СПОСОБ ПОДГОТОВКИ СЕРОВОДОРОДСОДЕРЖАЩЕЙ НЕФТИ Российский патент 1997 года по МПК B01D53/52 B01D19/00 

Изобретение относится к способам подготовки сероводородсодержащей нефти и может использоваться в нефтяной промышленности.

Известен способ подготовки сырой нефти путем многоступенчатой сепарации, включающий подачу газа, выделяющегося на 1 ступени сепарации в последнюю ступень, причем, газ подают в количестве 1 3 м³ на 1 м³ нефти, поступающей на концевую ступень сепарации /1/.

Недостатком способа является то, что при подготовке нефти, содержащей сероводород, не обеспечивается эффективность сепарации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ подготовки сероводородсодержащей нефти к транспортировке путем многоступенчатой сепарации, включающий подачу на отдувку очищенного от сероводорода газов сепарации на конечную ступень сепарации (в концевой сепаратор). Очистку газов сепарации от сероводорода производят абсорбционным методом с использованием моноэтаноламина (МЭА) /2/.

В литературе не приводятся конкретные данные по подготовке товарной нефти из сероводородсодержащих нефтей, позволяющие сравнить предлагаемый способ, кроме того, для оценки эффективности способа необходимо иметь данные с использованием одного и того же качества нефти (по содержанию сероводорода, легких фракций и т.д.) Поэтому авторами дополнительно проведены эксперименты для определения по прототипу выхода товарной нефти и содержания сероводорода в ней после отдувки газом, очищенным от сероводорода абсорбцией моноэтаноламином. Так, при подаче на отдувку в концевой сепаратор на отдувку сероводородсодержащей нефти с содержанием сероводорода 017 об. 5 м³ газа сепарации, очищенного от сероводорода МЭА на 1 т поступающей туда сероводородсодержащей нефти позволило получить товарную нефть с содержанием H₂S 98 ррт и выходом 98,8% а при подаче 20 м³ газа на 1 т нефти выход товарной нефти с содержанием H₂S 78 ррт 97,28% Для получения товарной нефти с содержанием H₂S 68 ррт на отдувку необходимо подать 40 м³, при этом выход нефти составляет 96,8% Газ после моноэтаноламиновой очистки не содержит кислород и аэрозольную серу, а содержание сероводорода в товарной нефти превышает допустимые нормы 20 50 ррт, определяемые ТУ-39-014703-12-91. (см. таблицу, примеры 1, 2, 3).

Недостатком данного способа является то, что для достижения допустимого содержания сероводорода в товарной нефти, необходима подача большого количества газа на отдувку, при этом повышаются энергозатраты и значительно снижается содержание в нефти ценных бензиновых фракций, что ведет к уменьшению выхода товарной серы. Кроме того, при МЭА очистке сероводород из газов сепарации извлекается и в дальнейшем после десорбции раствора требуется решение вопроса об утилизации концентрированного сероводорода. Поэтому для этого процесса подготовки нефти требуется создание узла переработки сероводорода.

Повышенное содержание сероводорода в товарной нефти приводит к затруднениям, связанным с транспортировкой нефти (коррозия) и загрязнениям окружающей среды.

Целью изобретения является снижение содержания сероводорода в товарной нефти при сохранении выхода товарной нефти, снижение энергозатрат.

Поставленная цель достигается тем, что подготовку сероводородсодержащей нефти осуществляют многоступенчатой сепарацией, на конечную ступень которой подают на отдувку газ сепарации, очищенный от сероводорода прямым каталитическим окислением кислородом воздуха. Прямое каталитическое окисление проводят при соотношении H₂S:O₂=1:0,55 0,6 с последующим выделением из реакционных газов серы и подачей на отдувку 5 20 м³ очищенного газа на 1 т нефти, причем температуру отдувки поддерживают равной 30 70^o C.

При утилизации сероводорода процесс прямого каталитического окисления проводится при соотношении H₂S:O₂, равном 1:0,5, что соответствует стехиометрическому уравнению процесса:
H₂S:1/2 O₂ _→ H₂O+S
В этом случае очищенные отходящие газы не содержат кислорода (пример 4, 5).

