УСТАНОВКА ОЧИСТКИ НЕФТИ ОТ СЕРОВОДОРОДА И НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ МЕРКАПТАНОВ
DEVICE FOR REMOVING HYDROGEN SULPHIDE AND LOW-MOLECULAR MERCAPTANS FROM OIL

Изобретение относится к установкам обработки углеводородного сырья и может быть использовано в нефтедобывающей промышленности при промысловой очистке сероводородсодержащей нефти от сероводорода и низкомолекулярных меркаптанов, преимущественно на удаленных объектах, не обустроенных системой газосбора.
Известна установка очистки нефти от сероводорода и низкомолекулярных меркаптанов (А.М.Мазгаров, А.Ф.Вильданов, В.Н.Салин. Очистка нефти и нефтепродуктов от меркаптанов и сероводорода. Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2003. №12, с.28-29), включающая секцию приготовления и хранения катализаторного комплекса (водно-щелочного раствора с катализатором) в составе емкостей с насосом для перемешивания химических реагентов, секцию подачи раствора с катализатором в нефть в составе насосов-дозаторов и статического смесителя, секцию подачи воздуха в составе воздушного компрессора и ресивера, секцию регенерации раствора в составе емкости отработанного раствора, насосов, теплообменника, фильтра отработанного воздуха, резервуары РВС для хранения очищенной нефти.
Недостатком установки является то, что она требует дозирования в поток нефти химических реагентов, продукты реакции сероводорода с которыми повторно загрязняют уже частично очищенную (обезвоженную и обессоленную) нефть, что проявляется в повышении содержания водной фазы и негативном влиянии на результаты анализов по определению концентрации хлористых солей по ГОСТ 21534-76. Установка включает в себя большое количество разнообразного оборудования и требует проведения нескольких технологических операций, связанных с приготовлением смеси растворов, дозированием смеси в поток нефти под высоким давлением при одновременном смешении с воздухом, проведением окислительной очистки нефти при транспорте смеси по трубопроводу, отстоем сырья в резервуарах и регенерацией раствора, включающей его нагрев, что определяет значительные материальные и эксплуатационные затраты, в т.ч. энергетические. Кроме того, при эксплуатации установки велики потери нефти в виде легких фракций совместно с отработанным воздухом из негерметизированных резервуаров РВС, а при очистке сероводородсодержащих нефтей высокой вязкости низка эффективность процесса отстоя нефти даже при значительном времени ее пребывания в резервуарах, что ведет к необходимости постоянного пополнения процесса свежими порциями реагентов и нецелесообразности проведения их регенерации.
Известна установка очистки нефти и газоконденсата от сероводорода и низкомолекулярных меркаптанов (RU 2120464 C1, C10G 27/06, C10G 27/10, опуб. 20.01.1998, Бюл. №29), включающая подводящий трубопровод сернистой нефти, сырьевую емкость, сырьевой насос, устройство для смешения воздуха с сырьем, подогреватель, реактор, емкость-отстойник и емкость-сепаратор перед резервуарами хранения очищенной нефти, емкости раствора щелочи и раствора катализатора, насосы-дозаторы, устройство для ввода воздуха.
Установка позволяет обеспечить снижение концентрации сероводорода и низкокипящих меркаптанов в нефти, уменьшить материальные затраты на проведение очистки нефти за счет возможности дозирования реагентов в поток нефти на приеме сырьевого насоса и исключения секции регенерации щелочного раствора и потери углеводородов с отработанным воздухом за счет использования специального сепарационного оборудования при условии их подачи в систему газосбора.
Недостатком установки остается возможность загрязнения нефти продуктами реакции, прежде всего элементной серой в процессе каталитического окисления сероводорода, в результате чего в нефти увеличивается «мнимое» количество хлористых солей и реакционной воды, что при значительном содержании сероводорода и меркаптанов в нефти может привести к превышению указанных показателей выше значений, требуемых по ГОСТ Р 51858-2002. Использование двух отдельных секций приготовления и дозирования реагентов увеличивает металлоемкость установки и ведет к необходимости осуществления контроля за точной дозировкой щелочного раствора и катализатора.
