УСТАНОВКА ОЧИСТКИ НЕФТИ ОТ СЕРОВОДОРОДА И МЕРКАПТАНОВ

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к установкам очистки сероводородсодержащих нефтей, и может быть использовано для промысловой очистки сернистых нефтей от сероводорода и легких метил-, этилмеркаптанов до уровня современных требований (ГОСТ Р 51858-2002).
Известна установка окислительной очистки сернистой нефти от сероводорода и легких меркаптанов, включающая подводящий трубопровод сернистой нефти, сырьевую емкость, узел приготовления, хранения и дозировки водно-щелочного раствора фталоцианинового катализатора окисления, содержащий емкость раствора щелочи, емкость водно-щелочного раствора катализатора, снабженную барботирующим устройством для продувки раствора катализатора инертным газом (азотом), насосы-дозаторы для подачи растворов щелочи и катализатора в поток сернистой нефти, и блок окислительной очистки нефти, содержащий центробежный насос нефти, устройство для подачи воздуха, устройство для смешения воздуха с нефтью, подогреватель нефти, реактор окисления колонного типа, емкость-отстойник для сбора реакционной смеси, нижняя часть которой соединена трубопроводом через регулятор расхода с сырьевой емкостью для возврата части реакционной смеси на смешение с сернистой нефтью, и емкость-сепаратор для разделения реакционной смеси, верхняя часть которой соединена трубопроводом для отвода сепарированного отработанного воздуха на факел, а нижняя ее часть - трубопроводом для отвода отделенного водно-солевого раствора в канализацию сточных вод. При этом в качестве устройства для подачи воздуха используют воздушный компрессор или напорный инжектор, а устройство для смешения сжатого воздуха с нефтью выполнено в виде тора с отверстиями (RU 2120464, C 10 G 27/06, 1998 г., Бюл. №29).
Недостатком указанной установки является то, что она не обеспечивает снижение содержания общей серы в очищенной товарной нефти и приводит к загрязнению ее коррозионной элементной серой, образующейся в результате каталитического окисления сероводорода воздухом, а также к увеличению содержания воды в товарной нефти за счет образования реакционной воды и воды, вводимой с растворами щелочи и катализатора окисления. Кроме того, очистка на указанной установке нефтей с высоким содержанием сероводорода может привести также к сероотложениям в технологическом оборудовании и средствах КИПиА. Очистка таких нефтей на указанной установке требует проведения процесса окисления при высоком давлении для обеспечения растворения стехиометрически необходимого количества воздуха в очищаемой нефти. На известной установке для снижения давления проведения процесса предлагается рециркулировать реакционную смесь (до 200% от исходной нефти) из куба емкости-отстойника в сырьевую емкость на смешение с исходной нефтью. Однако, рециркуляция большого объема очищенной нефти приводит к увеличению нагрузки на сырьевой насос и необходимости использования насоса большой производительности (следовательно, к увеличению расхода электроэнергии) и крупногабаритных аппаратов для обеспечения необходимого по технологии времени пребывания.
Наиболее близкой к предлагаемой является установка очистки товарной (дегазированной, обезвоженной и обессоленной) нефти от сероводорода, включающая подводящий трубопровод сернистой нефти, блок нейтрализации сероводорода, содержащий узел приготовления и хранения реагента-нейтрализатора, поршневой насос-дозатор, напорный трубопровод которого снабжен гасителем пульсаций давления и форсункой, установленной в подводящем трубопроводе нефти, статический смеситель, установленный на трубопроводе сернистой нефти после точки ввода реагента, буферную емкость и узел транспортировки очищенной товарной нефти (RU 45292 U1, 2005 г., Бюл. №13).