Проведение каталитического окисления при повышенном соотношении H₂S:O₂ по сравнению со стехиометрическим (1:0,55 0,6) приводит к появлению в отходящем очищенном газе определенного количества кислорода, который попадает с очищенным отдувочным газом в конечный сепаратор и приводит к повышению эффективности очистки товарной нефти от сероводорода. Проведение процесса каталитического окисления при соотношении H₂S:O₂=1:0,55 0,6 приводит к тому, что в очищенном газе содержание кислорода составляет 0,1 0,15% а очищенный газ всегда будет содержать следы аэрозольной серы за счет равновесного уноса ее с очищенным газом из узла окисления. Присутствие кислорода и аэрозольной серы в очищенном газе, подаваемом на отдувку в концевой сепаратор, приводит к снижению содержания сероводорода в товарной нефти за счет реакции взаимодействия сероводорода с кислородом воздуха.

Кроме того, аэрозольная сера играет в процессе роль катализатора в жидкой фазе нефти идут и реакции образования полисульфидов водорода при 30 - 70^o C с выделяющейся серой:
H₂S+(X-1)S___→H₂S_x (2)
Аэрозольная сера катализирует и (1) и (2) реакция.

Таким образом, газ, очищаемый прямым каталитическим окислением при указанных условиях и затем подаваемый на отдувку, снижает содержание сероводорода в товарной нефти за счет взаимодействия его с кислородом воздуха, содержащимся в нем сероводородом нефти, которое катализируется аэрозольной серой, а образующаяся в результате сера также взаимодействует с сероводородом нефти, что в конечном итоге приводит к снижению содержания сероводорода в товарной нефти.

Из источников патентной и научно-технической литературы неизвестны способы снижения содержания сероводорода, содержащегося в нефти за счет взаимодействия с кислородом воздуха, в присутствии следов аэрозольной серы в очищенном газе, подаваемом на отдувку.

Для выявления вышеуказанного действия кислорода воздуха авторами проведены эксперименты по предлагаемой технологии, когда окисление проводится при стехиометрическом соотношении сероводорода к кислороду воздуха 1:0,5 (пример 4, 5). При этих условиях подаваемый на отдувку очищенный газ не содержит кислород, что приводит к тому, что подготовленная таким образом товарная нефть содержит повышенное количество сероводорода, а увеличение объема подаваемого на отдувку газа от 5 до 20 м³ на 1 т нефти приводит к снижению содержания сероводорода в незначительной степени (с 99,0 до 85 ррт), но при этом падает выход товарной нефти в концевом сепараторе за счет уноса большого количества легких углеводородов (с 98,82 до 97,30%).

Способ осуществляется по схеме, представленной на чертеже где V^o C-1 и C-2 сепараторы, КСУ концевой сепаратор, Т-1 теплообменник, СО-1 - сероотбойник, СУ-1 сероуловитель, I поток сероводородсодержащей нефти, II газы сепарации, III поток кислорода, следующим образом.

Пример 6. Нефть (поток I) после двухступенчатой сепарации в сепараторах С-1 и С-2 с содержанием сероводорода 0,17 об. поступает в концевой сепаратор КСУ. Газы сепарации с конечной ступени сепарации направляют на очистку от сероводорода прямым каталитическим окислением кислородом воздуха при соотношении H₂S:O₂=1:0,55 в реакторе Р-1, затем реакционные газы охлаждают в теплообменнике Т-1 до 150^o C и направляют в сероотбойник СО-1, где выделяют серу и далее в сероуловитель СУ-1. Очищенный газ, содержащий 0,08 об. кислорода и следы аэрозольной серы, в количестве 5 м³ на 1 т нефти подают на отдувку в концевой сепаратор, причем температуру отдувки поддерживают равной 50^oC. После отдувки выход товарной нефти с содержанием сероводорода 64 ррт 98,85%
Пример 7. Аналогично примеру 6, на отдувку подают очищенный газ, содержащий 0,08 об. кислорода и следы аэрозольной серы, в количестве 20 м³ на 1 т нефти. После отдувки выход товарной нефти с содержанием сероводорода 57 ррт 97,32%
Примеры 8 9. Аналогично примеру 6, на отдувку подают очищенный от сероводорода прямым каталитическим окислением газ при соотношении H₂S:O₂=1: 0,58, содержащий 0,12 об. кислорода и следы аэрозольной серы, в количестве 5 м³ и 20 м³ на 1 т нефти. В результате выход товарной нефти 98,81 и 97,28 и содержание сероводорода в товарной нефти 42 и 36 соответственно.