Наиболее близкой к предлагаемой является установка очистки нефти от сероводорода и низкомолекулярных меркаптанов, предназначенная для реализации способа подготовки сероводородсодержащей нефти (RU 2269566 С1, C10G 27/06 C10G 19/02, опуб. 10.02.2006, Бюл. №4), включающая подводящий нефтепровод сернистой нефти, соединенные последовательно трубопроводами сепаратор нефти с газопроводом, нефтяной насос, смесительное устройство, реактор окисления, сепаратор-отстойник высокого давления с газопроводом, сепаратор низкого давления с газопроводом и отводящим трубопроводом в резервуары хранения очищенной нефти, емкость приготовления и хранения катализаторного щелочного раствора с насосами-дозаторами, выход которых сообщен с входом нефтяного насоса, воздушный компрессор, выход которого подключен к входу смесительного устройства, отводящий газопровод, соединенный с факельной линией или системой газосбора.
Установка позволяет получать требуемые показатели качества нефти по концентрации сероводорода и легких меркаптанов и снизить негативное влияние продуктов реакции сероводорода с реагентами на качество нефти по содержанию водной фазы и концентрации хлористых солей за счет частичной отдувки сероводорода из нефти в сепараторе нагретой нефти при подаче в нее отработанного газа с азотом из сепаратора высокого давления и снижения объемов подаваемых в нефть реагентов (щелочного раствора с катализатором).
Недостатком известной установки является ограниченная область ее рентабельного использования - только на объектах, обустроенных системой газосбора. В большинстве случаев установки, реализующие окислительные методы очистки нефти с использованием реагентов, используются на удаленных объектах, где система газосбора отсутствует. В этих условиях подача отработанного воздуха, состоящего на 60-65% из азота, на прием сепаратора нефти способствует тому, что совместно с сероводородом в газовую фазу из нефти переходит значительное количество легких углеводородов, в основном пропана и бутан-пентановых фракций, что определяет снижение выхода товарной нефти, увеличение потерь, наряду с потерями из резервуаров для хранения очищенной нефти, при подаче азотоуглеводородной смеси на факел для сжигания (или свечу рассеивания), и увеличение негативной нагрузки на окружающую среду. Кроме того, техническая и технологическая взаимосвязь элементов установки определяет циклический режим ее работы, заключающийся в постоянной корректировке и контроле расхода воздуха и реагентов в связи с непрерывно меняющимися показателями по исходной концентрации сероводорода в нефти на ее выходе из сепаратора нагретой нефти и необходимости периодического снижения или увеличения расходов реагентов и воздуха, участвующих в процессе окислительной очистки нефти от сероводорода и легких меркаптанов, что негативно сказывается на получении стабильных показателей качества нефти. В связи с этим установка не гарантирует получение качества нефти по всем показателям согласно ГОСТ Р 51858-2002, особенно при высоком исходном содержании сероводорода в нефти свыше 400-500 ppm, поскольку эффективность удаления сероводорода из нефти в сепараторе постоянно меняется и не превышает в большинстве случаев 40-45%, что определяет использование достаточно большого объема химических реагентов, поскольку расход щелочного реагента с изменением исходной концентрации сероводорода меняется в меньшей степени, чем расход воздуха. Поэтому при высоком значении концентрации сероводорода в нефти, особенно высоковязкой, велика вероятность превышения показателей качества нефти по содержанию водной фазы и концентрации «мнимых» хлористых солей при избыточном объеме подаваемого щелочного реагента из расчета на минимальный объем отработанного воздуха из сепаратора-отстойника высокого давления, а при недостаточном объеме подаваемого реагента, рассчитанном на максимальное количество отработанного воздуха, направляемого в нефтепровод перед сепаратором нефти, - и по массовой доле сероводорода и низкомолекулярных меркаптанов. Предлагаемый в установке технологический прием отстоя после реактора и рециркуляции реакционной смеси (почти полностью отработанного реагента) на прием сырьевого насоса предполагает увеличение нагрузки на него и на установку в целом не только по реагенту, а, в большей степени, по уже очищенной нефти, поскольку процесс качественного отстоя реагента, имеющего при подготовке вязких нефтей плотность, близкую к плотности нефти, маловероятен в условиях одновременной сепарации от нефти отработанного воздуха, что в конечном итоге также негативно сказывается на качестве очистки нефти и требует повышенных энергетических затрат.
