Область техники
Настоящее изобретение относится к комплексным способу и системе для обнаружения и обработки токсичных газов в глубинном природном газе и относится к области разведки и безопасной добычи нефти и газа и профилактики профессиональных заболеваний.
Уровень техники
По мере расширения нефтегазопоисковых работ в более глубоких и нетрадиционных областях обнаруживают и разрабатывают все больше природного газа, что значительно уменьшает дефицит природного газа в Китае. Однако эти глубинные и нетрадиционные виды природного газа содержат более или менее токсичные и опасные компоненты, некоторые из которых сильно превышают принятые стандарты и создают угрозу безопасной добыче, жизни и здоровью. В прошлом при очистке природного газа сероводород привлекал внимание вследствие его аномального запаха, и многие природные газы с высоким содержанием сероводорода подвергались десульфурации. Однако радон и ртуть в этих глубинных нетрадиционных типах природного газа до сих пор не привлекают внимание. В том числе, радон - радиоактивный газ, который входит в число 19 основных канцерогенов, заявленных Всемирной организацией здравоохранения. Биологические воздействия радона главным образом заключаются в провоцировании возникновения опухолей дыхательных путей, легочного фиброза и эмфиземы, и он является второй основной причиной возникновения рака легких у человека. Радон выходит из глубин земной коры и по трещинам поступает в газовые залежи. Эффективных средств борьбы с ним нет, и обыкновенные нефтегазовые операторы мало о нем знают. Ртуть является распространенным попутным газом в природном газе, и ее содержание, как правило, является высоким в углеобразующем (пластовом) газе и сланцевом газе, а также вблизи зон трещиноватости. Ртуть является ядовитым и опасным газом, который с одной стороны оказывает вредное воздействие на организм человека, а вдыхание высоких концентраций ртути может привести к хроническим заболеваниям с психоневрологическими отклонениями, гингивитом и тремором в качестве основных симптомов; с другой стороны, ртуть оказывает серьезное коррозионное воздействие на трубопроводы во время транспортировки, что привело к нескольким крупным авариям, связанным с безопасностью.
Следовательно, необходимо разработать комплексные систему и способ совместной обработки опасных газов, таких как радон, ртуть и сероводород, в глубинных и нетрадиционных типах природного газа для обеспечения безопасной добычи, безопасности жизни и здоровья соответствующих операторов, что сделает чистую энергию, получаемую из природного газа, по-настоящему чистой.
Раскрытие сущности изобретения
Для устранения вышеупомянутых недостатков одной задачей настоящего изобретения является создание устройства для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе (сланцевом газе и газе плотных пород).
Другой задачей настоящего изобретения является создание комплексной системы для обнаружения и обработки токсичных газов в глубинном природном газе.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание комплексного способа обнаружения и обработки токсичных газов в глубинном природном газе.
Для решения вышеуказанных задач согласно одному аспекту настоящего изобретения предлагается устройство для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе, содержащее: источник питания, дисплей, усилитель электрического сигнала, первый процессор электрических сигналов, второй процессор электрических сигналов и третий процессор электрических сигналов, а также камеру обнаружения радона, камеру обнаружения сероводорода и камеру обнаружения ртути, выполненные с возможностью сообщения в указанном порядке;
причем камера обнаружения радона снабжена детектором альфа-частиц, электрически соединенным с входным концом первого процессора электрических сигналов, а выходной конец первого процессора электрических сигналов электрически соединен с дисплеем через усилитель электрического сигнала; отверстие для впуска газа камеры обнаружения радона снабжено съемным фильтрующим слоем для фильтрации и удаления дочерних продуктов распада радона в глубинном природном газе;
камера обнаружения сероводорода снабжена нагревательной пластиной и индукционной пластиной, на поверхности которой расположена структура металл-оксид-полупроводник и которая электрически соединена с входным концом второго процессора электрических сигналов, а выходной конец второго процессора электрических сигналов электрически соединен с дисплеем через усилитель электрического сигнала;
камера обнаружения ртути содержит раствор перманганата и снабжена двумя проводящими пластинами, частично погруженными в раствор перманганата, и части проводящих пластин, не погруженные в раствор перманганата, электрически соединены с входным концом третьего процессора электрических сигналов, а выходной конец третьего процессора электрических сигналов электрически соединен с дисплеем через усилитель электрического сигнала; и
источник питания используется для подачи напряжения на камеру обнаружения радона и камеру обнаружения ртути.
В устройстве для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе в соответствии с настоящим изобретением съемный фильтрующий слой расположен в отверстии для впуска газа камеры обнаружения радона для фильтрации и удаления дочерних продуктов распада радона, образующихся при распаде газообразного радона, содержащегося в глубинном природном газе, до того, как он попадет в камеру обнаружения радона, с тем, чтобы убедиться, что радон, обнаруженный в камере обнаружения радона, является дочерним продуктом распада радона, образованным в результате распада газообразного радона в глубинном природном газе после попадания в камеру обнаружения радона, и, таким образом, избежать влияния ранее существовавших дочерних продуктов распада радона на обнаружение газообразного радона.
В конкретном варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением фильтрующий слой представляет собой фильтрующий слой, выполненный из стекловолокна.
В конкретном варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением объем раствора перманганата составляет от 1/2 до 2/3 объема камеры обнаружения ртути.
В конкретном варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением две проводящие пластины погружены в раствор перманганата на глубину от 1/2 до 3/4.
В конкретном варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением концентрация перманганата (MnO4-) в растворе перманганата составляет 0,5 ммоль/л.
В конкретном варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением две проводящие пластины могут быть выполнены за одно целое в виде U-образной проводящей пластины.
В конкретном варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением детектор альфа-частиц представляет собой полупроводниковый детектор с поверхностным барьером Au-Si.
В конкретном варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением полупроводниковый детектор с поверхностным барьером Au-Si имеет поверхностный слой позолоты толщиной 0,1-0,12 мм.
В конкретном варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением нагревательная пластина представляет собой платиновую нагревательную пластину.
В конкретном варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением структура металл-оксид-полупроводник содержит Pr6O11 и/или SnO2.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения структура металл-оксид-полупроводник покрывает индукционную пластину.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения дополнительно предлагается комплексная система для обнаружения и обработки токсичных газов в глубинном природном газе, содержащая: устройство охлаждения и сброса давления, осушительное устройство, два или более устройств для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе, как указано выше, и устройство обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе;
причем отверстие для выпуска газа устройства охлаждения и сброса давления соединено посредством трубопровода с отверстием для впуска газа осушительного устройства, отверстие для выпуска газа осушительного устройства соединено посредством трубопровода с впускным отверстием первого устройства для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе, выпускное отверстие первого устройства для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе соединено посредством трубопровода с впускным отверстием устройства обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе и перекачивающим газопроводом соответственно; выпускное отверстие устройства обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе соединено посредством трубопровода с впускным отверстием второго устройства для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе, а выпускное отверстие второго устройства для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе соединено посредством трубопровода с впускным отверстием устройства обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе и перекачивающим газопроводом соответственно.
В конкретном варианте осуществления системы в соответствии с настоящим изобретением система дополнительно содержит устройство для разделения газа и жидкости, причем устье глубинной газовой скважины соединено посредством трубопровода с впускным отверстием устройства для разделения газа и жидкости, а отверстие для выпуска газа устройства для разделения газа и жидкости соединено посредством трубопровода с впускным отверстием устройства охлаждения и сброса давления.
В данном случае из устья глубинной газовой скважины извлекают газожидкостную смесь, и, таким образом, устройство для разделения газа и жидкости необходимо для выполнения разделения газа и жидкости из газожидкостной смеси для получения глубинного природного газа.
В конкретном варианте осуществления системы в соответствии с настоящим изобретением устройство обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе содержит камеру обработки радона; причем камера обработки радона снабжена несколькими сетчатыми сепараторами, на поверхности которых расположен биоактивный адсорбент.
В конкретном варианте осуществления системы в соответствии с настоящим изобретением устройство обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе дополнительно содержит камеру удаления сероводорода разбрызгиванием и/или камеру обработки ртути; когда устройство обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе содержит камеру обработки радона и камеру удаления сероводорода разбрызгиванием или камеру обработки радона и камеру обработки ртути, камера обработки радона и камера удаления сероводорода разбрызгиванием выполнены с возможностью сообщения в указанном порядке, или камера обработки радона и камера обработки ртути выполнены с возможностью сообщения в указанном порядке;
причем на верхней части камеры удаления сероводорода разбрызгиванием расположено орошающее устройство, которое используют для разбрызгивания поглотителя сероводорода сверху вниз в камере удаления сероводорода разбрызгиванием; и
камера обработки ртути снабжена несколькими сетками для обработки опасных газов, заполненными бентонитом, модифицированным меламином.
