СПОСОБ ОЧИСТКИ СЕРОВОДОРОД-И МЕРКАПТАНСОДЕРЖАЩЕЙ НЕФТИ
METHOD FOR TREATMENT OF OIL CONTAINING HYDROGEN SULFIDE AND MERCAPTAN

Изобретение относится к способам промысловой подготовки стабилизированной сероводород- и меркаптансодержащей нефти, а также газового конденсата по показателю "содержание сероводорода и метил- и этилмеркаптанов" и может найти применение в нефтегазодобывающей промышленности при подготовке к транспорту нефти и газового конденсата.
Известен способ подготовки сероводородсодержащей нефти к транспорту путем многоступенчатой сепарации, включающий подачу на конечную ступень сепарации (в концевой сепаратор) газов сепарации, очищенных от сероводорода, в качестве отдувочного газа. Очистку газов сепарации от сероводорода производят абсорбционным методом с использованием моноэтанол амина (МЭА) [Лесухин С.П., Соколов А.Г., Позднышев Г.Н. Основные направления развития технологии очистки нефти от сероводорода. // Нефтяное хозяйство. - М.: Недра, 1989. - №8. - с.50-54].
Недостатком данного способа является то, что для достижения допустимого содержания сероводорода в товарной нефти необходима подача большого количества газа на отдувку, что влечет за собой повышение энергозатрат и унос бензиновых фракций нефти с отдувочным газом, что приводит к уменьшению выхода товарной нефти.
Известна установка очистки нефти от сероводорода и меркаптанов [Патент РФ №2349365, опубл. 20.03.2009 г., МПК B01D 19/00], при использовании которой в верхнюю часть колонны отдувки подают подготовленную нефть, а в нижнюю часть подают бессернистый углеводородный газ. Частично очищенная от сероводорода нефть из куба колонны через смесительное устройство поступает в сепаратор. Перед смесителем в поток нефти дозировочным насосом подают расчетное количество реагента для нейтрализации остаточных количеств сероводорода и легких меркаптанов. Реакционная смесь из сепаратора поступает в первую буферную емкость. После ее заполнения реакционную смесь из сепаратора подают в параллельно соединенную вторую буферную емкость, а заполненную емкость ставят на выдержку в течение не менее 2 часов для завершения реакций нейтрализации и отстоя эмульсионной воды, содержащей водорастворимые продукты нейтрализации.
Недостатком данного способа является постоянный расход дорогостоящего нейтрализатора сероводорода и меркаптанов, а также большая длительность процесса. Подача газа на отдувку влечет за собой унос бензиновых фракций нефти с отдувочным газом и приводит к уменьшению выхода товарной нефти.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ очистки сероводород- и меркаптансодержащей  нефти [Патент РФ №2372379, опубл. 10.11.2009 г., МПК C10G 29/20], включающий физическую очистку нефти от сероводорода и меркаптанов за счет концентрирования удаляемых компонентов в газовой фазе путем ректификации нефти, нагретой до 195°C, при повышенном давлении (0,14-0,58 МПа изб.) с выведением жидких остатков ректификации в качестве компонентов товарной нефти и химическую очистку удаленных компонентов промывкой водным раствором нейтрализатора сероводорода в присутствии десорбирующего газа и воды, выделенной из нефти. Полученную очищенную углеводородную жидкую фазу направляют в товарную нефть или выводят как отдельный продукт, а очищенный газ сжигают или направляют на дополнительную аминовую очистку.
Недостатком известного способа являются многостадийность и сложность, большая металлоемкость, высокие энергозатраты и необходимость постоянного расхода химического реагента - нейтрализатора сероводорода. Кроме того, способ применим для очистки нефти, содержащей лишь небольшие количества растворенного сероводорода, из-за повышенного расхода дорогостоящего реагента.
Технический результат - упрощение способа, снижение металлоемкости и энергозатрат, исключение расхода химических реагентов, очистка нефти с любым содержанием сероводород и меркаптанов.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем физическую очистку нефти от сероводорода и меркаптанов за счет концентрирования удаляемых компонентов в газовой фазе с выведением жидкого остатка в качестве товарной нефти и химическую очистку удаленных компонентов, особенностью является то, что физическую очистку осуществляют путем отдувки нефти циркулирующим газом в колонном аппарате при температуре отдувки и пониженном давлении (0,05 ÷ 0,099 МПа абс.) с получением товарной нефти и газа отдувки, а химическую очистку осуществляют путем прямого каталитического окисления сероводорода и меркаптанов в газе отдувки кислородом воздуха, с последующей подачей по меньшей мере части продуктов окисления на отдувку в качестве циркулирующего газа и промывкой балансовой части продуктов окисления товарной нефтью с получением очищенного газа.
Осуществление физической очистки нефти путем отдувки циркулирующим газом позволяет избежать потерь легких фракций нефти с газом отдувки. Температура отдувки зависит от фракционного состава нефти и давления в колонном аппарате и определяется расчетным путем. Как правило, температура отдувки составляет 30-70°С. Целесообразным является проведение отдувки при температуре стабилизации нефти на конечной ступени сепарации.
