автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Метод извлечения сероводорода из малосернистых углеводородных газов водными растворами аммонийных солей

ЕСЕС0ЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПШРОДНЫХ ГАЗОВ

'БНИИГАЗ)

На правах рукописи Для служебного пользования Экземпляр № ( ( | ^

ШЕСГЕЖГОВА РАИСА ЕГОРОВНА

УДК 665.632.074.374

МЕ10Д ИЗВЛЕЧЕНИЯ СЕРОВОДОРОДА ИЗ МАЛОСЕРНИСТЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ ВОДНЫМИ РАСТВОРАМИ АММОНИЙНЫХ СОЛЕЙ

Специальность 05.17.07 - Химическая технология топлива и

газа

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Моснва 1991 г.

Работа выполнена в Северо-Кавказском научно-исследовательском институте природных газов (СевКавНИИгаз)

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Гриценко А.И.

Официальные оппоненты- доктор технических наук,П.А.Теснее

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Ю.Ы.Афанасьев

Ведущая организация - ВолгоУралНИШгаз, г.Оренбург

■ Höf, в i\J час

Защита состоится ос ~т- • 7/. \Jh в AJ час. на заседании специализированного совета К 070.01.01. по присувдению ученой степени кандидата технических наук Всесоюзного научно-исследовательского института природных газов (ВНИИГАЗ).

Адрес: I427I7.Московская о(5л:. .Ленинский р-он,нос.Развили ВНИИГАЗ.

¿S , V'0, 1991 г.

Автореферат разослан С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всесоюзного научно-исследовательского института природных газов (ВНИИгаз).

Ученый секретарь

специализированного совета, .Кисленко

кандидат технических наук

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В работе рассматриваются проблемы промысловой обработки газов с низкой концентрацией сероводорода. К таким месторождениям отнесены залежи, из газа которых не рационально получать элементарную серу по способу Клауса.

В газодобывающей промышленности сложилось положение, при котором технология обработки газов с высокой концентрацией еерою-дорода (Оренбургское, Астраханское! применяется и при разработке малосернистых месторождений (Учкыр, Северный Балкуи, Гугуртли и др •1 •

Опыт эксплуатации установок сероочистки, работающих нэ малосернистых месторождениях углеводородных газов, показал, что ъ газах регенерации отработанного раствора концентрация сероводорода меньше 20 % об., что не позволяет перерабатывать такие газы на ге-чах Клауса и получать товарную серу. Извлеченный из газа сероводород сжигается на факелах, вызывая сложности с обеспечением экологической безопасности атмосферы в районах расположения зтих установок.

Необходимость разработки технологии сероочистки, учитывающей особенности промысловой обработки малосернистых газов с высокими концентрациями двуокиси углерода, назрела давно. Б стране создан ряд таких процессов. На месторождении Кошехабль гжсплуати-руется установка окисления сероводорода с помощью трилоновых комплексов железа, на месторождении Сакар газ очищают от сероводорода водными растворами хроматов щелочных металлов, на месторождении Шуртан газ очищают от сероводорода с помощью адсорбентов.

В стране открыто и находится в разработке десятки газокон-денеатных месторождений, в газе которых концентрация сероюдорода в несколько раз меньше концентрации двуокиси углерода и которые относятся к категории малосернистых месторождений.

Отсутствие экономичной технологии для обработки малосернистых газов приносит ущерб в сотни миллионов руб. в год, который обусловлен выбросами сернистых соединений в атмосферу, высокой стоимостью оборудования, которое приходится изготавливать в антикоррозионном исполнении.

ЦЕЙЬ РАБОТЫ - на основе теоретических и экспериментальных исследований разработать специальную технологию, учитывающую особенности промысловой обработки малосернистых газов при разработке газоконденсатных месторождений. Эта общая задача может быть разбита на ряд более легких вопросов, без решения которых нельзя решить всю проблему.

Технология должна обеспечивать:

1. Получение товарных углеводородного газа и углеводородного конденсата, очищенных от сероводорода.