В предложенной в соответствии с настоящим изобретением системе специалист в данной области техники может обоснованно выбрать тип камеры обработки, которая должна быть обеспечена для устройства обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе, в зависимости от несоответствия принятым стандартам обнаруженных токсичных газов в глубинном природном газе. В частности, когда только концентрация радона в глубинном природном газе не соответствует принятому стандарту, необходимо обеспечить только камеру обработки радона для устройства обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе. В условиях настоящего изобретения ртуть и сероводород в глубинном природном газе будут вступать в реакцию, а не сосуществовать в высоких концентрациях, т.е. в глубинном природном газе ртуть и сероводород не будут одновременно не соответствовать принятым стандартам. Следовательно, когда только концентрация ртути или сероводорода в глубинном природном газе не соответствует принятым стандартам, необходимо обеспечить только камеру обработки ртути или камеру удаления сероводорода разбрызгиванием для устройства обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе; когда концентрации радона и ртути в глубинном природном газе не соответствуют принятым стандартам, необходимо обеспечить камеру обработки радона и камеру обработки ртути, выполненные с возможностью сообщения в указанном порядке, для устройства обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе; а когда концентрации радона и сероводорода в глубинном природном газе не соответствуют принятым стандартам, необходимо обеспечить камеру обработки радона и камеру удаления сероводорода разбрызгиванием, выполненные с возможностью сообщения в указанном порядке, для устройства обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе.
В конкретном варианте осуществления системы в соответствии с настоящим изобретением биоактивный адсорбент представляет собой биологический активированный уголь. В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения биологический активированный уголь может представлять собой активированный уголь, обогащенный любящими ртуть и радон бактериями, который представляет собой традиционное коммерчески доступное вещество.
В настоящем изобретении способ нанесения биоактивного адсорбента на поверхность сетчатого сепаратора конкретно не ограничен, и специалист в данной области техники может нанести биоактивный адсорбент на поверхность сетчатого сепаратора в соответствии с фактическими потребностями на месте таким образом, чтобы обеспечить выполнение задачи настоящего изобретения.
В конкретном варианте осуществления системы в соответствии с настоящим изобретением несколько сетчатых сепараторов расположены в камере обработки радона перпендикулярно направлению газа, поступающего в отверстие для впуска газа камеры обработки радона, и несколько сетчатых сепараторов образуют S-образный газовый канал в камере обработки радона. Например, в конкретном варианте осуществления настоящего изобретения отверстие для впуска газа камеры обработки радона расположено в боковой стенке камеры обработки радона, так что несколько сетчатых сепараторов расположены в камере обработки радона перпендикулярно нижней и верхней поверхностям камеры обработки радона. При этом также можно обеспечить перпендикулярное расположение нескольких сетчатых сепараторов относительно направления газа, поступающего в камеру обработки радона через отверстие для впуска газа в боковой стенке.
В конкретном варианте осуществления системы в соответствии с настоящим изобретением на внутренней боковой стенке камеры удаления сероводорода разбрызгиванием расположен циркуляционный трубопровод, который соединен с орошающим устройством посредством циркуляционного насоса для возврата поглотителя сероводорода к орошающему устройству.
В конкретном варианте осуществления системы в соответствии с настоящим изобретением сетки для обработки опасных газов расположены в камере обработки ртути перпендикулярно направлению газа, поступающего в отверстие для впуска газа камеры обработки ртути. Например, в конкретном варианте осуществления настоящего изобретения отверстие для впуска газа камеры обработки ртути расположено в боковой стенке камеры обработки ртути, так что сетки для обработки опасных газов расположены в камере обработки ртути перпендикулярно нижней и верхней поверхностям камеры обработки ртути. При этом также можно обеспечить перпендикулярное расположение сеток для обработки опасных газов относительно направления газа, поступающего в камеру обработки ртути через отверстие для впуска газа в боковой стенке.
В конкретном варианте осуществления системы в соответствии с настоящим изобретением сетки для обработки опасных газов представляют собой металлические сетки из нержавеющей стали.
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения дополнительно предлагается комплексный способ обнаружения и обработки токсичных газов в глубинном природном газе с использованием вышеупомянутой комплексной системы для обнаружения и обработки токсичных газов в глубинном природном газе, включающий:
осушение глубинного природного газа после охлаждения и сброса давления;
последовательное исследование осушенного глубинного природного газа для обнаружения радона, сероводорода и ртути;
направление глубинного природного газа в перекачивающий газопровод при соответствии обнаруженных концентраций ртути, радона и сероводорода в осушенном глубинном природном газе принятым стандартам; или проведение обезвреживания несоответствующих стандартам радона и сероводорода или ртути в глубинном природном газе, если обнаруженные концентрации радона и сероводорода или ртути в глубинном природном газе не соответствуют принятым стандартам; и
последовательное исследование глубинного природного газа после обезвреживания для обнаружения радона, сероводорода и ртути и направление глубинного природного газа в перекачивающий газопровод при соответствии концентраций ртути, радона и сероводорода в глубинном природном газе принятым стандартам; или продолжение обезвреживания несоответствующих стандартам радона и сероводорода или ртути в глубинном природном газе, если концентрации радона и сероводорода или ртути в глубинном природном газе не соответствуют принятым стандартам, до тех пор, пока все концентрации не будут соответствовать принятым стандартам.
В конкретном варианте осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением глубинный природный газ охлаждают до температуры не выше 55°С.
В предпочтительном варианте осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением глубинный природный газ после охлаждения имеет температуру 15-30°С.
В конкретном варианте осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением глубинный природный газ после охлаждения и сброса давления имеет температуру 20°С и давление 2 МПа.
В конкретном варианте осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением, когда концентрация ртути меньше или равна 0,01 мкг/м3, концентрация радона меньше или равна 4 пКи/л и концентрация сероводорода меньше или равна 6 мг/м3 в глубинном природном газе, то определяют, что концентрации ртути, радона и сероводорода в глубинном природном газе соответствуют принятым стандартам. Здесь каждую из концентрации ртути, концентрации радона и концентрации сероводорода рассчитывают на основании общего объема глубинного природного газа.
В конкретном варианте осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением последовательное исследование глубинного природного газа для обнаружения радона, сероводорода и ртути включает:
обеспечение последовательного поступления глубинного природного газа, отфильтрованного через фильтрующий слой, в камеру обнаружения радона, камеру обнаружения сероводорода и камеру обнаружения ртути;
подачу напряжения на камеру обнаружения радона таким образом, чтобы детектор альфа-частиц собирал дочерние продукты распада радона и преобразовывал энергию альфа-частиц, излучаемую дочерними продуктами распада радона при альфа-распаде, в электрический импульсный сигнал; затем электрический импульсный сигнал преобразуют в электронный сигнал при помощи первого процессора электрических сигналов; электронному сигналу придают форму, его усиливают и преобразуют в импульсный сигнал напряжения при помощи усилителя электрического сигнала, а затем импульсный сигнал напряжения преобразуют в значение концентрации радона при помощи дисплея и отображают на дисплее;
повышение температуры индукционной пластины при помощи нагревательной пластины в камере обнаружения сероводорода; причем при обнаружении сероводорода структурой метал-оксид-полупроводник, расположенной на поверхности индукционной пластины, сероводород вступает в реакцию с ионами кислорода в структуре метал-оксид-полупроводник, что вызывает уменьшение значения сопротивления структуры метал-оксид-полупроводник; второй процессор электрических сигналов преобразует полученный сигнал изменения сопротивления в электронный сигнал; электронному сигналу придают форму, его усиливают и преобразуют в импульсный сигнал напряжения при помощи усилителя электрического сигнала, а затем импульсный сигнал напряжения преобразуют в значение концентрации сероводорода при помощи дисплея и отображают на дисплее;
при поступлении глубинного природного газа в камеру обнаружения ртути, содержащаяся в нем ртуть вступает в реакцию с перманганатом с образованием электронов, которые собирают при помощи положительного и отрицательного электродов источника питания и передают на третий процессор электрических сигналов через проводящую пластину и преобразуют в электронный сигнал при помощи третьего процессора электрических сигналов; электронному сигналу придают форму, его усиливают и преобразуют в импульсный сигнал напряжения при помощи усилителя электрического сигнала, а затем импульсный сигнал напряжения преобразуют в значение концентрации ртути при помощи дисплея и отображают на дисплее.
В конкретном варианте осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением концентрации ртути, радона и сероводорода в осушенном глубинном природном газе обнаруживают в течение периода времени соответственно, и значения концентрации ртути, радона и сероводорода, полученные непрерывно в течение указанного периода времени, усредняют соответственно как концентрацию ртути, концентрацию радона и концентрацию сероводорода в глубинном природном газе.
