические проблемы разработки и обустройства нефтяных месторождений. Куйбышев: 1990. - С.166-167).
Недостатком такого способа с использованием данной и других известных тарельчатых колонн (Лесухин С.П., Андреев Е.И. Исследование технологии и аппаратурного оформления процесса извлечения сероводорода стабилизации нефти месторождения Жанажол.// Проблемы обустройства и эксплуатации высокообводненных нефтяных месторождений. - Гипровостокнефть, Куйбышев: 1985. - С.47-59) является низкая эффективность процесса из-за высокой скорости жидкости и низкой скорости газа в соответствующих сечениях, ухудшение по этой причине условий образования мелкодисперсной системы жидкость-газ и развитой поверхности контакта фаз, провал части жидкости без контакта с газом через сечения для газа.
Высокая скорость жидкости и низкая скорость газа обусловлены, во-первых, спецификой процесса очистки нефти от сероводорода, заключающейся в большой нагрузке тарелок по жидкости и малой нагрузке по газу: мольное отношение потоков нефть-газ составляет более 10 единиц; во-вторых, недостаточно высоким для данного процесса сечением тарелок для жидкости и большим свободным сечением для газа, преимущественно в пределах 5-20% (Танатаров М.А., Ахметшина М.Н. и др. Технологические расчеты установок переработки нефти. - М.: Химия, 1987. - С.76-80, 335-338; Патент RU 2236900, МПК 7 B01J 19/32, опубликовано: 27.09.2004; Альбом типовых конструкций. Тарелки трапециевидно-клапанные для аппаратов колонного типа. Параметры, конструкции и основные размеры. АТК 26-02-4-89).
Наиболее близким к заявляемому является способ очистки нефти от сероводорода путем газовой десорбции в многоступенчатом аппарате колонного типа, включающий ее диспергирование на мелкие капли очищенным от сероводорода углеводородным газом с образованием газожидкостной системы, взаимодействие фаз в прямотоке на каждой контактной ступени при транспортировании их в противотоке в целом по аппарату (Патент RU 2223135, МПК 7 B01D 19/00, опубликовано: 2004.02.10 - прототип).
Недостатком известного способа является недостаточно высокая эффективность процесса из-за высокой степени полидисперсности системы нефть-газ, увеличение разницы в размерах капель с образованием трудноосаждаемого жидкого аэрозоля (тумана). Вследствие этого остаточное содержание сероводорода превышает норму (ГОСТ Р 51858-2002 с изм. №1), и возникает необходимость доочистки нефти, например, химическими реагентами.
Задачей изобретения является повышение степени очистки нефти от сероводорода.
Поставленная задача решается заявляемым способом очистки нефти от сероводорода путем газовой десорбции его очищенным от сероводорода углеводородным газом в многоступенчатом аппарате колонного типа, включающим диспергирование нефти на мелкие капли очищенным от сероводорода углеводородным газом, подаваемым под нижнюю контактную ступень, и взаимодействие фаз, нефти и газа, с образованием газожидкостной системы на каждой контактной ступени, транспортирование фаз по ступеням в противотоке в целом по аппарату, в котором нефть диспергируют тонкоструйными потоками газа и взаимодействие фаз осуществляют с образованием газожидкостной системы с высокой степенью монодисперсности на каждой контактной ступени, образованной из усиленного каркасом тонкого листа с просечными элементами, причем ввод и транспортирование нефти по аппарату осуществляют по смежным ступеням двумя равными потоками сверху.
Кроме того, заявляемый способ имеет следующие отличительные признаки.
Тонкоструйные потоки газа образуют путем транспортирования через отогнутые вниз однонаправленные просечные элементы удлиненной, преимущественно прямоугольной формы, расположенные параллельными рядами на контактной ступени.
Процесс проводят при абсолютном давлении в аппарате 0,11-0,25 МПа и температуре 50-70°С.
3
Процесс проводят при удельном расходе десорбирующего газа 3-7 нм на одну тонну нефти.