2. Технология должна исключать попадание в окружающую среду токсичных сернистых соединений, как с газовыми потоками, так и с водой и другими жидкими стоками.

3. Технология должна исключать коррозию оборудования и трубопроводов, начиная с забоя скважины.

4. Технология должна обеспечивать непрерывное и устойчивое удаление жидкости с забоя скважины в условиях падающей добычи при скоростях газа в НКТ меньше минимально-необходимых.

5. Технология должна предусматривать возможность получения товарных продуктов на основе извлекаемых из газа соединений серы и двуокиси углерода.

НАУЧНАЯ ЦЕННОСТЬ и новизна работы складывается иэ нескольких составляющих, основными из которых являются следующие.

I. Разработан комплекс требований к технологическим процессам промысловой обработки малосернистых газов.

2. Разработан абсорбент на основе хлорида аммония и соединений железа II и III, обеспечивающий извлечение из углеводородных газов сероводорода в присутствии двуокиси углерода.

3. Экспериментально изучено влияние концентраций всех компонентов, входящих в состав разработанного абсорбента, на процесс извлечения сероводорода из обрабатываемого газа.

4. Разработана технология очистки малосернистых углеводородных газов от сероводорода непосредственно в стволе эксплуатационных скважин.

5. Определены граничные условия применения технологии сероочистки растворами аммонийных солей.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ определяется тем, что разработанная технология очистки углеводородных газов от сероводорода в стволе газовой скважины расширяет возможности при создании проектов разработки и обустройства малосернистых газовых и газо-конденсатных месторождений, что позволит уменьшить капитальные затраты в строительство эксплуатационных скважин и в установки промысловой обработки газа.

Основными регионами для реализации технологии в промышленности являются малосернистые месторождения Узбекистана и Туркмении, где сосредоточены основные запасы малосернистых углеводородных газов.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты исследований докладывались на различных отраслевых совещаниях, проходящих в г.г. Ашхабаде, Баку, Москве.

Опытно-промышленные испытания технологии проведены на месторождении Северный Балкуи ПО "Туркменгазпром", на месторождении Кошехабль, на нефтяных месторождениях Макат ПО "Эмбанефть" и Каражанбас ПО "Термнефть".

На Волгоградском объединении "Химпром" построена установка по получению разработанного абсорбента на основе хлористого аммония с добавками соединений железа.

ПУБЛИКАЦИИ. Результаты диссертационной работы опубликованы в II печатных.работах. Новые технические решения, созданные в процессе разработки технологии очистки газа от сероводорода защищены 6 авторскими свидетельствами на изобретения.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ.

Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и списка литературы. Содержание работы изложено на Т42 страницах машинописного текста, включая рисунков таблиц.

Б первой главе рассматриваются вопросы современного состояния разработки малосернистых месторождений.

Во второй главе приводится литературный обзор существующих методов очистки газов от сероводорода.

В третьей главе рассмотрены некоторые теоретические вопросы разрабатываемой технологии. Изучение этих вопросов позволило не только обосновать пути исследований, но и определить основные направления экспериментов.

В четвертой главе рассматриваются методики и результаты экспериментальных исследований, которые проводились как в лабораторных так и в промысловых условиях.

В пятой главе рассматривается механизм химического взаимодействия абсорбента с сероводородом и двуокисью углерода.

В шестой главе приводятся результаты промышленных испытаний разработанной технологии.

Е седьмой главе рассмотрены экономические вопросы. Проводится сравнение основных технико-экономических показателей

разработанной технологии с технологическими процессами, которые, в настоящее время, реализованы в промышленности.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении обосновывается актуальность работы, сформулирована цель, задачи.

Основные задачи исследования.

1. Разработка состава поглотительного раствора для очистки газа от сероводорода в присутствии больших количеств двуокиси углерода.

2. Изучение механизма химического взаимодействия компонентов поглотительного раствора с компонентами газа.

3. Определение роли двуокиси углерода, присутствующей в газе, химических процессах, протекающий в процессе очистки газа разработанным поглотителем.