В конкретном варианте осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением перманганат содержит перманганат калия.
В конкретном варианте осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением напряжение, подаваемое на камеру обнаружения радона, составляет 1500-3000 В.
Во время обнаружения сероводорода температуру индукционной пластины повышают при помощи нагревательной пластины в камере обнаружения сероводорода. В настоящем изобретении повышение температуры индукционной пластины конкретно не ограничено, и специалист в данной области техники может обоснованно управлять повышением температуры индукционной пластины в соответствии с фактическими потребностями на месте при условии, что может быть достигнута цель повышения скорости реакции сероводорода с ионами кислорода в структуре металл-оксид-полупроводник и улучшение времени отклика.
В конкретном варианте осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением не соответствующий принятым стандартам радон и сероводород или ртуть в глубинном природном газе подвергают обезвреживанию, включающему:
введение глубинного природного газа в камеру обработки радона, когда радон в глубинном природном газе не соответствует принятым стандартам; причем по мере прохождения глубинного природного газа через сетчатые сепараторы биоактивный адсорбент, расположенный на поверхности сетчатых сепараторов, адсорбирует радон из глубинного природного газа;
введение глубинного природного газа в камеру удаления сероводорода разбрызгиванием, когда сероводород или ртуть в глубинном природном газе не соответствуют принятым стандартам; причем орошающее устройство разбрызгивает поглотитель сероводорода сверху вниз в камере удаления сероводорода разбрызгиванием таким образом, чтобы удалять сероводород из глубинного природного газа посредством его взаимодействия с поглотителем сероводорода; или введение глубинного природного газа в камеру обработки ртути, при этом по мере его прохождения через сетки для обработки опасного газа ртуть в глубинном природном газе удаляют посредством модифицированного меламином бентонита, заполняющего сетки для обработки опасного газа;
введение глубинного природного газа в камеру обработки радона, когда радон и сероводород в глубинном природном газе не соответствуют принятым стандартам; причем по мере прохождения глубинного природного газа через сетчатые сепараторы биоактивный адсорбент, расположенный на поверхности сетчатых сепараторов, адсорбирует радон из глубинного природного газа;
обеспечение поступления глубинного природного газа, обработанного в камере обработки радона, в камеру удаления сероводорода разбрызгиванием; причем орошающее устройство разбрызгивает поглотитель сероводорода сверху вниз в камере удаления сероводорода разбрызгиванием таким образом, чтобы удалять сероводород из глубинного природного газа посредством его взаимодействия с поглотителем сероводорода;
введение глубинного природного газа в камеру обработки радона, когда радон и ртуть в глубинном природном газе не соответствуют принятым стандартам; причем по мере прохождения глубинного природного газа через сетчатые сепараторы биоактивный адсорбент, расположенный на поверхности сетчатых сепараторов, адсорбирует радон и часть ртути из глубинного природного газа; и
обеспечение поступления глубинного природного газа, обработанного в камере обработки радона, в камеру обработки ртути, в которой при его прохождении через сетки для обработки опасных газов остаточную ртуть в глубинном природном газе удаляют при помощи модифицированного меламином бентонита, заполняющего сетки для обработки опасных газов.
Будучи инертным газом, радон трудно вступает в химическую реакцию с другими веществами. Следовательно, в настоящей заявке для адсорбции газообразного радона используют биоактивный адсорбент, такой как биологический активированный уголь, и эффективность адсорбции составляет 98% или более. Между тем, поскольку радон является радиоактивным газом с периодом полураспада всего 3,8 дня и через неделю расходуется за счет самопроизвольного распада, в то время как биологический активированный уголь может сохранять свою активность длительное время, такой способ является экономичным и эффективным.
В конкретном варианте осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением способ дополнительно включает: возврат поглотителя сероводорода со дна камеры удаления сероводорода разбрызгиванием в орошающее устройство, которое разбрызгивает поглотитель сероводорода сверху вниз в камере для удаления сероводорода, при обработке сероводорода в глубинном природном газе.
В конкретном варианте осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением состав сырьевого материала поглотителя сероводорода содержит: водный раствор метилдиэтаноламина, комплексный раствор железа, гликолевый альдегид и азотсодержащее соединение.
В конкретном варианте осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением азотсодержащее соединение содержит одно или более из аминов, триазинов и иминов; а
комплексный раствор железа включает натриевую соль трехвалентного железа этилендиаминтетрауксусной кислоты и/или раствор соли железа этилендиамина.
Здесь реакция получения поглотителя сероводорода из компонентов сырьевого материала, таких как водный раствор метилдиэтаноламина, комплексный раствор железа, гликолевый альдегид и азотсодержащее соединение, является традиционной реакцией, и специалист в данной области может обоснованно регулировать параметры процесса, такие как температура и время, а также количество каждого компонента сырьевого материала в процессе реакции в соответствии с фактической ситуацией на месте при условии возможности приготовления поглотителя сероводорода.
Настоящее изобретение обеспечивает возможность количественного определения содержания токсичных и опасных газов, таких как радон, ртуть и сероводород, в глубинном природном газе, а также возможность осуществления эффективной и безопасной обработки токсичных и опасных газов, таких как радон, ртуть и сероводород, и тем самым обеспечивает гарантии безопасной разведки, разработки и добычи природного газа.
Краткое описание чертежей
Для более четкой иллюстрации технических решений в вариантах осуществления настоящего изобретения или известного уровня техники далее кратко представлены сопроводительные чертежи, необходимые для описания вариантов осуществления. Очевидно, что сопроводительные чертежи в последующем описании представляют собой некоторые варианты осуществления настоящего изобретения, и специалистами в данной области техники могут быть получены другие сопроводительные чертежи на основании этих чертежей без творческих усилий.
На ФИГ. 1 изображена структурная схема устройства для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе, представленного в Примере 1 настоящего изобретения.
На ФИГ. 2 изображена структурная схема устройства обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе, представленного в Примере 2 настоящего изобретения.
На ФИГ. 3 изображена структурная схема устройства обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе, представленного в Примере 3 настоящего изобретения.
На ФИГ. 4 изображена структурная схема комплексной системы для обнаружения и обработки токсичных газов в глубинном природном газе, представленной в примере настоящего изобретения.
На ФИГ. 5 изображена структурная схема устройства для разделения газа и жидкости, используемого в комплексной системе обнаружения и обработки токсичных газов в глубинном природном газе, представленного в примере настоящего изобретения.
Основные ссылочные обозначения:
На ФИГ. 1:
1-1, камера обнаружения радона;
1-2, камера обнаружения сероводорода;
1-3, камера обнаружения ртути;
1-4, детектор альфа-частиц;
1-5, нагревательная пластина;
1-6, индукционная пластина;
1-7, U-образная проводящая пластина;
1-8, первый процессор электрических сигналов;
1-9, второй процессор электрических сигналов;
1-10, третий процессор электрических сигналов;
1-11, усилитель электрического сигнала;
1-12, дисплей;
1-13, первый источник питания;
1-14, фильтрующий слой;
1-15, второй источник питания;
На ФИГ. 2 и 3:
2-1, камера обработки радона;
2-2, камера удаления сероводорода разбрызгиванием;
2-3, камера обработки ртути;
2-4, сетчатые сепараторы;
2-5, орошающее устройство;
2-6, сетки для обработки опасных газов;
2-7, циркуляционная труба;
2-8, циркуляционный насос;
2-9, биоактивный адсорбент;
2-10, поглотитель сероводорода;
2-11, отверстие для впуска газа;
2-12, отверстие для выпуска газа;
На ФИГ. 4:
11, первое устройство для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе;
12, второе устройство для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе;
2, устройство обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе;
3, устройство для разделения газа и жидкости;
4, устройство охлаждения и сброса давления;
5, осушительное устройство;
6, трубопровод обратного нагнетания;
7, четырехходовой клапан;
8, трехходовой клапан;
9, перекачивающий газопровод;
10, перекачивающий жидкостный трубопровод;
На ФИГ. 5:
3-1, расходомер;
3-2, микропористая фильтрующая сетка;
3-3, сепаратор для разделения потока;
3-4, первый сепаратор;
3-5, второй сепаратор;
3-6, шаровой клапан;
3-7, манометр;
3-8, кронштейн;
3-9, цилиндр;
3-10, отверстие для впуска жидкости;
3-11, отверстие для выпуска газа;
3-12, отверстие для выпуска жидкости;
3-13, первое отверстие для выпуска жидкости;
3-14, первое отверстие для выпуска газа;
3-15, второе отверстие для выпуска жидкости;
3-16, второе отверстие для выпуска газа.