Диспергирование нефти тонкоструйными потоками газа способствует образованию на каждой контактной ступени тонкослоистой структуры жидкость-газ, что облегчает переход сероводорода из жидкой фазы в газовую.
Осуществление взаимодействия фаз с образованием газожидкостной системы с высокой степенью монодисперсности на каждой контактной ступени способствует повышению эффективности процесса за счет уменьшения доли как мелких капель, которые уносятся газом на вышерасположенную ступень, так и крупных капель, из которых не успевает десорбировать сероводород.
Использование для взаимодействия фаз контактной ступени, образованной из усиленного каркасом тонкого листа с просечными элементами, создает условия для повышения степени дисперсности системы нефть-газ за счет возможности размещения на каждой контактной ступени большого количества просечных элементов с малой площадью сечения каждого из них. В случае использования для этих целей толстого листа, из которого обычно изготавливают полотно тарелки (2-3 мм), число просечных элементов на участке было бы значительно меньше, а свободное сечение отдельной щели и контактной ступени в целом было бы намного больше, поскольку эти параметры зависят от толщины листа. Усиление каркасом необходимо для обеспечения механической прочности конструкции.
Ввод и транспортирование нефти по аппарату по смежным ступеням двумя равными потоками сверху улучшает условия проведения процесса десорбции сероводорода из нефти за счет сближения мольных расходов жидкости и газа на каждой контактной ступени. Дело в том, что данный процесс проводят, как правило, в неблагоприятных условиях: отношение мольных расходов нефть:газ достигает 10-ти и более единиц. При использовании предлагаемого способа этот показатель улучшается вдвое.
Образование тонкоструйных потоков газа путем транспортирования через отогнутые вниз однонаправленные просечные элементы (щели) удлиненной, преимущественно прямоугольной, формы, расположенные параллельными рядами на контактной ступени, позволяет получить газожидкостную систему с высокой степенью монодисперсности, а также снижает опасность засорения верхней контактной ступени, благодаря отсутствию на ней выступающих просечных элементов.
Проведение процесса при абсолютном давлении 0,11-0,25 МПа и температуре 50-70°С, определяемой технологическим расчетом с учетом давления в аппарате и физико-химических свойств нефти, обеспечивает требуемую степень удаления сероводорода из нефти при умеренном расходе десорбирующего газа.
3
Проведение процесса при удельном расходе десорбирующего отдувочного газа 3-7 нм на 1 тонну нефти обеспечивает требуемую степень очистки нефти в соответствии с ГОСТ Р 51858-2002 с изм. №1 при достаточно высоком ее выходе.
Заявителю неизвестно использование в науке и технике совокупности отличительных признаков предлагаемого способа с получением указанного технического результата.
Один из возможных вариантов реализации предлагаемого способа поясняется чертежами, представленными на фиг.1 и 2. На фиг.1 представлен колонный аппарат в продольном разрезе, на фиг.2 - контактная ступень (тарелка) в плане.
Аппарат содержит корпус 1, два штуцера ввода нефти 2, повернутые относительно друг друга по горизонтали на 90°, штуцер ввода десорбируещего газа 3, штуцера вывода очищенной нефти 4 и насыщенного сероводородом газа 5, контактные устройства (тарелки) 6, смежные из которых повернуты относительно друг друга по горизонтали на 90°, устройства для транспортирования нефти 7, люки - лазы 8, просечные элементы 9, выполненные на тонких листах участков 10, снабженных каркасом 11.
Способ осуществляют следующим образом:
2
Обезвоженную и обессоленную нефть подают двумя равными потоками через штуцера 2 на верхние смежные тарелки аппарата. Верхний поток нефти транспортируют по нечетным тарелкам, а нижний - по четным тарелкам до низа аппарата. Под нижнюю тарелку через штуцер 3 подают очищенный от сероводорода попутный нефтяной или природный газ, или их смесь. Газ, проходя через просечные элементы участков тарелки в виде тонких струек, контактирует с нефтью, в пространстве между тарелками образует газожидкостную систему с высокой долей капелек одинакового размера и развитой межфазной поверхностью. Достаточная для этого скорость газа обеспечивается малыми размерами просечных элементов (ширина 0,4-0,5 мм; длина 4-8 мм; сечение 1-3 мм) и малым свободным сечением тарелки (2-5%).