Техническими задачами предлагаемого изобретения являются повышение качества очистки нефти от сероводорода и низкомолекулярных меркаптанов за счет снижения доли водной фазы в товарной нефти, исключения отрицательного влияния продуктов реакции реагентов с сероводородом и низкомолекулярными меркаптанами при определении концентрации хлористых солей в нефти, стабилизации режимных параметров очистки нефти путем поддержания постоянных расходов реагентов и воздуха, подаваемых в нефть на стадии окисления сероводорода и меркаптанов, и снижение потерь легких углеводородов нефти из сепараторов и резервуаров очищенной нефти за счет оптимизации распределения потоков газа из сепараторов высокого и низкого давлений.
Поставленная техническая задача решается описываемой установкой очистки нефти от сероводорода и низкомолекулярных меркаптанов, включающей подводящий нефтепровод сернистой нефти, соединенные последовательно трубопроводами сепаратор нефти с газопроводом, нефтяной насос, смесительное устройство, реактор окисления, сепаратор высокого давления с газопроводом, сепаратор низкого давления с газопроводом и резервуары хранения очищенной нефти, емкость приготовления и хранения катализаторного щелочного раствора с насосами-дозаторами, выход которых сообщен с входом нефтяного насоса, воздушный компрессор, выход которого подключен к входу смесительного устройства, и факельную линию.
Новым является то, что для повышения качества очистки нефти от сероводорода и низкомолекулярных меркаптанов за счет снижения доли водной фазы в товарной нефти и исключения отрицательного влияния продуктов реакции реагентов с сероводородом и низкомолекулярными меркаптанами на определение концентрации хлористых солей в нефти, стабилизации режимных параметров очистки нефти, снижения потерь легких углеводородов нефти из сепараторов и резервуаров очищенной нефти она дополнительно оснащена водоводом пресной промывочной воды, соединенным с трубопроводом между сепараторами высокого и низкого давления, причем газопроводы сепаратора нефти и сепаратора низкого давления соединены отводным газопроводом, а газопровод сепаратора высокого давления сообщен с факельной линией и через трубную перемычку с клапаном «после себя» - с резервуарами хранения очищенной нефти.
Новым является также то, что для достижения показателей качества нефти в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51858-2002 при очистке высоковязких нефтей с высокой исходной концентрацией сероводорода за счет увеличения глубины очистки по всем показателям качества на трубопроводе между соединением с водоводом и сепаратором низкого давления размещен электродегидратор.
На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемой установки очистки нефти от сероводорода и низкомолекулярных меркаптанов.
Установка содержит подводящий нефтепровод 1 сернистой нефти, сепаратор 2 нефти с газопроводом 3, нефтяной насос 4, емкость 5 приготовления и хранения катализаторного щелочного раствора, насосы-дозаторы 6, выкид которых соединен трубопроводом 7 с приемом насоса 4, воздушный компрессор 8 с трубопроводом 9, смеситель 10, реактор окисления 11, сепаратор 12 высокого давления с газопроводом 13, трубопровод 14 с подключенным к нему водоводом 15 пресной промывочной воды, электродегидратор 16 с трубопроводом 17 сброса воды, подключенным к входу установки подготовки нефти, и отводящим нефтепроводом 18, сепаратор 19 низкого давления с газопроводом 20, соединенным отводным газопроводом 21 с газопроводом 3 сепаратора 2 нефти, резервуары 22 хранения очищенной нефти, подключенные по газовой фазе посредством трубной перемычки 23, на которой установлен клапан 24 «после себя», к газопроводу 13, соединенному с факельной линией 25.