Осуществление изобретения
Для получения более четкого представления о технических характеристиках, целях и благоприятных эффектах настоящего изобретения ниже дано подробное описание технических решений настоящего изобретения в сочетании с нижеследующими конкретными вариантами осуществления, но его не следует понимать как ограничивающее реализуемый объем настоящего изобретения.
Следует отметить, что термин "содержать" или "включать" или любое его производное в описании и формуле настоящего изобретения и вышеупомянутых сопроводительных чертежах, а также любые его вариации охватывают неисключительное включение. Например, процедуры, процессы, системы, продукты или устройства, включающие ряд этапов или блоков, не ограничены четко перечисленными этапами или блоками, а могут включать другие этапы или блоки, не указанные четко, но присущие этим процедурам, способам, продуктам или устройствам.
В настоящем изобретении ориентация или взаимное расположение, обозначенные терминами "на/над", "под/ниже", "в/внутри" и т.п., основаны на ориентации или взаимном расположении, показанных на прилагаемых чертежах. Эти термины использованы главным образом для лучшего описания настоящего изобретения и его вариантов осуществления и не предназначены для определения того, что указанное устройство, элемент или компонент должны иметь определенную ориентацию или быть сконструированы и работать в определенной ориентации, как показано.
Кроме того, некоторые из вышеприведенных терминов могут быть использованы для обозначения других значений, помимо отношений ориентации или местоположения. Например, термин "на/над" также может быть использован в некоторых случаях для обозначения отношения зависимости или соединения. Специалистам в данной области техники конкретное значение этих терминов может быть понятно в контексте настоящего изобретения.
Кроме того, термины "конфигурировать", "соединять" следует понимать в широком смысле. Например, "соединение" может относиться к неподвижному соединению, разъемному соединению или цельной конструкции, механическому соединению или электрическому соединению. Это может быть прямое соединение или непрямое соединение через промежуточную среду. В альтернативном варианте это может быть внутреннее соединение между двумя устройствами, компонентами или деталями. Специалистам в данной области техники конкретное значение вышеприведенных терминов может быть понятно в контексте настоящего изобретения.
Пример 1
В этом примере предлагается устройство для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе, структурная схема которого показана на ФИГ. 1. Из ФИГ. 1 видно, что устройство содержит:
дисплей 1-12, усилитель 1-11 электрического сигнала, первый процессор 1-8 электрических сигналов, второй процессор 1-9 электрических сигналов и третий процессор 1-10 электрических сигналов, а также камеру 1-1 обнаружения радона, камеру 1-2 обнаружения сероводорода и камеру 1-3 обнаружения ртути, выполненные с возможностью сообщения в указанном порядке;
причем камера 1-1 обнаружения радона снабжена детектором 1-4 альфа-частиц, электрически соединенным с входным концом первого процессора 1-8 электрических сигналов, а выходной конец первого процессора 1-8 электрических сигналов электрически соединен с дисплеем 1-12 через усилитель 1-11 электрического сигнала; отверстие для впуска газа камеры 1-1 обнаружения радона снабжено съемным фильтрующим слоем 1-14 для фильтрации и удаления дочерних продуктов распада радона в глубинном природном газе; камера 1-1 обнаружения радона дополнительно снабжена вторым источником 1-15 питания для подачи напряжения на камеру 1-1 обнаружения радона таким образом, чтобы направлять дочерние продукты распада радона на детектор 1-4 альфа-частиц;
камера 1-2 обнаружения сероводорода снабжена нагревательной пластиной 1-5 и индукционной пластиной 1-6, на поверхности которой расположена структура металл-оксид-полупроводник и которая электрически соединена с входным концом второго процессора 1-9 электрических сигналов, а выходной конец второго процессора 1-9 электрических сигналов электрически соединен с дисплеем 1-12 через усилитель 1-11 электрического сигнала;
камера 1-3 обнаружения ртути содержит раствор перманганата и снабжена U-образной проводящей пластиной 1-7; две проводящие пластины U-образной проводящей пластины 1-7 частично погружены в раствор перманганата, а части проводящих пластин, не погруженные в раствор перманганата, электрически соединены с входным концом третьего процессора 1-10 электрических сигналов, а выходной конец третьего процессора 1-10 электрических сигналов электрически соединен с дисплеем 1-12 через усилитель 1-11 электрического сигнала; и
камера 1-3 обнаружения ртути дополнительно снабжена первым источником 1-13 питания для подачи напряжения на камеру 1-3 обнаружения ртути с тем, чтобы обеспечить разность потенциалов на U-образной проводящей пластине 1-7 в камере 1-3 обнаружения ртути для облегчения движения электронов, образующихся в камере 1-3 обнаружения ртути.
В устройстве, предложенном в данном примере, объем раствора перманганата составляет 2/3 объема камеры 1-3 обнаружения ртути.
В устройстве, предложенном в данном примере, U-образная проводящая пластина 1-7 погружена в раствор перманганата на глубину от 1/2 до 3/4.
В устройстве, предложенном в данном примере, раствор перманганата может представлять собой раствор перманганата калия, где концентрация перманганата (MnO4-) составляет 0,5 ммоль/л.
В устройстве, предложенном в данном примере, детектор 1-4 альфа-частиц представляет собой полупроводниковый детектор с поверхностным барьером Au-Si.
В устройстве, предложенном в данном примере, поверхностный слой позолоты полупроводникового детектора с поверхностным барьером Au-Si имеет толщину 0,1-0,12 мм.
В устройстве, предложенном в данном примере, нагревательная пластина представляет сбой платиновую нагревательную пластину толщиной около 1 см.
В устройстве, предложенном в данном примере, структура металл-оксид-полупроводник содержит Pr6O11 и/или SnO2.
В устройстве, предложенном в данном примере, фильтрующий слой 1-14 представляет собой фильтрующий слой, выполненный из стекловолокна.
Пример 2
В этом примере предлагается устройство обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе, структурная схема которого показана на ФИГ. 2. Из ФИГ. 2 видно, что устройство содержит камеру 2-1 обработки радона и камеру 2-2 удаления сероводорода разбрызгиванием, выполненные с возможностью сообщения в указанном порядке;
причем камера 2-1 обработки радона снабжена несколькими сетчатыми сепараторами 2-4, на поверхности которых расположен биоактивный адсорбент 2-9; и
на верхней части камеры 2-2 удаления сероводорода разбрызгиванием расположено орошающее устройство 2-5, которое используют для разбрызгивания поглотителя 2-10 сероводорода сверху вниз в камере 2-2 удаления сероводорода разбрызгиванием.
В устройстве, предложенном в данном примере, сепаратор представляет собой коррозионностойкий кварцевый лист.
В устройстве, предложенном в данном примере, биоактивный адсорбент представляет собой биологический активированный уголь.
В устройстве, предложенном в данном примере, в боковой стенке камеры 2-1 обработки радона выполнено отверстие для впуска газа; несколько сетчатых сепараторов 2-4 расположены в камере 2-1 обработки радона перпендикулярно нижней и верхней поверхностям камеры 2-1 обработки радона, и несколько сетчатых сепараторов 2-4 образуют S-образный газовый канал в камере 2-1 обработки радона.
В устройстве, предложенном в данном примере, на внутренней боковой стенке камеры 2-2 удаления сероводорода разбрызгиванием расположена циркуляционная труба 2-7, которая соединена с орошающим устройством 2-5 посредством циркуляционного насоса 2-8 для возврата поглотителя сероводорода к орошающему устройству 2-5.
Пример 3
В этом примере предлагается устройство обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе, структурная схема которого показана на ФИГ. 3. Из ФИГ. 3 видно, что устройство содержит камеру 2-1 обработки радона и камеру 2-3 обработки ртути, выполненные с возможностью сообщения в указанном порядке;
причем камера 2-1 обработки радона снабжена несколькими сетчатыми сепараторами 2-4, на поверхности которых расположен биоактивный адсорбент 2-9; и
камера 2-3 обработки ртути снабжена несколькими сетками для обработки опасных газов, заполненными бентонитом, модифицированным меламином.
В устройстве, предложенном в данном примере, сепаратор представляет собой коррозионностойкий кварцевый лист.
В устройстве, предложенном в данном примере, биоактивный адсорбент представляет собой биологический активированный уголь.
В устройстве, предложенном в данном примере, в боковой стенке камеры 2-1 обработки радона выполнено отверстие для впуска газа; несколько сетчатых сепараторов 2-4 расположены в камере 2-1 обработки радона перпендикулярно нижней и верхней поверхностям камеры 2-1 обработки радона, и несколько сетчатых сепараторов 2-4 образуют S-образный газовый канал в камере 2-1 обработки радона.
В устройстве, предложенном в данном примере, в боковой стенке камеры 2-3 обработки ртути выполнено отверстие для впуска газа, а сетки 2-6 для обработки опасных газов расположены в камере 2-3 обработки ртути перпендикулярно нижней и верхней поверхностям камеры 2-3 обработки ртути.