3
Недостатком указанной установки является то, что она не обеспечивает снижения содержания общей серы в очищенной товарной нефти, требует значительных материальных расходов и эксплуатационных затрат на очистку высокосернистой нефти из-за высокого расхода дорогостоящего реагента на нейтрализацию содержащегося сероводорода (около 300 л/ч или более 2,6 тыс. м/год). Кроме того, эксплуатация данной установки приводит к загрязнению очищенной товарной нефти нежелательными продуктами нейтрализации сероводорода реагентом и увеличению содержания в ней воды (за счет образования реакционной воды и воды, поступающей в составе применяемого реагента-нейтрализатора). Другим недостатком установки является то, что она не обеспечивает очистку сероводород- и меркаптансодержащей нефти одновременно от легких метил- и этилмеркаптанов до уровня современных требований.
Указанные недостатки в значительной мере устраняются описываемой ниже предлагаемой установкой очистки сернистой нефти от сероводорода и легких метил-, этилмеркаптанов.
Предлагаемая установка включает подводящий трубопровод сернистой нефти, блок нейтрализации сероводорода и легких меркаптанов, содержащий узел приема и хранения реагента-нейтрализатора, насос-дозатор, напорный трубопровод которого соединен с трубопроводом очищаемой сернистой нефти, смесительное устройство для смешения реагента-нейтрализатора с нефтью, установленное на трубопроводе нефти после точки ввода реагента-нейтрализатора, и буферную емкость, которая в отличие от известной установки, дополнительно содержит отпарную (ректификационную) колонну с выносным нагревателем-рибойлером, установленную на входе установки и предназначенную для предварительного десорбционного удаления из нефти основного количества содержащегося сероводорода за счет его отпарки, теплообменник-холодильник, установленный после отпарной колонны и предназначенный для охлаждения частично очищенной от сероводорода нефти, трубчатый
реактор, выполненный в виде трубопровода расчетной длины от смесительного устройства до буферной емкости и обеспечивающий минимально необходимое время контакта реагента с очищаемой нефтью; при этом питающая зона (боковой штуцер) отпарной колонны соединена с подводящим трубопроводом сернистой нефти, верх колонны сообщен с системой сбора и утилизации нефтяных газов и/или с факельной системой, а куб колонны через нагреватель-рибойлер и/или холодильник соединен трубопроводом со смесительным устройством, причем в качестве смесительного устройства для смешения реагента с нефтью преимущественно использован центробежный насос или проточный роторный смеситель типа ПРГ, или диафрагменный смеситель, или эмульсионный (смесительный) клапан. Кроме того, для обеспечения дополнительного перемешивания реакционной смеси и интенсификации протекания реакций нейтрализации трубчатый реактор может быть снабжен статическим(и) смесителем(ями), установленным(и) в середине и/или на расстоянии около 1/3 длины реактора-трубопровода от буферной емкости. Для обеспечения стабильности подачи реагента-нейтрализатора и исключения его перерасхода напорный трубопровод насоса-дозатора может быть снабжен гасителем пульсаций давления, представляющим собой емкость с воздухом и выполняющим роль амортизатора, а также форсункой(ами), установленной(ыми) в трубопроводе частично очищенной нефти после холодильника. При эксплуатации установки в качестве реагента-нейтрализатора, обеспечивающего эффективную нейтрализацию остаточного сероводорода и легких меркаптанов используют продукт(ы) взаимодействия формальдегида (формалина или параформальдегида) с первичным и/или вторичным органическим амином и/или аммиаком, предпочтительно с алканоламином и/или алкиламином, или продукт(ы) взаимодействия третичного амина с алкиленоксидом, предпочтительно с оксидом этилена и/или пропилена, или водно-щелочные растворы нитрита натрия или пероксида водорода.
