СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ДВУОКИСИ СЕРЫ ДЛЯ ЗАКАЧКИ В ПЛАСТ ЧЕРЕЗ НАГНЕТАТЕЛЬНУЮ СКВАЖИНУ
METHOD OF PREPARING SULPHUR DIOXIDE FOR PUMPING INTO FORMATION THROUGH INJECTION WELL

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к способам подготовки двуокиси серы к закачке в пласт через нагнетательную скважину.
Наиболее близким к заявленному в качестве изобретения техническому решению является способ получения энергии из сероводорода, в котором часть серы, полученной на установке Клауса, сжигают в кислородсодержащем газе, часть двуокиси серы конденсируют из продуктов сгорания путем их охлаждения водой, а дымовые газы смешивают с дымовыми газами от сжигания хвостового газа Клауса, очищают от двуокиси серы абсорбционным способом, извлеченную двуокись серы возвращают на установку Клауса либо направляют на хранение, реализацию или захоронение, а очищенные дымовые газы сбрасывают в атмосферу (см. заявку на изобретение US 2007/0025900 А1, МПК B01D 53/14 (2006.01), С01В 17/00, 17/02, 17/48 (2006.01), опубл. 01.02.2007).
2
2
2
2
3
Основными недостатками известного способа является многоступенчатость процесса, состоящая в том, что вначале из сероводородсодержащего газа получают серу, а затем серу сжигают для получения двуокиси серы, а также необходимость использования кислорода в процессе сжигания серы. При сжигании серы в кислородо-азотной смеси для конденсации SO из продуктов сгорания под давлением 1,6 бар необходима температура порядка минус 200°С, при сжигании серы в азото-кислородной смеси (40% O и 60% N) - ниже минус 50°С, а при сжигании серы в кислороде при тех же условиях температура конденсации SO составит 1-2°С, но при этом расход чистого кислорода составит 700 м на тонну серы, что потребует большего расхода энергии на получение кислорода, чем можно утилизировать тепло, выделяющееся при сжигании 1 т серы.
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное техническое решение, заключается в исключении использования кислорода в процессе получения двуокиси серы путем сжигания сероводородсодержащего газа, осушки двуокиси серы путем ступенчатого охлаждения для снижения риска коррозионных разрушений оборудования и трубопроводов, работающих под высоким давлением.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе подготовки двуокиси серы для закачки в пласт через нагнетательную скважину, включающем полное сжигание сероводородсодержащего газа на воздухе, подачу извлеченной из продуктов сгорания насыщенной парами воды двуокиси серы последовательно более чем на одну ступень охлаждения, состоящую из установленных последовательно холодильника и сепаратора, согласно изобретения, насыщенную парами воды двуокись серы под давлением 0,13-0,16 МПа подают последовательно на первую, вторую и третью ступени охлаждения, на входе в холодильник первой ступени охлаждения в газ впрыскивают антифриз и затем газ охлаждают до температуры 15-20°С, в холодильнике второй ступени охлаждения - до температуры 8-10°С, а в холодильнике третьей ступени - до температуры 1-2°С, с верхней части сепаратора третьей ступени охлаждения осушенную двуокись серы с остаточным содержанием паров воды до 0,02 мас.% направляют в теплообменник и подогревают до температуры 55-60°С и затем переводят ее в жидкое однофазное состояние путем подачи на сжатие до давления 0,8-0,9 МПа и охлаждения до температуры 40-50°С, затем жидкую двуокись серы направляют в конечный сепаратор, где от нее отделяют несконденсированные газы, после чего жидкая двуокись серы поступает на вход насоса и под давлением не менее 1,5 МПа направляется на хранение в специальные емкости, откуда отбирается насосом высокого давления и направляется на закачку в пласт через нагнетательную скважину под давлением до 20 МПа или отправляется другим потребителям под давлением 1,5 МПа, при этом кислую воду из нижней части сепараторов после первой, второй и третьей ступеней охлаждения направляют на блок отпарки двуокиси серы, отпаренную двуокись серы возвращают в поток влажной двуокиси серы, извлеченной из продуктов сгорания сероводородсодержащего газа, а отпаренную воду используют в качестве питательной воды для котлов-утилизаторов, направляют на хозяйственные нужды или закачивают в пласт.
Сущность заявленного технического решения поясняется чертежом, на котором приведена схема установки для подготовки газообразной двуокиси серы к закачке в пласт через нагнетательную скважину, реализующей предложенный способ и содержащей три ступени охлаждения газа и блок сжижения газообразной двуокиси серы.
Установка состоит из трубопровода 1 подачи насыщенной парами воды двуокиси серы на первую ступень охлаждения, состоящую из холодильника 2, соединенного трубопроводом 3 с сепаратором 4. Верхняя часть сепаратора 4 соединена трубопроводом 5 со второй ступенью охлаждения двуокиси серы, а к нижней части присоединен трубопровод 6 для вывода кислой воды из устройства в общий водный коллектор 7.
Вторая ступень охлаждения двуокиси серы состоит из холодильника 8, соединенного трубопроводом 9 с сепаратором 10. Верхняя часть сепаратора 10 соединена трубопроводом 11 с третьей ступенью охлаждения двуокиси серы, а нижняя часть - трубопроводом 12 с общим водным коллектором 7 вывода воды из устройства.