В устройстве, предложенном в данном примере, сетки 2-6 для обработки опасных газов представляют собой металлические сетки из нержавеющей стали.
Пример 4
В этом примере предлагается комплексная система для обнаружения и обработки токсичных газов в глубинном природном газе, структурная схема которой показана на ФИГ. 4. Из ФИГ. 4 видно, что система содержит устройство 3 для разделения газа и жидкости (как показано на ФИГ. 5), устройство 4 охлаждения и сброса давления, осушительное устройство 5, два устройства для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе по Примеру 1 (называемые соответственно первым устройством 11 для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе и вторым устройством 12 для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе) и одно устройство 2 обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе, представленное в Примере 2 или Примере 3;
причем устье глубинной газовой скважины соединено посредством трубопровода с впускным отверстием устройства 3 для разделения газа и жидкости, отверстие для выпуска газа устройства 3 для разделения газа и жидкости соединено посредством трубопровода с впускным отверстием устройства 4 охлаждения и сброса давления, а отверстие для выпуска жидкости устройства 3 для разделения газа и жидкости соединено с перекачивающим жидкостным трубопроводом 10; отверстие для выпуска газа устройства 4 охлаждения и сброса давления соединено посредством трубопровода с отверстием для впуска газа осушительного устройства 5, отверстие для выпуска газа осушительного устройства 5 соединено с впускным отверстием первого устройства 11 для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе, а выпускное отверстие первого устройства 11 для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе соединено посредством трубопровода с отверстием 2-11 для впуска газа устройства 2 обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе и перекачивающим газопроводом 9 через четырехходовой клапан 7; отверстие 2-12 для выпуска газа устройства 2 обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе соединено с впускным отверстием второго устройства 12 для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе, а выпускное отверстие второго устройства 12 для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе соединено посредством трубопровода с перекачивающим газопроводом 9 через трехходовой клапан 8; выпускное отверстие второго устройства 12 для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе также соединено посредством трубопровода с одним концом трубопровода 6 обратного нагнетания через трехходовой клапан 8, а другой конец трубопровода 6 обратного нагнетания соединен с отверстием 2-11 для впуска газа устройства 2 обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе через четырехходовой клапан 7.
Из ФИГ. 5 видно, что устройство 3 для разделения газа и жидкости содержит цилиндр 3-9, кронштейн 3-8 и сепаратор 3-3 для разделения потока;
причем цилиндр 3-9 расположен на кронштейне 3-8 для обеспечения устойчивости цилиндра 3-9; цилиндр 3-9 имеет цилиндрическую форму, а для герметизации верхней и нижней частей цилиндра обеспечены верхняя и нижняя крышки;
в нижней части боковой стенки цилиндра 3-9 расположено отверстие 3-10 для впуска жидкости, которое снабжено расходомером 3-1 для управления давлением текучей среды, поступающей в цилиндр; в верхней части боковой стенки цилиндра 3-9 расположено отверстие 3-11 для выпуска газа на стороне, противоположной отверстию 3-10 для впуска жидкости;
цилиндр 3-9 имеет отверстие 3-12 для выпуска жидкости, выполненное в нижней крышке, а в трубопроводе для выхода жидкости, соединенном с отверстием 3-12 для выпуска жидкости, расположен шаровой клапан 3-6 для управления потоком жидкости, выходящим из цилиндра 3-9 через отверстие 3-12 для выпуска жидкости;
верхняя крышка цилиндра 3-9 снабжена небольшим отверстием для установки манометра 3-7; манометр 3-7 используют для контроля давления внутри цилиндра 3-9 в режиме реального времени и совместно с расходомером 3-1 и шаровым клапаном 3-6 для обеспечения стабильного и безопасного давления внутри цилиндра 3 -9;
цилиндр 3-9 также снабжен микропористой фильтрующей сеткой 3-2, которая проходит от боковой стенки цилиндра 3-9, снабженной отверстием 3-10 для впуска жидкости, через нижнюю крышку цилиндра 3-9 к боковой стенке на другой стороне, противоположной боковой стенке, снабженной отверстием 3-10 для впуска жидкости, и микропористая фильтрующая сетка 3-2 закрывает отверстие 3-10 для впуска жидкости и отверстие 3-12 для выпуска жидкости для удержания твердых частиц, загрязняющих веществ и т.п. в текучей среде;
причем в данном примере микропористая фильтрующая сетка 3-2 имеет одинаковый размер пор, пористость около 60% и количество пор до 50 шт/см2;
при этом цилиндр 3-9 также снабжен первым сепаратором 3-4 и вторым сепаратором 3-5, причем первый сепаратор 3-4 имеет обратную L-образную форму, а нижняя пластина первого сепаратора 3-4 обратной L-образной формы выровнена с нижней частью отверстия 3-10 для впуска жидкости; первый сепаратор 3-4 образует с боковой и верхней стенками цилиндра 3-9 первую зону разделения газа и жидкости, и в нижней пластине первого сепаратора 3-4 обратной L-образной формы выполнено первое отверстие 3-13 для выпуска жидкости, а в верхней части вертикальной пластины первого сепаратора 3-4 обратной L-образной формы выполнено первое отверстие 3-14 для выпуска газа;
сепаратор 3-3 для разделения потока расположен в первой зоне разделения газа и жидкости для возмущения текучей среды, поступающей в зону разделения газа и жидкости цилиндра 3-9, и ускорения разделения газа и жидкости; и
второй сепаратор 3-5 также имеет обратную L-образную форму и расположен за пределами первой зоны разделения газа и жидкости ; нижняя пластина второго сепаратора 3-5 обратной L-образной формы расположена над нижней пластиной первого сепаратора 3-4, и высота нижней пластины второго сепаратора 3-5 обратной L-образной формы не превышает высоту микропористой фильтрующей сетки 3-2 на боковой стенке цилиндра 3-9; второй сепаратор 3-5 образует с вертикальной пластиной первого сепаратора 3-4 и верхней стенкой цилиндра 3-9 вторую зону разделения газа и жидкости для дальнейшего разделения жидкости, поступающей во вторую зону разделения газа и жидкости; в нижней части вертикальной пластины второго сепаратора 3-5 обратной L-образной формы выполнено второе отверстие 3-16 для выпуска газа, а между нижней пластиной второго сепаратора 3-5 обратной L-образной формы и вертикальной пластиной первого сепаратора 3-4 образовано второе отверстие 3-15 для выпуска жидкости.
Сепаратор для разделения потока, используемый в этом примере, может представлять собой традиционный сепаратор для разделения потока, используемый в данной области техники.
Пример 5
В этом примере предлагается комплексный способ обнаружения и обработки токсичных газов в глубинном природном газе с использованием комплексной системы для обнаружения и обработки токсичных газов в глубинном природном газе, представленной в Примере 4, включающий:
выполнение разделения газа и жидкости в газожидкостной смеси, извлеченной из устья глубинной газовой скважины, для получения глубинного природного газа с использованием устройства для разделения газа и жидкости; причем способ разделения газа и жидкости в частности выполняют следующим образом: газожидкостная смесь проходит через микропористую фильтрующую сетку при стабильном давлении (2 МПа) после ограничения расходомером для удержания твердых частиц, загрязняющих веществ и т.п., находящихся в текучей среде; фильтрованная газожидкостная смесь поступает в сепаратор для разделения потока; вследствие большой инерции жидкости, имеющей высокую плотность, и малой инерции газа, имеющего низкую плотность, в случае определенного газожидкостного соотношения газ, имеющий низкую плотность, с большей вероятностью вернется и в конечном итоге выйдет из цилиндра в газофазный трубопровод через отверстие 3-11 для выпуска газа, тогда как жидкость, имеющая большую плотность, проходит в коллекторную стенку (первый сепаратор и второй сепаратор) и отводится коллекторной стенкой в жидкофазный трубопровод через отверстие для выпуска жидкости;
подвергание глубинного природного газа, полученного сепарацией, охлаждению и сбросу давления с целью снижения температуры и давления глубинного природного газа до 20°С и 2 МПа соответственно, где стабильный поток газа после охлаждения и сброса давления поступает в осушительное устройство для сушки;
последовательное исследование осушенного глубинного природного газа для обнаружения радона, сероводорода и ртути, которое в частности включает:
обеспечение последовательного поступления глубинного природного газа, отфильтрованного через фильтрующий слой, в камеру обнаружения радона, камеру обнаружения сероводорода и камеру обнаружения ртути;
подачу напряжения 3000 В на камеру обнаружения радона при помощи второго источника питания таким образом, чтобы детектор альфа-частиц собирал дочерние продукты распада радона и преобразовывал энергию альфа-частиц, излучаемую дочерними продуктами распада радона при альфа-распаде, в электрический импульсный сигнал; затем электрический импульсный сигнал преобразуют в электронный сигнал при помощи первого процессора электрических сигналов; электронному сигналу придают форму, его усиливают и преобразуют в импульсный сигнал напряжения при помощи усилителя электрического сигнала, а затем импульсный сигнал напряжения преобразуют в значение концентрации радона при помощи дисплея и отображают на дисплее;
повышение температуры индукционной пластины при помощи нагревательной пластины в камере обнаружения сероводорода; причем при обнаружении сероводорода структурой метал-оксид-полупроводник, расположенной на поверхности индукционной пластины, сероводород вступает в реакцию с ионами кислорода в структуре метал-оксид-полупроводник, что вызывает уменьшение значения сопротивления структуры метал-оксид-полупроводник; второй процессор электрических сигналов преобразует полученный сигнал изменения сопротивления в электронный сигнал; электронному сигналу придают форму, его усиливают и преобразуют в импульсный сигнал напряжения при помощи усилителя электрического сигнала, а затем импульсный сигнал напряжения преобразуют в значение концентрации сероводорода при помощи дисплея и отображают на дисплее;
при поступлении глубинного природного газа в камеру обнаружения ртути, содержащаяся в нем ртуть вступает в реакцию с перманганатом с образованием электронов, которые собирают при помощи положительного и отрицательного электродов первого источника питания и передают на третий процессор электрических сигналов через проводящую пластину и преобразуют в электронный сигнал при помощи третьего процессора электрических сигналов; электронному сигналу придают форму, его усиливают и преобразуют в импульсный сигнал напряжения при помощи усилителя электрического сигнала, а затем импульсный сигнал напряжения преобразуют в значение концентрации ртути при помощи дисплея и отображают на дисплее.