Отличительными признаками предлагаемого изобретения от вышеуказанной известной установки (прототипа) являются наличие отпарной (ректификационной) колоны, снабженной выносным нагревателем-рибойлером и установленной на линии подводящего трубопровода сернистой нефти, теплообменника-холодильника, установленного на линии нефти после отпарной колонны, трубчатого реактора, снабженного статическим(и) смесителем(ями), а также наличие трубопроводов, соединяющих верх отпарной колонны с системой сбора и утилизации нефтяных газов и/или с факельной системой, а куб колонны - с нагревателем-рибойлером, теплообменником-холодильником и смесительным устройством.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что установка дополнительно содержит отпарную колонну с выносным нагревателем-рибойлером, установленную на входе установки, наличие которой позволяет осуществить многоступенчатое противоточное контактирование сероводородсодержащей нефти и углеводородных газов (паров), выделяющихся из нефти при ее нагреве в нагревателе (рибойлере или печи), в результате чего достигается десорбционное удаление из нефти основного количества (до 90 - 98%) содержащегося сероводорода. Затем очищенная от основного количества сероводорода и охлажденная в теплообменнике-холодильнике до температуры не выше 70-75°С нефть через смесительное устройство проточного типа поступает в трубчатый реактор, где происходит доочистка нефти от остаточного сероводорода и легких меркаптанов до норм ГОСТ Р 51858 за счет их нейтрализации реагентом-нейтрализатором. Предварительное удаление из нефти основного количества сероводорода отпаркой в ректификационной колонне позволяет несколько снизить содержание общей серы в очищенной товарной нефти, уменьшить загрязнение нефти нежелательными продуктами нейтрализации сероводорода, снизить содержание воды в товарной нефти (за счет уменьшения образования реакционной воды так и удаления части
содержащейся в нефти воды при отпарке), и, главное, многократно уменьшить расход дорогостоящего нейтрализатора.
Следует указать, что согласно результатам проведенных экспериментов, очистка высокосернистых нефтей от сероводорода и легких меркаптанов до норм ГОСТ Р 51858 только отпаркой в тепломассобменной колонне требует проведения процесса при сравнительно высоких температурах, что приводит к значительным энергозатратам на нагрев нефти, термическому разложению содержащихся сероорганических соединений нефти с образованием вторичного сероводорода, легких меркаптанов и заметному снижению выхода очищенной товарной нефти от потенциала из-за возрастания потерь (уноса) легких бензиновых фракций нефти с выделяющимся нефтяным газом, отводимым с верха отпарной колонны. Кроме того, отпарка не обеспечивает эффективную очистку высокосернистой нефти от легких меркаптанов (до норм ГОСТ Р 51858) даже при нагревании нефти до высоких температур (170°С и выше).
На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемой установки очистки нефти от сероводорода и легких меркаптанов. Установка содержит подводящий трубопровод сернистой нефти 1, отпарную колонну 2 с выносным нагревателем-рибойлером 3, теплообменник-холодильник 4, блок нейтрализации сероводорода и легких меркаптанов, включающий емкость(и) приема и хранения реагента-нейтрализатора 5, насос-дозатор 6, напорный трубопровод 8 которого снабжен гасителем пульсаций давления 7 и форсункой(ами) 9, установленной(ыми) в трубопроводе нефти после теплообменника-холодильника, смесительное устройство проточного типа 10 для смешения реагента с нефтью, установленное после точки ввода реагента, трубчатый реактор 11, снабженный статическим смесителем реакционной смеси 12 и соединенный с буферной емкостью 13, и систему трубопроводов для обвязки аппаратов.