3
Установка очистки нефти от сероводорода и низкомолекулярных меркаптанов работает следующим образом. Сероводородсодержащую нефть (прошедшую стабилизацию, глубокое обезвоживание и обессоливание или только глубокое обезвоживание) с установки подготовки нефти (УПН) по подводящему нефтепроводу 1 подают в сепараторы 2 нефти, откуда газ по газопроводу 3 поступает, например, в печи УПН для нагрева сырой нефти. Дегазированную нефть после сепаратора 2 направляют на прием насоса 4, куда из емкости 5 насосами-дозаторами 6 по трубопроводу 7 подают катализаторный комплекс (КТК), представляющий собой щелочной раствор, предпочтительно 25%-ный раствор аммиака NH, с катализатором. В рабочей полости насоса происходит интенсивное перемешивание раствора с нефтью. После насоса 4 в поток нефти воздушным компрессором 8 по трубопроводу 9 вводят стехиометрическое количество воздуха, который перемешивается с нефтью и щелочным раствором под давлением 1,0-1,5 МПа в смесителе 10. Далее смесь нефти, воздуха и реагента направляют в реактор 11 окисления, где осуществляется основной процесс очистки нефти за счет окисления сероводорода до элементарной серы, а низкомолекулярных меркаптанов - до дисульфидов. Образующие продукты реакции реагентов и кислорода воздуха с сероводородом, меркаптанами и находящимися в нефти нафтеновыми кислотами и вода, также выделяющаяся в процессе реакции, ухудшают показатели качества нефти: увеличивается массовая доля воды, продукты реакции оказывают негативное влияние на проведение анализа по определению содержания хлористых солей в нефти по методу ГОСТ 21534-76 (метод А - титрованием водного экстракта), которое проявляется в виде увеличения концентрации хлористых солей в нефти. После реактора 11 нефть подают в сепаратор 12 высокого давления, из которого отделившийся от нефти при давлении порядка 0,2-0,3 МПа отработанный воздух (азот свыше 60% с легкими углеводородами) поступает в газопровод 13, а очищенную нефть направляют в трубопровод 14. Для удаления из объема нефти продуктов реакции с целью доведения ее качества согласно требованиям ГОСТ Р 51858-2002 и исключения их влияния на результаты определении концентрации хлористых солей в поток нефти, транспортируемой по трубопроводу 14, по водоводу 15 подают пресную промывочную воду, количество которой подбирают опытным путем, исходя из объемов нефти и исходной концентрации в ней сероводорода и низкомолекулярных меркаптанов. Лабораторные и промысловые исследования показывают, что количество пресной воды для промывки нефти от загрязняющих продуктов реакции составляет от 2 до 10% от объема нефти. При очистке легких нефтей вязкостью до 20-30 мПа·с с содержанием сероводорода да 150-200 ppm и меркаптанов до 50-100 ppm обработанную пресной водой нефть транспортируют через все последующие сооружения до резервуаров ее хранения, где в процессе ее отстоя осуществляют подрезку и сброс всей водной фазы с продуктами реакции. При очистке тяжелых нефтей вязкостью свыше 60 мПа·с с высокой концентрацией сероводорода свыше 250-300 ppm нефть после ввода пресной воды дополнительно направляют в электродегидратор 16, где при давлении, близком к давлению в сепараторе 12 высокого давления, подвергают воздействию электрического поля, в результате чего осуществляется процесс эффективного отстоя водной фазы (смеси пластовой воды, воды, изначально присутствующей в щелочном растворе и пресной промывочной воды) с продуктами реакции и остаточными хлористыми солями. Отстоявшуюся воду по трубопроводу 17 подают на прием УПН, а нефть по нефтепроводу 18 направляют в сепаратор 19 низкого давления, где при давлении около 0,05-0,1 МПа газовую фазу, содержащую до 90% углеводородов, отделяют от очищенной нефти. Газ из сепаратора 19 направляют в газопровод 20 и по отводному газопроводу 21 подают в газопровод 3 сепаратора 2 и далее смесь газов со