В данном примере непрерывные данные о содержании радона, сероводорода и ртути получают в течение 10 минут, и полученные в течение 10-минутного периода непрерывные данные о содержании радона, сероводорода и ртути усредняют для получения значений содержания радона, сероводорода и ртути в глубинном природном газе.
При соответствии обнаруженных концентраций ртути, радона и сероводорода в осушенном глубинном природном газе принятым стандартам глубинный природный газ направляют в перекачивающий газопровод; если концентрации радона и сероводорода или ртути в глубинном природном газе не соответствуют принятым стандартам, выполняют обезвреживание несоответствующих стандартам радона и сероводорода или ртути в глубинном природном газе;
проводят последовательное исследование глубинного природного газа после обезвреживания для обнаружения радона, сероводорода и ртути; при соответствии концентраций ртути, радона и сероводорода в глубинном природном газе принятым стандартам глубинный природный газ после обезвреживания направляют в перекачивающий газопровод; если концентрации радона и сероводорода или ртути в глубинном природном газе не соответствуют принятым стандартам, продолжают выполнение обезвреживания несоответствующих стандартам радона и сероводорода или ртути в глубинном природном газе до тех пор, пока все концентрации не будут соответствовать принятым стандартам.
В этом примере критерии определения соответствия содержания радона, сероводорода и ртути в глубинном природном газе принятым стандартам следующие:
когда концентрация ртути меньше или равна 0,01 мкг/м3, концентрация радона меньше или равна 4 пКи/л и концентрация сероводорода меньше или равна 6 мг/м3 в глубинном природном газе, то определяют, что концентрации ртути, радона и сероводорода в глубинном природном газе соответствуют принятым стандартам.
В данном примере не соответствующий принятым стандартам радон и сероводород или ртуть в глубинном природном газе подвергают обезвреживанию, включающему:
введение глубинного природного газа в камеру обработки радона, когда радон в глубинном природном газе не соответствует принятым стандартам; причем по мере прохождения глубинного природного газа через сетчатые сепараторы биоактивный адсорбент (биологический активированный уголь), расположенный на поверхности сетчатых сепараторов, адсорбирует радон из глубинного природного газа;
введение глубинного природного газа в камеру удаления сероводорода разбрызгиванием, когда сероводород или ртуть в глубинном природном газе не соответствуют принятым стандартам; причем орошающее устройство разбрызгивает поглотитель сероводорода сверху вниз в камере удаления сероводорода разбрызгиванием таким образом, чтобы удалять сероводород из глубинного природного газа посредством его взаимодействия с поглотителем сероводорода; или введение глубинного природного газа в камеру обработки ртути, при этом по мере его прохождения через сетки для обработки опасного газа ртуть в глубинном природном газе удаляют посредством модифицированного меламином бентонита, заполняющего сетки для обработки опасного газа;
введение глубинного природного газа в камеру обработки радона, когда радон и сероводород в глубинном природном газе не соответствуют принятым стандартам; причем по мере прохождения глубинного природного газа через сетчатые сепараторы биоактивный адсорбент, расположенный на поверхности сетчатых сепараторов, адсорбирует радон из глубинного природного газа;
обеспечение поступления глубинного природного газа, обработанного в камере обработки радона, в камеру удаления сероводорода разбрызгиванием; причем орошающее устройство разбрызгивает поглотитель сероводорода сверху вниз в камере удаления сероводорода разбрызгиванием таким образом, чтобы удалять сероводород из глубинного природного газа посредством его взаимодействия с поглотителем сероводорода;
введение глубинного природного газа в камеру обработки радона, когда радон и ртуть в глубинном природном газе не соответствуют принятым стандартам; причем по мере прохождения глубинного природного газа через сетчатые сепараторы биоактивный адсорбент, расположенный на поверхности сетчатых сепараторов, адсорбирует радон и часть (около 40%) ртути из глубинного природного газа;
обеспечение поступления глубинного природного газа, обработанного в камере обработки радона, в камеру обработки ртути, в которой при его прохождении через сетки для обработки опасных газов остаточную ртуть в глубинном природном газе удаляют при помощи модифицированного меламином бентонита, заполняющего сетки для обработки опасных газов.
В этом примере при обработке сероводорода в глубинном природном газе поглотитель сероводорода в нижней части камеры удаления сероводорода разбрызгиванием также может быть возвращен в орошающее устройство, которое разбрызгивает его сверху вниз в камере удаления сероводорода разбрызгиванием.
В этом примере в состав сырьевого материала поглотителя сероводорода входит: 20 л водного раствора метилдиэтаноламина (МДЭА, methyl diethanolamine, MDEA) концентрацией 2,5 моль/л, 25 л комплексного раствора железа (натриевая соль трехвалентного железа этилендиаминтетрауксусной кислоты и/или раствор этилендиаминовой соли железа) концентрацией 2,0 моль/л и 0,5 л гликолевого альдегида и азотсодержащего соединения (например, аминов, триазинов или иминов). Время реакции компонентов сырьевого материала составляет 0,5-1 мин, температура реакции 20-40°С.
В этом примере реакцию нейтрализации между сероводородом и поглотителем сероводорода используют для достижения цели удаления сероводорода; в этом примере щелочные низкомолекулярные полимеры (традиционные вещества) в жидком состоянии также могут быть добавлены к поглотителю сероводорода, чтобы использовать его комплексообразование для дальнейшего удаления остаточных запахов сероводорода.
В данном примере в качестве примеров взяты два разных образца глубинного природного газа, и токсичные газы в этих двух образцах глубинного природного газа обнаруживают и обрабатывают соответственно при помощи системы, представленной в Примере 4, и в соответствии с вышеописанным конкретным способом. Для образца 1 глубинного природного газа найдено, что концентрация ртути и концентрация радона не соответствуют принятым стандартам после первого обнаружения, а концентрация сероводорода соответствует принятым стандартам, и, таким образом, радон и ртуть могут быть подвергнуты обезвреживанию в устройстве обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе, представленном в Примере 3. После обезвреживания снова проводят исследование глубинного природного газа на наличие токсичных газов, и находят, что концентрация радона соответствует принятым стандартам, а концентрация ртути все еще не соответствует принятым стандартам. На данном этапе устройство обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе, представленное в Примере 3, все еще может быть использовано для повторной обработки ртути до тех пор, пока обнаруженная концентрация ртути не будет соответствовать принятым стандартам. Для образца 2 глубинного природного газа найдено, что концентрация сероводорода и концентрация радона не соответствует принятым стандартам после первого обнаружения, а концентрация ртути соответствует принятым стандартам, и, таким образом, радон и сероводород могут быть подвергнуты обезвреживанию в устройстве обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе, представленном в Примере 2. После обезвреживания снова проводят исследование глубинного природного газа на наличие токсичных газов, и находят, что концентрация радона соответствует принятым стандартам, а концентрация сероводорода все еще не соответствует принятым стандартам. На данном этапе устройство обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе, представленное в Примере 2, все еще может быть использовано для повторной обработки сероводорода до тех пор, пока обнаруженная концентрация сероводорода не будет соответствовать принятым стандартам. Экспериментальные параметры и полученные экспериментальные результаты представлены в Таблице 1 ниже.