Установка очистки нефти работает следующим образом. Подготовленная на УПН нефть, содержащая более 300 ppm сероводорода и
более 100 ppm легких метил- и этилмеркаптанов, с температурой 25-50°С поступает по трубопроводу 1 в зону питания отпарной колонны 2, снабженной выносным нагревателем-рибойлером 3, где поступающая из куба колонны 2 нефть нагревается горячим теплоносителем (водяным паром или другим высококипящим теплоносителем) до температуры 110-150°С, при которой не происходит разложения содержащихся сероорганических соединений с образованием вторичного сероводорода, легких меркаптанов и достигается десорбционное удаление из нефти основного количества содержащегося сероводорода. Таким образом, для снижения энергозатрат на проведение процесса, исключения термического разложения сероорганических соединений нефти и сохранения высокого ее выхода от потенциала процесс отпарки в колонне 2 проводят в «мягком» режиме с нагреванием нефти до сравнительно невысоких температур (до 110-150°С в зависимости от порога термостабильности сероорганических соединений нефти), при котором достигается десорбционное удаление из нефти основного количества (до 90-98%) сероводорода. Выделившийся при отпарке сероводород вместе с легкими углеводородами с верха колонны 2 через регулятор давления и газосепаратор (на схеме не показаны) направляют в существующую систему сбора и утилизации низконапорных нефтяных газов (или в факельную систему). Очищенную от основного количества сероводорода нефть из куба колонны 2 и/или из нагревателя-рибойлера 3 через теплообменник-холодильник 4, где нефть охлаждается до 50-75°С, центробежным насосом 10 подают в трубчатый реактор 11, снабженный статическим смесителем 12 (одним или несколькими), например представляющим собой диафрагменный смеситель или эмульсионный (смесительный) клапан. При этом в поток частично очищенной нефти после холодильника 4 (или перед ним) из емкости 5 насосом-дозатором 6 по трубопроводу 8 непрерывно вводят через форсунки 9 расчетное количество реагента-нейтрализатора. Потребное количество реагента рассчитывают с учетом того, что основное количество
сероводорода удаляется из нефти в отпарной колонне 2. В качестве эффективного реагента-нейтрализатора, обеспечивающего одновременную нейтрализацию остаточных количеств сероводорода и легких меркаптанов в нефти, преимущественно используют продукт(ы) взаимодействия формальдегида (формалина или параформальдегида) с первичным и/или вторичным органическим амином, предпочтительно с алканоламином и/или алкиламином (RU 2121492, RU 2187627, RU 2216568, RU 2228946 и др.) или продукт(ы) взаимодействия формальдегида с аммиаком и/или моноэтаноламином (RU 2186957, RU 2191849), или продукт(ы) взаимодействия третичного амина с оксидом этилена и/или пропилена (RU 94040392 А1) или водно-щелочные растворы нитрита натрия (RU 2241018) или пероксида водорода (RU 2146693, RU 2182924).
Эффективное смешение реагента-нейтрализатора с очищаемой нефтью происходит в центробежном насосе 10, т.е. он используется одновременно как напорный насос и как смеситель проточного типа. При дальнейшем движении реакционной смеси по трубчатому реактору 11, представляющему собой напорный нефтепровод расчетной длины, например выполненный в виде змеевика, и обеспечивающий минимально необходимое время контакта реагента с очищаемой нефтью (не менее 5-20 минут в зависимости от температуры нефти и марки используемого нейтрализатора), протекают реакции нейтрализации остаточных количеств сероводорода и легких меркаптанов. Для дополнительного перемешивания реакционной смеси и интенсификации процесса нейтрализации трубчатый реактор снабжают статическим смесителем (одним или несколькими), например представляющим собой диафрагменный смеситель или эмульсионный клапан (Каспарьянц К.С. Промысловая подготовка нефти. М.: Недра. 1973. 376 с.). Реакционная смесь из трубчатого реактора 11 под своим давлением поступает в емкость 13, где продолжаются реакции нейтрализации сероводорода и легких меркаптанов, если они не завершились в реакторе, а также происходит отстой эмульсионной (подтоварной) воды, которая
периодически (по мере накопления) отводится из куба емкости в систему сбора и утилизации пластовой воды. Очищенная от остаточного сероводорода и легких метил-, этилмеркаптанов до норм ГОСТ Р 51858 товарная нефть из емкости 13 поступает на существующий узел учета и транспортировки товарной нефти (на схеме не показан).
Таким образом, как видно из вышеизложенного, предлагаемая установка по сравнению с прототипом имеет следующие преимущества:
- обеспечивается некоторое снижение содержания общей серы в очищенной товарной нефти (на 0,03-0,2 маc.% в зависимости от содержания сероводорода в очищаемой нефти);
- значительно снижается загрязнение очищенной товарной нефти нежелательными продуктами нейтрализации сероводорода реагентом;
- обеспечивается очистка нефти от легких меркаптанов до уровня современных требований;
- обеспечивается снижение содержания воды в товарной нефти;
- обеспечивается многократное сокращение расхода дорогостоящего реагента-нейтрализатора и, следовательно, существенное снижение материальных затрат при эксплуатации установки, а также уменьшение габаритов аппаратов узла приема и хранения нейтрализатора.