4. Изучение кинетики процесса очистки газа от сероводорода разработанным абсорбентом.

5. Изучение поглотительной способности разработанного абсорбента.

6. Определение влияния температуры и давления на процесс очистки.

7. Оценка коррозионной активности разработанного поглотителя.

I. ВЫБОР АБСОРБЕНТА ДЛЯ СЧИСТКИ ГАЗА ОТ СЕРОВОДОРОДА В ШСУТСТШИ БОЛЬШИХ КОЛИЧЕСТВ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА

Исследования процесса очистки газа от сероводорода растворами на основе соединений железа выявили существенные недостатки технологии.

Процесс описывается уравнением

зя^+гге (он)3 = + $ + бкго. а)

В результате образуется твердая фаза в виде смеси сульфида железа и элементарной серы, из которой трудно вцделить целевой продукт-серу.

Регенерация отработанного абсорбента описывается уравнением

+ (0И)3 (2)

Выделенная сера содержит до 15% вес гидроокиси железа, что ухудшает экономику процесса.

Анализ работы опытно-промышленных установок сероочистки соединениями железа позволил сделать попытку исключить перечисленные недостатки.

Для этого процесс очистки необходимо проводить при рН 6,5, в этом случае в отработанном абсорбенте твердая фаза будет представлена только серой.

Для создания необходимой среды в процессе очистки можно использовать хлористый аммони?., водные растворы которого из-за гидролиза имеют рН = 4,5 - 5,5.

Процесс очистки с использованием хлористого аммония описывается уравнением:

гТе(0Н)3 +Н£+4ЩСе+4С0, --ЫРеССгЧЩНСОг. (3)

Проведенные эксперименты показали, что поглотительный раствор, содержащий такие компоненты как хлористый аммоний, соединения железа и воду, поглощает сероводород и двуокись углерода в количествах в десятки раз превышающих величину, определяемую уравнением (3).

Исследования показали, что поглотительная способность абсорбента достаточно высокая. Лабораторный эксперимент позволил достичь насыщения раствора сероводородом 136 кг/м^, а по двуокиси углерода 474 кг/м^.

Анализы отработанного раствора показали, что в нем не наблюдается роста концентрации железа II, т.е. по мере образования в процессе очистки железо II срабатывается. Стало очевидно, что добавки соединений железа II в поглотительный раствор улучшают его абсорбционную способность, что подтверждается результатами экспериментов, приведенных в таблице I.

Таблица I

Результаты экспериментов процесса поглощения сероводорода и двуокиси углерода исследуемым раствором

Отношение концентра- Объем раствора, Состав поглотитель- Поглощено се- Поглощено ного раствора, роводорода, г двуокиси г/л углерода,г

ций в газе ¥4 мл ия^с Ь и 1Г 9 9 " ?т У* и

I 4 140 1.0 1.0 160 0.32 13.5 42.2 0.16' 19.6 123

I 4 140 0.1 0.1 160 0.13 2.3 17.7 0.16 II.8 74

I 4.2 355 1.0 1.0 25.5 0.81 15.03 18.6 0.40 45.6 114

I 4 140 0.0 0.0 160 0.10 0.083 0.8 0.16 0.11 0.7

I 3 140 0,1 0,1 0.0 0,16 0,05 0.4 0,15 0,20 1.3

Примечание:

9:

- теоретическое количество ^ £

и СОл

по реакции 3 Ср^ - фактическое количество Нг Ь и СОг ■

Данные таблицы I показывают, что между компонентами поглотительного раствора на основе хлорида аммония, сероводородом и двуокисью углерода протекают химические процессы.

Таким образом, разработан новый состав абсорбента для очистки газа от сероводорода, количественный состав которого следующий:

- хлористый аммония до 201!;

- соединения Те (+3) - 0,25$;

- соединения Ре (+2) - 0, ?Ш;

- вода - остальное.

Коррозионные испытания поглотительного раствора, которые проводились как в лабораторных условиях при нормальных условиях и под давлением, а также при повышенных температурах показали, что разработанный абсорбент на основе хлорида аммония с добавками соединений железа IT и III коррозионно не опасен. Скорости коррозии в лабораторных условиях не превышала 0,1 мм/год.