Из вышеприведенной Таблицы 1 видно, что процесс, предложенный в примерах в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивает возможность количественного определения содержания токсичных и опасных газов, таких как радон, ртуть и сероводород, в глубинном природном газе, а также возможность осуществления эффективной и безопасной обработки токсичных и опасных газов, таких как радон, ртуть и сероводород, и тем самым обеспечивает гарантии безопасной разведки, разработки и добычи природного газа.
Вышеприведенные описания являются лишь конкретными примерами настоящего изобретения и не могут быть использованы для ограничения реализуемого объема изобретения. Следовательно, замена эквивалентных компонентов или эквивалентные изменения и модификации, сделанные в соответствии с объемом охраны настоящего патента на изобретение, по-прежнему входят в объем, охватываемый настоящим патентом. Кроме того, могут быть использованы произвольные комбинации технических признаков и технических признаков, технических признаков и технических изобретений, а также технических изобретений и технических изобретений настоящего изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| Способ обезвреживания опасных токсичных отходов и устройство для его осуществления | 1987 |
|
SU1722214A3 |
| Способ контроля технического состояния фильтра противогаза и устройство его реализующее | 2019 |
|
RU2710891C1 |
| Способ очистки природного газа от кислых компонентов | 1979 |
|
SU946618A1 |
| СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ГАЗА | 2017 |
|
RU2733824C2 |
| Способ удаления нежелательных примесей из технологических потоков при производстве сжиженного природного газа | 2023 |
|
RU2820467C1 |
| СПОСОБ ОЧИСТКИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ | 2014 |
|
RU2563950C1 |
| СПОСОБ ТЕРМИЧЕСКОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ГАЗОВ ПРОДУВКИ СКВАЖИН, ВЫХОДЯЩИХ ИЗ БУРЕНИЯ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ СЕРНИСТЫХ ГАЗОВ | 2017 |
|
RU2701014C1 |
| СПОСОБ ОЧИСТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА ОТ СЕРОВОДОРОДА В ПРИСУТСТВИИ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА | 2009 |
|
RU2406559C1 |
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ОБОГАЩЕННОГО ДИОКСИДОМ УГЛЕРОДА КИСЛОГО ГАЗА В ПРОЦЕССЕ КЛАУСА | 2011 |
|
RU2545273C2 |
| УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ПРИРОДНОГО ИЛИ ПОПУТНОГО НЕФТЯНОГО ГАЗА ОТ СЕРОВОДОРОДА И МЕРКАПТАНОВ | 2008 |
|
RU2398615C2 |
Группа изобретений относится к области разведки и безопасной добычи нефти и газа. Раскрыто устройство для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе, содержащее источник питания, дисплей, усилитель электрического сигнала, первый процессор электрических сигналов, второй процессор электрических сигналов и третий процессор электрических сигналов, а также камеру обнаружения радона, камеру обнаружения сероводорода и камеру обнаружения ртути, выполненные с возможностью сообщения. Также раскрыты комплексные система и способ обнаружения и обработки токсичных газов в глубинном природном газе. Группа изобретений обеспечивает возможность количественного определения содержания токсичных и опасных газов, таких как радон, ртуть и сероводород, в глубинном природном газе, а также возможность осуществления эффективной и безопасной обработки токсичных и опасных газов, таких как радон, ртуть и сероводород, и тем самым обеспечивает гарантии безопасной разведки и добычи природного газа. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл., 5 пр.
1. Устройство для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе, содержащее: источник питания, дисплей, усилитель электрического сигнала, первый процессор электрических сигналов, второй процессор электрических сигналов и третий процессор электрических сигналов, а также камеру обнаружения радона, камеру обнаружения сероводорода и камеру обнаружения ртути, выполненные с возможностью сообщения в указанном порядке;
причем камера обнаружения радона снабжена детектором альфа-частиц, электрически соединенным с входным концом первого процессора электрических сигналов, а выходной конец первого процессора электрических сигналов электрически соединен с дисплеем через усилитель электрического сигнала; отверстие для впуска газа камеры обнаружения радона снабжено съемным фильтрующим слоем для фильтрации и удаления дочерних продуктов распада радона в глубинном природном газе;
камера обнаружения сероводорода снабжена нагревательной пластиной и индукционной пластиной, причем на поверхности индукционной пластины расположена структура металл-оксид-полупроводник, и индукционная пластина электрически соединена с входным концом второго процессора электрических сигналов, и выходной конец второго процессора электрических сигналов электрически соединен с дисплеем через усилитель электрического сигнала;
камера обнаружения ртути содержит раствор перманганата и снабжена двумя проводящими пластинами, частично погруженными в раствор перманганата, и части проводящих пластин, не погруженные в раствор перманганата, электрически соединены с входным концом третьего процессора электрических сигналов, а выходной конец третьего процессора электрических сигналов электрически соединен с дисплеем через усилитель электрического сигнала; и
источник питания использован для подачи напряжения на камеру обнаружения радона и камеру обнаружения ртути.
2. Устройство по п. 1, в котором объем раствора перманганата составляет от 1/2 до 2/3 объема камеры обнаружения ртути.
3. Устройство по п. 1, в котором детектор альфа-частиц представляет собой полупроводниковый детектор с поверхностным барьером Au-Si.
4. Устройство по п. 3, в котором полупроводниковый детектор с поверхностным барьером Au-Si имеет поверхностный слой позолоты толщиной 0,1-0,12 мм.
5. Устройство по п. 1, в котором нагревательная пластина представляет сбой платиновую нагревательную пластину.
6. Устройство по п. 1, в котором структура металл-оксид-полупроводник содержит Pr6O11 и/или SnO2.
7. Комплексная система для обнаружения и обработки токсичных газов в глубинном природном газе, содержащая: устройство охлаждения и сброса давления, осушительное устройство, два устройства для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе по любому из пп. 1-6 и устройство обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе;
причем отверстие для выпуска газа устройства охлаждения и сброса давления соединено посредством трубопровода с отверстием для впуска газа осушительного устройства, отверстие для выпуска газа осушительного устройства соединено посредством трубопровода с впускным отверстием первого устройства для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе, выпускное отверстие первого устройства для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе соединено посредством трубопровода с впускным отверстием устройства обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе и перекачивающим газопроводом соответственно; выпускное отверстие устройства обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе соединено посредством трубопровода с впускным отверстием второго устройства для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе, а выпускное отверстие второго устройства для обнаружения токсичных газов в глубинном природном газе соединено посредством трубопровода с впускным отверстием устройства обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе и перекачивающим газопроводом соответственно.
8. Система по п. 7, дополнительно содержащая устройство для разделения газа и жидкости, причем устье глубинной газовой скважины соединено посредством трубопровода с впускным отверстием устройства для разделения газа и жидкости, а отверстие для выпуска газа устройства для разделения газа и жидкости соединено посредством трубопровода с впускным отверстием устройства охлаждения и сброса давления.
9. Система по п. 7 или 8, в которой устройство обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе содержит камеру обработки радона; причем камера обработки радона снабжена несколькими сетчатыми сепараторами, на поверхности каждого из которых расположен биоактивный адсорбент.
10. Система по любому из пп. 7-9, в которой устройство обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе дополнительно содержит камеру удаления сероводорода разбрызгиванием и/или камеру обработки ртути; когда устройство обезвреживания токсичных газов в глубинном природном газе содержит камеру обработки радона и камеру удаления сероводорода разбрызгиванием или содержит камеру обработки радона и камеру обработки ртути, камера обработки радона и камера удаления сероводорода разбрызгиванием выполнены с возможностью сообщения в указанном порядке, или камера обработки радона и камера обработки ртути выполнены с возможностью сообщения в указанном порядке;
причем на верхней части камеры удаления сероводорода разбрызгиванием расположено орошающее устройство, которое использовано для разбрызгивания поглотителя сероводорода сверху вниз в камере удаления сероводорода разбрызгиванием;
камера обработки ртути снабжена несколькими сетками для обработки опасных газов, заполненными бентонитом, модифицированным меламином.
11. Система по п. 9, в которой биоактивный адсорбент представляет собой биологический активированный уголь.
12. Система по п. 9, в которой несколько сетчатых сепараторов расположены в камере обработки радона перпендикулярно направлению газа, поступающего в отверстие для впуска газа камеры обработки радона, и несколько сетчатых сепараторов образуют S-образный газовый канал в камере обработки радона.
13. Система по п. 10, в которой на внутренней боковой стенке камеры удаления сероводорода разбрызгиванием расположена циркуляционная труба, которая соединена с орошающим устройством посредством циркуляционного насоса для возврата поглотителя сероводорода к орошающему устройству.