сниженным содержанием сероводорода используют в печах нагрева нефти УПН или для других нужд промысла. Такой прием позволяет полностью ликвидировать потери углеводородов из сепаратора 19 низкого давления и снизить коррозионную агрессивность газа, подаваемого на печи УПН. Нефть из сепаратора 19 направляют в резервуары 22 для хранения, которые эксплуатируются в режиме «заполнение-откачка». При поступлении нефти в резервуары 22 в результате снижения давления выделяется остаточный газ, который при их заполнении совместно с продуктами испарения с зеркала поверхности нефти через дыхательные клапаны сбрасывается в атмосферу. Для снижения потерь нефти в виде легких фракций при последующем опорожнении резервуаров 22, которое сопровождается снижением давления в их паровых пространствах, в них по перемычке 23 через клапан 24 «после себя» по сигналу от импульсной трубки, фиксирующей момент снижения давления до определенного значения, из газопровода 13 сепаратора 12 высокого давления начинает поступать газ с высоким содержанием азота, в результате чего в резервуарах формируется азотная подушка, обеспечивающая снижение испаряемости нефти и потерь ее легких фракций при последующем заполнении резервуаров 22, поскольку при повышении давления в резервуарах и открытии дыхательных клапанов в атмосферу будет выбрасываться в основном азот. Дополнительный эффект, помимо снижения негативной нагрузки на окружающую среду и потерь углеводородов из сепаратора 12 высокого давления и резервуаров 22, от соединения газопровода 13 и резервуаров 22 через трубную перемычку 23, заключается в уменьшении пожароопасности и снижения коррозионной агрессивности среды в резервуарах 22 за счет исключения попадания в них воздуха. При заполнении резервуаров 22 азотоуглеводородная смесь из сепаратора 12 высокого давления направляется по газопроводу 13 в факельную линию для сжигания (или рассеивания). При накоплении в резервуарах 22 определенного объема водной фазы ее периодически сбрасывают в резервуары очистных сооружений.
Предлагаемая установка позволяет осуществить очистку нефти от сероводорода и низкомолекулярных меркаптанов до требований ГОСТ Р 51858-2002 и по сравнению с известными имеет следующие преимущества:
- имеет широкую область применения вне зависимости от существующей инфраструктуры по сбору и использованию нефтяного газа;
- повышается качество очистки нефти за счет снижения доли водной фазы и исключения отрицательного влияния продуктов реакции реагентов с сероводородом и низкомолекулярными меркаптанами на определение концентрации хлористых солей в нефти в результате стабилизации режимных параметров при поддержании постоянных расходов реагентов и воздуха и обеспечения эффективной промывки нефти от продуктов реакции, что обеспечивает также упрощение контроля и регулирования процесса очистки нефти;
- уменьшаются потери нефти в виде легких углеводородов из резервуаров и сепараторов за счет оптимизации распределения потоков газа из этих аппаратов;
- снижается пожароопасность объектов за счет исключения попадания в атмосферные резервуары хранения нефти воздуха и одновременно уменьшается коррозионная активность газовой среды в них.
Предлагаемая установка очистки нефти от сероводорода и низкомолекулярных меркаптанов технологична и проста в исполнении, легко реализуема на действующих объектах подготовки сероводородсодержащей нефти и позволяет получать нефть в соответствии с ГОСТ Р 51858-2002.
В зависимости от конкретных условий сбора и подготовки, физико-химических свойств нефти и концентрации в ней сероводорода и низкомолекулярных меркаптанов предлагаемая установка может эксплуатироваться как в составе действующей УПН после блока глубокого обезвоживания нефти, так и как самостоятельное устройство после существующей УПН с целью доведения качества товарной нефти до требований ГОСТ Р 51858-2002.