Примеры 10 11. Аналогично примеру 6, на отдувку подают очищенный от сероводорода прямым каталитическим окислением газ при соотношении H₂S:O₂=1: 0,6, содержащий 0,14 об. кислорода и следы аэрозольной серы в количестве 5 м³ и 20 м³ на 1 т нефти. Выход товарной нефти при этих условиях 98,83% и 97,26% а содержание серводорода в нефти 32 и 28.

Пример 12 13. Аналогично примеру 6, на отдувку подают очищенный от сероводорода прямым каталитическим окислением газ при соотношении H₂S:O₂=1: 0,61 в количестве 5 м³ на 1 т нефти. В очищенном газе содержание кислорода воздуха 0,15% и аэрозольной серы следы. Температура отдувки 50^o C. При этих условиях выход товарной нефти 98,1% и 97,2% а содержание сероводорода в ней 31 и 24 ррт соответственно.

Пример 14. Аналогично примеру 6, на отдувку подают очищенный от сероводорода прямым каталитическим окислением газ при соотношении H₂S:O₂=1:0,55 в количестве 4 м³ на 1 т нефти. В очищенном газе содержание кислорода воздуха 0,08 об. и аэрозольной серы следы. Температура отдувки 30^o C. При этих условиях выход товарной нефти 98,86% а содержание сероводорода в товарной нефти 60 ррт.

Пример 15. Аналогично примеру 6, окисление проводят при соотношении H₂S: O₂=1:0,6, а на отдувку подают очищенный газ в количестве 25 м³ на 1 т нефти, который содержит 0,12 об. кислорода воздуха и следы аэрозольной серы. Выход товарной нефти с содержанием сероводорода 28 ррт - 96,72%
Пример 16. Нефть (поток I) после двухступенчатой сепарации в сепараторах С-1 и С-2 с содержанием сероводорода 0,17 об. поступает в концевой сепаратор КСУ. Газы сепарации с конечной ступени сепарации направляют на очистку от сероводорода прямым каталитическим окислением кислородом воздуха при соотношении H₂S:O₂=1:0,6 в реактор Р-1.

В качестве катализатора используют блочный катализатор сотовой структуры ИК-44, содержащий оксиды переходных металлов до 50% и алюмосиликаты - остальное. Окисление ведут при температуре 250-270^oC.

Реакционные газы охлаждают в теплообменнике Т-1 до 150^o C и направляют в сероотбойник СО-1, где выделяют серу и далее в сероуловитель СУ-1. Очищенный газ, содержащий 0,14 об. кислорода и следы аэрозольной серы, в количестве 5 м³ на 1 т нефти подают на отдувку в концевой сепаратор, причем, температуру отдувки поддерживают равной 50^oC. После отдувки выход товарной нефти с содержанием сероводорода 28 ррт 97,26%
Пример 17. Аналогично примеру 16, нефть (поток I) после двухступенчатой сепарации в сепараторе С-1 и С-2 с содержанием сероводорода 0,17% об поступает в концевой сепаратор КСУ. Газы сепарации с конечной ступени сепарации направляют на очистку от сероводорода прямым каталитическим окислением кислородом воздуха при соотношении H₂S:O₂=1:0,61 в реактор Р-1.