14. Система по п. 10, в которой сетки для обработки опасных газов расположены в камере обработки ртути перпендикулярно направлению газа, поступающего в отверстие для впуска газа камеры обработки ртути.
15. Система по п. 10 или 14, в которой сетки для обработки опасных газов представляют собой металлические сетки из нержавеющей стали.
16. Комплексный способ обнаружения и обработки токсичных газов в глубинном природном газе с использованием комплексной системы для обнаружения и обработки токсичных газов в глубинном природном газе по любому из пп. 7-15, включающий:
осушение глубинного природного газа после охлаждения и сброса давления;
последовательное исследование осушенного глубинного природного газа для обнаружения радона, сероводорода и ртути;
направление осушенного глубинного природного газа в перекачивающий газопровод при соответствии обнаруженных концентраций ртути, радона и сероводорода в осушенном глубинном природном газе принятым стандартам; или проведение обезвреживания несоответствующих стандартам радона и сероводорода или ртути в глубинном природном газе, если обнаруженные концентрации радона и сероводорода или ртути в осушенном глубинном природном газе не соответствуют принятым стандартам; и
последовательное исследование глубинного природного газа после обезвреживания для обнаружения радона, сероводорода и ртути и направление глубинного природного газа после обезвреживания в перекачивающий газопровод при соответствии концентраций ртути, радона и сероводорода в глубинном природном газе принятым стандартам; или продолжение обезвреживания несоответствующих стандартам радона и сероводорода или ртути в глубинном природном газе, если концентрации радона и сероводорода или ртути в глубинном природном газе не соответствуют принятым стандартам, до тех пор, пока все концентрации не будут соответствовать принятым стандартам.
17. Способ по п. 16, в котором, когда концентрация ртути меньше или равна 0,01 мкг/м3, концентрация радона меньше или равна 4 пКи/л и концентрация сероводорода меньше или равна 6 мг/м3 в глубинном природном газе, то определяют, что концентрации ртути, радона и сероводорода в глубинном природном газе соответствуют принятым стандартам.
18. Способ по п. 16 или 17, в котором последовательное исследование глубинного природного газа для обнаружения радона, сероводорода и ртути включает:
обеспечение последовательного поступления глубинного природного газа, отфильтрованного через фильтрующий слой, в камеру обнаружения радона, камеру обнаружения сероводорода и камеру обнаружения ртути;
подачу напряжения на камеру обнаружения радона таким образом, чтобы детектор альфа-частиц собирал дочерние продукты распада радона и преобразовывал энергию альфа-частиц, излучаемую дочерними продуктами распада радона при альфа-распаде, в электрический импульсный сигнал; затем электрический импульсный сигнал преобразуют в электронный сигнал при помощи первого процессора электрических сигналов; электронному сигналу придают форму, его усиливают и преобразуют в импульсный сигнал напряжения при помощи усилителя электрического сигнала, а затем импульсный сигнал напряжения преобразуют в значение концентрации радона при помощи дисплея и отображают на дисплее;
повышение температуры индукционной пластины при помощи нагревательной пластины в камере обнаружения сероводорода; причем при обнаружении сероводорода структурой металл-оксид-полупроводник, расположенной на поверхности индукционной пластины, сероводород вступает в реакцию с ионами кислорода в структуре металл-оксид-полупроводник, что вызывает уменьшение значения сопротивления структуры металл-оксид-полупроводник; второй процессор электрических сигналов преобразует полученный сигнал изменения сопротивления в электронный сигнал; электронному сигналу придают форму, его усиливают и преобразуют в импульсный сигнал напряжения при помощи усилителя электрического сигнала, а затем импульсный сигнал напряжения преобразуют в значение концентрации сероводорода при помощи дисплея и отображают на дисплее;
при поступлении глубинного природного газа в камеру обнаружения ртути содержащаяся в нем ртуть вступает в реакцию с перманганатом с образованием электронов, которые собирают при помощи положительного и отрицательного электродов источника питания и передают на третий процессор электрических сигналов через проводящую пластину и преобразуют в электронный сигнал при помощи третьего процессора электрических сигналов; электронному сигналу придают форму, его усиливают и преобразуют в импульсный сигнал напряжения при помощи усилителя электрического сигнала, а затем импульсный сигнал напряжения преобразуют в значение концентрации ртути при помощи дисплея и отображают на дисплее.
19. Способ по п. 18, в котором концентрации ртути, радона и сероводорода в осушенном глубинном природном газе обнаруживают в течение периода времени соответственно, и концентрации ртути, радона и сероводорода, полученные непрерывно в течение указанного периода времени, усредняют соответственно как концентрацию ртути, концентрацию радона и концентрацию сероводорода в глубинном природном газе.
20. Способ по п. 18 или 19, в котором перманганат содержит перманганат калия.
21. Способ по п. 18 или 19, в котором напряжение, подаваемое на камеру обнаружения радона, составляет 1500-3000 В.
22. Способ по п. 16 или 17, в котором не соответствующий принятым стандартам радон и сероводород или ртуть в глубинном природном газе подвергают обезвреживанию, включающему:
введение глубинного природного газа в камеру обработки радона, когда радон в глубинном природном газе не соответствует принятым стандартам; причем по мере прохождения глубинного природного газа через сетчатые сепараторы биоактивный адсорбент, расположенный на поверхности сетчатых сепараторов, адсорбирует радон из глубинного природного газа;
введение глубинного природного газа в камеру удаления сероводорода разбрызгиванием, когда сероводород или ртуть в глубинном природном газе не соответствуют принятым стандартам; причем орошающее устройство разбрызгивает поглотитель сероводорода сверху вниз в камере удаления сероводорода разбрызгиванием таким образом, чтобы удалять сероводород из глубинного природного газа посредством его взаимодействия с поглотителем сероводорода; или введение глубинного природного газа в камеру обработки ртути, при этом по мере его прохождения через сетки для обработки опасного газа ртуть в глубинном природном газе удаляют посредством модифицированного меламином бентонита, заполняющего сетки для обработки опасного газа;
введение глубинного природного газа в камеру обработки радона, когда радон и сероводород в глубинном природном газе не соответствуют принятым стандартам; причем по мере прохождения глубинного природного газа через сетчатые сепараторы биоактивный адсорбент, расположенный на поверхности сетчатых сепараторов, адсорбирует радон из глубинного природного газа; обеспечение поступления глубинного природного газа, обработанного в камере обработки радона, в камеру удаления сероводорода разбрызгиванием; причем орошающее устройство разбрызгивает поглотитель сероводорода сверху вниз в камере удаления сероводорода разбрызгиванием таким образом, чтобы удалять сероводород из глубинного природного газа посредством его взаимодействия с поглотителем сероводорода;
введение глубинного природного газа в камеру обработки радона, когда радон и ртуть в глубинном природном газе не соответствуют принятым стандартам; причем по мере прохождения глубинного природного газа через сетчатые сепараторы биоактивный адсорбент, расположенный на поверхности сетчатых сепараторов, адсорбирует радон и часть ртути из глубинного природного газа; и обеспечение поступления глубинного природного газа, обработанного в камере обработки радона, в камеру обработки ртути, причем по мере его прохождения через сетки для обработки опасного газа удаляют остаточную ртуть из глубинного природного газа посредством модифицированного меламином бентонита, заполняющего сетки для обработки опасного газа.
23. Способ по п. 22, дополнительно включающий: возврат поглотителя сероводорода со дна камеры удаления сероводорода разбрызгиванием в орошающее устройство, которое разбрызгивает поглотитель сероводорода сверху вниз в камеру для удаления сероводорода разбрызгиванием, при обработке сероводорода в глубинном природном газе.
24. Способ по п. 22 или 23, в котором состав сырьевого материала поглотителя сероводорода содержит: водный раствор метилдиэтаноламина, раствор комплексного железа, гликолевый альдегид и азотсодержащее соединение.
25. Способ по п. 24, в котором азотсодержащее соединение содержит одно или более из аминов, триазинов и иминов; а
раствор комплексного железа содержит натриевую соль трехвалентного железа этилендиаминтетрауксусной кислоты и/или раствор соли железа этилендиамина.
| CN 109253995 A, 22.01.2019 | |||
| СПОСОБ АБСОРБЦИИ ГАЗООБРАЗНЫХ ОКИСЛЯЕМЫХ ИЛИ ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ КОМПОНЕНТОВ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНУ | 1996 |
|
RU2176927C2 |
| Способ и установка очистки природного газа от диоксида углерода и сероводорода | 2016 |
|
RU2624160C1 |
| US 20170115010 A1, 27.04.2017 | |||
| US 20200232959 A1, 23.07.2020 | |||
| JP 2011174812 A, 08.09.2011. | |||