В конечном счете достигается высокая степень очистки нефти и высокий выход очищенной нефти, которую выводят через штуцер 4. Концентрат сероводорода в газовой фазе выводят с верха аппарата через штуцер 5 и направляют на очистку.
Промышленный образец структурного элемента тарелки (полотно из нескольких участков, включающих листы с просечными элементами, окаймленные каркасом) был испытан на прозрачном стенде на системах вода-воздух и нефть-воздух.
Визуальные наблюдения и отснятые кинокамерой материалы на системе вода-воздух подтверждают высокую степень монодисперсности газожидкостной системы, стелющейся над поверхностью полотна с отрывом от нее на несколько сантиметров. Последнее можно объяснить возникновением эффектов эжектирования и «воздушной подушки». Косвенным подтверждением наличия этих эффектов является также невысокое сопротивление тарелки (3-5 мм рт.ст.), несмотря на малое свободное сечение.
2
Способ испытан в промышленных условиях в колонне диаметром 3,2 м, снабженной 36-ю тарелками со свободным сечением 5%. Параметры просечных элементов: толщина - 0,5 мм, ширина - 0,5 мм, длина - 4 мм, угол отгиба - 45°, сечение - 1,15 мм. Последнее, например, в 1755 раз меньше соответствующего параметра трапециевидно-клапанной тарелки (Альбом типовых конструкций. Тарелки трапециевидно-клапанные для аппаратов колонного типа. Параметры, конструкции и основные размеры. АТК 26-02-4-89).
3
Очистке подвергалась особо легкая нефть плотностью 838 кг/м (при 20°С). В качестве десорбирующего газа использовался очищенный от сероводорода природный газ.
В таблице представлены основные показатели процесса: проектные и опытные данные для предлагаемого способа (примеры 1 и 2), а также данные для известного способа (пример 3).
3
3
Из представленных в таблице данных следует, что предложенный способ очистки нефти от сероводорода позволяет получить нефть со степенью очистки 99 мас.% при умеренном удельном расходе газа 6,1 нм/т против 84 мас.% у прототипа при удельном расходе природного газа в количестве 4,65 нм/т.
В предлагаемом способе выход нефти составляет 99%, а остаточное содержание сероводорода - 4,5 ppm, что удовлетворяет требованиям ГОСТ Р 51858-2002 с изм. №1 (не более 20 ppm), а соответствующий показатель известного способа (48 ppm) значительно выше этой нормы.
Таким образом, применение предложенного способа позволяет повысить степень очистки нефти при высоком ее выходе и умеренном расходе десорбирующего газа.
Основные показатели процесса
Показатель
Предлагаемый способ
Известный способ (пример 3)
по проекту (пример 1)
фактически (пример 2)
Загрузка нефти:
м<sup>3</sup>/ч
473
560
0,850
т/ч
381
454
0,756
Расход отдувочного газа:
нм<sup>3</sup>/ч
1710
2749
3,56
нм<sup>3</sup>/м<sup>3</sup>
3,6
4,9
4,19
нм<sup>2</sup>/т
4,5
6,1
4,65
Давление абсолютное, МПа:
верх колонны
0,140
0,170
0,251
низ колонны
0,164
0,190
-
Температура, °С:
верх колонны
60
54
-
ввод нефти
65
59
8
низ колонны
59
54
-
ввод газа
40
40
5
Содержание сероводорода, ppm (мг/кг):
нефть на очистку
322
400
300
очищенная нефть
не выше 20
4,5
48
Степень очистки нефти, мас.%
99
99
84
Выход нефти, мас.%
99
99
-