В качестве катализатора используют железооксидный катализатора (Fe₂O₃/Al₂O₃). Окисление ведут при температуре 250 270^o C. Реакционные газы охлаждают в теплообменнике Т-1 до 150^o C и направляют в сероотбойник СО-1, где выделяют серу и далее в сероуловитель СУ-1. Очищенный газ, содержащий 0,15 об. кислорода и следы аэрозольной серы в количестве 5 м³ на 1 т нефти подают на отдувку в концевой сепаратор, причем, температуру отдувки поддерживают равной 50^oC. После отдувки выход товарной нефти с содержанием сероводорода в товарной нефти 31 ррт 98,1%
Данные примеров сведены в таблицу. Из таблицы видно, что при отдувке сероводородсодержащей нефти газом после моноэтаноламиновой (МЭА) очистки, не содержащим кислород и аэрозольную серу, выход товарной нефти после концевого сепаратора составляет около 98% (пример 1, 2), т.е. он находится на уровне выхода товарной нефти при отдувке газом, очищенным от сероводорода прямым каталитическим окислением кислородом воздуха при соотношении H₂S:O₂=1:0,55 0,6, но содержание сероводорода в этом случае ниже соответствует нормам ТУ-20-50 ррт (примеры 6 11). Это объясняется тем, что присутствие кислорода и аэрозольной серы в очищенном газе, подаваемом на отдувку в концевой сепаратор, приводит к снижению содержания сероводорода в товарной нефти вследствие взаимодействия сероводорода с кислородом воздуха.

Повышение количества подаваемого на отдувку газа, очищенного МЭА (40 м³) не приводит к заметному снижению содержания сероводорода в товарной нефти, но при этом выход товарной нефти снижается 96,8% за счет отдувки ценных легких фракций (пример 3). При подаче на отдувку газа, очищенного прямым каталитическим окислением при соотношении H₂S:O₂=1:0,5, т.е. газом, не содержащим кислорода воздуха, содержание сероводорода остается на уровне 85 99,0 ррт практически такое же, как и при использовании газа после МЭА (пример 4, 5).

При подаче на отдувку газа, очищенного прямым каталитическим окислением в заявляемых пределах H₂S:O₂=1:0,55 0,6, выход товарной нефти после концевого сепаратора сохраняется таким же, что и при использовании газа после МЭА= 97 98% но содержание сероводорода в товарной нефти снижается (64 28 ррт), т.к. в азе подаваемом на отдувку, содержится кислород, способствующий протеканию реакций, связанных с превращением сероводорода (примеры 4 11).

При проведении очистки газов сепарации прямым каталитическим окислением в избытке кислорода 0,61 не приводит к дальнейшему снижению сероводорода в товарной нефти (пример 12, 13).

Использование предлагаемого способа позволит:
повысить выход товарной нефти с содержанием сероводорода в товарной нефти, соответствующей техническим условиям;
снизить энергозатраты за счет уменьшения количества очищенного от сероводорода газа, подаваемого на отдувку;
предотвратить загрязнение окружающей среды при транспортировке товарной нефти за счет незначительного содержания сероводорода в товарной нефти;
одновременно с очисткой газов сепарации от сероводорода решить вопрос и об утилизации серы, превращая ее в товарную серу.

Изобретение относится к способам подготовки сероводородсодержащей нефти к транспортировке и может быть использовано в нефтяной промышленности. Сущность изобретения заключается в том, что подготовку сероводородсодержащей нефти к транспортировке осуществляют путем многоступенчатой сепарации. На конечную ступень сепарации подают на отдувку газ сепарации, очищенный от сероводорода каталитическим окислением кислородом воздуха при соотношении H₂S: O₂= 1: 0,55 - 0,6 с последующим выделением из реакционных газов серы и подачей на отдувку 5 - 20 м³ очищенного газа на 1 т нефти, причем температуру отдувки поддерживают равной 30 - 70^oC. Способ позволяет повысить качество товарной нефти за счет снижения в ней содержания сероводорода и снизить загрязнение окружающей среды. 1 ил., 1 табл.

Способ подготовки сероводородсодержащей нефти, включающий многоступенчатую сепарацию, очистку газов сепарации от сероводорода и подачу очищенного газа на отдувку в концевой сепаратор, отличающийся тем, что очистку газов сепарации от сероводорода проводят каталитическим окислением кислородом воздуха при соотношении H₂S O₂ 1 0,55 0,6 с последующим выделением из реакционных газов серы и подачей на отдувку 5 20 м³ очищенного газа на 1 т нефти, причем температуру отдувки поддерживают 30 - 70^oС.