Понижение давления способствует снижению температуры отдувки и соответствующему уменьшению энергозатрат на нагрев нефти. Проведение отдувки при давления большем, чем 0,099 МПа абс., не приносит заметного эффекта снижения энергозатрат на нагрев нефти, снижение давления продувки ниже 0,05 МПа абс. увеличивает расход энергии на циркуляцию газа, увеличивает необходимый объем катализатора, размер реактора и его металлоемкость на стадии химической очистки.
Химическая очистка газа отдувки путем прямого каталитического окисления сероводорода и меркаптанов кислородом воздуха известным способом позволяет превратить удаляемые газообразные компоненты в жидкие, относительно малолетучие соединения (ди-, полисульфиды, сера и т.п.), растворимые в нефти.
Подача по меньшей мере части продуктов окисления на отдувку в качестве циркулирующего газа позволяет производить отдувку сероводорода и меркаптанов из нефти без использования продувочного газа со стороны, а также позволяет одновременно абсорбировать жидкие продукты окисления нефтью при ее физической очистке в колонном аппарате.
3
Промывка балансовой части продуктов окисления товарной нефтью позволяет получить обессеренное газообразное топливо для собственных нужд, например, для нагрева нефти. Объем образующейся балансовой части продуктов окисления пропорционален содержанию сероводорода и меркаптанов в очищаемой нефти и составляет, например, для нефти, содержащей 100 ppmw сероводорода и 200 ppmw меркаптанов, около 0,25 м/т нефти.
Предлагаемый способ проще известного способа и предусматривает использование вчетверо меньшего количества технологических стадий, а использование четырех технологических аппаратов взамен тринадцати, используемых в прототипе, позволяет уменьшить металлоемкость оборудования.
Предлагаемый способ не предполагает использования компрессора и аппаратов воздушного охлаждения, что снижает затраты электроэнергии на осуществление способа.
Кроме того, предлагаемый способ не предусматривает использования дорогостоящего реагента - нейтрализатора сероводорода и не предусматривает ограничения содержания сероводорода и меркаптанов в очищаемой нефти.
Способ осуществляют следующим образом. Сероводород- и/или меркаптансодержащую нефть (I) подогревают до температуры отдувки (условно показан теплообменник 1), и подают на верх верхней секции 3 двухсекционного массообменного колонного аппарата 2, например, насадочного типа, в низ верхней секции 3 массообменного аппарата 2 подают рециркулируемую часть (II) газообразных продуктов окисления (III). С низа верхней секции 3 массообменного аппарата 2 выводят очищенную нефть (IV) и подают ее на верх нижней секции 4 массообменного аппарата 2 для промывки балансовой части продуктов окисления (V), подаваемых в низ нижней секции 4 массообменного аппарата 2. С низа массообменного аппарата 2 выводят товарную нефть (VI), соответствующую требованиям норм по содержание сероводорода и метил- и этилмеркаптанов.
С верха нижней секции 4 массообменного аппарата 2 выводят очищенный газ (VII), который используют в качестве топлива для собственных нужд или подают на смешение с газом концевой сепарационной установки. С верха массообменного аппарата 2 выводят газ отдувки (VIII), который смешивают со стехиометрическим количеством воздуха (IX), сжимают газодувкой 5 до давления прямого окисления и подают в обогреваемый каталитический реактор 6, в котором осуществляют селективное прямое каталитическое окисление сероводорода и меркаптанов в среде газа по известному способу. Продукты каталитического окисления (III) разделяют на две части, одну из которых (II) рециркулируют, подавая в верхнюю секцию 3 массообменного аппарата 2 на отдувку сероводорода и меркаптанов из нефти, а другую балансовую часть (V) подают на промывку в нижнюю секцию 4 массообменного аппарата 2.
Работоспособность предлагаемого способа иллюстрируется следующим примером.
3
3
3
Пример 1. Стабильную нефть после концевой сепарационной установки, содержащую 360 ppmw сероводорода и 120 ppmw метил- и этилмеркаптанов, в количестве 67 т/час при температуре 38°С и давлении 0,08 МПа абс. подают на верх двухсекционного колонного насадочного массообменного аппарата, при этом в низ верхней секции подают 330 нм/час циркулирующей части газообразных продуктов окисления. Газ отдувки с верхамассообменного аппарата смешивают с 45 нм/час воздуха, сжимают газодувкой до 0,11 МПа и подают в каталитический реактор, в котором при 250-280°С в присутствии неподвижного гранулированного железооксидного катализатора сероводород и меркаптаны окисляются с получением газообразных продуктов окисления, содержащих пары растворимых в нефти относительно малолетучих ди- и полисульфидов, серы и т.п. соединений. Часть газообразных продуктов окисления направляют в массообменный аппарат для отдувки сероводорода и меркаптанов из нефти, а балансовую часть промывают очищенной нефтью с получением 65 нм/час очищенного газа, который частично используют в качестве топлива для поддержания температуры в каталитическом реакторе, а частично направляют на утилизацию совместно с газом концевой сепарационной установки. Выход товарной нефти составил более 99,8%.
Предлагаемый способ может найти применение в нефтегазодобывающей промышленности, например, при подготовке сероводород- и меркаптансодержащей нефти к транспорту.