Третья ступень охлаждения двуокиси серы состоит из холодильника 13, соединенного трубопроводом 14 с сепаратором 15. Верхняя часть сепаратора 15 соединена трубопроводом 16 с трубным пространством теплообменника 17 газ - газ блока сжатия-охлаждения двуокиси серы, а нижняя часть - трубопроводом 18 с общим водным коллектором 7 вывода воды из устройства.
Теплообменник 17 трубопроводом 19 соединен с входом в компрессор 20.
Выход компрессора 20 трубопроводом 21 соединен с входом межтрубного пространства теплообменника 17. Выход межтрубного пространства теплообменника 17 соединен трубопроводом 22 со входом второго компрессора 23.
Выход второго компрессора 23 соединен трубопроводом 24 с холодильником 25, из которого жидкая двуокись серы выводится посредством трубопровода 26, соединенного с сепаратором 27.
Несконденсированные газы выводятся из верхней части сепаратора 27 по трубопроводу 28 и сбрасываются в атмосферу. Жидкая двуокись серы выводится из нижней части сепаратора 27 по трубопроводу 29, соединенному с насосом 30, который, в свою очередь, соединен с емкостью среднего давления 31 трубопроводом 32. Жидкая двуокись серы выводится из емкости 31 по трубопроводу 33, соединенному с насосом высокого давления 34. По трубопроводу 35, соединенному с насосом высокого давления 34, жидкая двуокись серы направляется на закачку в пласт.
По трубопроводу 36 жидкая двуокись серы отправляется на отгрузку другим потребителям.
Заявленный способ реализуется следующим образом.
Насыщенную парами воды газообразную двуокись серы из регенератора установки абсорбционной очистки продуктов полного сжигания сероводородсодержащего газа (на чертеже не показан) с давлением 0,13-0,16 МПа и температурой 40-50°С по трубопроводу 1 подают на вход холодильника 2 первой ступени охлаждения. Перед холодильником 2 в газовый поток по трубопроводу 37 впрыскивают антифриз (этиленгликоль или метанол) для предотвращения образования гидратов на последующих ступенях охлаждения.
В холодильнике 2 газ охлаждают до температуры 15-20°С, после чего по трубопроводу 3 направляют в сепаратор 4, в котором охлажденную двуокись серы разделяют на газовую фазу, выводимую по трубопроводу 5, и кислую воду, выводимую из устройства по общему водному коллектору 7.
Газовую фазу (двуокись серы) из верхней части сепаратора 4 подают в холодильник 8, в котором газ охлаждают до 8-10°С. Из холодильника 8 двухфазный поток по трубопроводу 9 подают в сепаратор 10 для разделения на жидкую и газовую фазы. Жидкая фаза (кислая вода) выводится из нижней части сепаратора 10 по трубопроводу 12, соединенному с общим водным коллектором 7 для вывода воды из системы. Газовую фазу выводят из верхней части сепаратора 10 по трубопроводу 11, соединенному с холодильником 13.
В холодильнике 13 газ охлаждают до температуры 1-2°С. Из холодильника 13 двухфазный поток по трубопроводу 14 подают на разделение в сепаратор 15.
Холодильники 2, 8, 13 охлаждаются хладагентом с температурой кипения минус 5°С, поступающим из испарителя холодильной машины (на чертеже не показаны). Холодопроизводительность холодильной машины должна составлять 40-50 кВт на тонну охлаждаемой двуокиси серы.
Из верхней части сепаратора 15 по трубопроводу 16, соединенному с трубным пространством теплообменника 17 газ - газ, выводят двуокись серы с остаточным содержанием водяных паров 0,015-0,02 мас.%. Из нижней части сепаратора 15 по трубопроводу 18, соединенному с общим водным коллектором 7, выводят жидкую фазу (кислую воду).
Поток осушенной двуокиси серы в теплообменнике 17 подогревают и по трубопроводу 19 подают в компрессор 20. В компрессоре 20 газ сжимают до давления 0,3-0,4 МПа и по трубопроводу 21 подают в межтрубное пространство теплообменника 17 для охлаждения.
Из теплообменника 17 газ с температурой 55-60°С по трубопроводу 22 поступает в компрессор 23. В компрессоре 23 газ сжимается до давления 0,8-0,9 МПа и подается в соединенный с холодильником 25 трубопровод 24.
В холодильнике 25 двуокись серы охлаждается до температуры 40-50°С и переходит в жидкое однофазное состояние. Из холодильника 25 жидкая двуокись серы по трубопроводу 26 подается в сепаратор 27.
В сепараторе 27 из потока жидкой двуокиси серы отделяются несконденсированные газы, которые выводятся из верхней части аппарата и сбрасываются в атмосферу. Жидкая двуокись серы выводится из нижней части сепаратора 27 по трубопроводу 29 и подается на вход насоса 30.
Из насоса 30 жидкая двуокись серы под давлением не менее 1,5 МПа направляется на хранение в специальных емкостях среднего давления 31. Из емкостей 31 жидкая двуокись серы отбирается насосом высокого давления 34 и под давлением до 20 МПа подается на устье нагнетательной скважины для закачки в пласт или отправляется другим потребителям под давлением 1,5 МПа.
Кислая вода из сепараторов 4, 10 и 15 общим водным коллектором 7 подается на установку отпарки двуокиси серы водяным паром низкого давления (на чертеже не показана). Насыщенная водяными парами двуокись серы после установки отпарки по трубопроводу 38, соединенному с трубопроводом 3 в точке между холодильником 2 и сепаратором 4, возвращается в цикл подготовки газа к закачке в пласт.