Опытно-промышленные испытания разработанного абсорбента на скважине 36 месторождения Северный Балкуи показали, что скорость коррозии не превышает 0.056 мм в год.

2. РОЛЬ хлогастого АММОНИЯ Б ПРОЦЕССЕ ОЧИСТКИ

Проведенные экспериментальные исследования поглотительного раствора на основе хлорида аммония позволили утверждать, что хлористый аммоний в процессе очистки вылолня'ет не только роль буфера для поддержания необходимого pH, но и участвует в химических процессах, протекающих между сероводородом, двуокисью углерода и компонентами абсорбента.

На рис. I и в таблице I приводятся результаты экспериментов, которые подтверждают, что присутствие в растворе хлорида аммония увеличивает поглотительную способность абсорбента. Повышение концентрации хлорида аммония более 160 г/л не дает существенного увеличения поглотительной способности раствора и экономически не оправдано, а снижение концентрации ниже 80 г/л приводит к замедлению процесса очистки.

Экспериментально установлено, что продуктом химического взаимодействия хлорида аммония является азот.

Другими словами, ион аммония в процессе очистки участвует в окислительно-восстановительных процессах, протекающих по схеме

6& - . (4)

Результаты хроматографического анализа подтверждают это. (Таблица 2).

Кроме того, ион аммония участвует в химических процессах без изменения валентности. (Таблица 3).

Таблица 2

Результаты хроматографических анализов состава газа в процессе очистки

Компонен- Количественный состав газа, % об.

ты газовой смеси ГП-3 ГП-ГО ГП-ТО

до после до после до после

очистки очистки очистки

1.33 0.75 2.79 стс. 3.75 1.41

СО, 23.99 2.29 28.57 20.66 24.23 19. Т9

Я* 4.92 5.95 1.84 3.63 1.41 4 со

С/* 69.76 91.01 66.80 75.71 70.61 76.59

Примечание: Концентрация газов после очистки показана с учетом уменьшения объема газа за счет перехода части компонентов газа в раствор

Таблица 3

Результаты экспериментальных исследований отработанного абсорбента путем экстракции эфиром

— п/п

Концентрация КЯ,С£ в отработанном поглотителе , г/л *

Примечание

до экстракции_

после экстрак-_ции_

в эфирной вытяжке_

1 141.45

2 41.87

139.10 40.10

1.89 Проба с МГПЗ

СОг

1.80 состав газа: НЛ--/37»,С0-~87%

Влияние мкцттцм hh^tt ha изменение величины окислительно - восстановит!льного потенциала ПРИ поглощении газовой смеси Я

»20U

> Е

'100

!0

-100

-200

i

\ Ч ъ

\ г

ч ч 1

-—X

го чо бо во юо ¡го но 160 leo

Объем поглощенном мзоюй смеси, мл

Концентрлцн* Fe*3«0,lr/* -С »1

КН,С(

Рис. I

1 -Скн^'"°'0Г/Л' 2"Ч«*81г,л' 3-Ч«М60Г/Л

- II -

3. КАТАЛИТИЧЕСКАЯ РОЛЬ СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА III и II В ПРОЦЕССЕ ОЧИСТКИ

Как показывают результаты экспериментальных исследований присутствие в поглотительном растворе соединений железа II и III увеличивает поглотительную способность раствора (таблица I).

На рис. I показано влияние концентрации соединений железа III на процесс поглощения сероводорода раствором абсорбента. Повышение концентрации железа III в растворе приводит к увеличению его поглотительной способности, однако увеличение концентрации /ё (+3) более 10 г/л приводит к резкому замедлению процесса очистки, а снижение концентрации железа III до величины менее 0,1 г/л ведет к прекращению процесса. (Рис. 2). Присутствие соединений Ге (+3) в растворе способствует росту окислительно-восстановительного потенциала. Интерес представляет влияние на процесс очистки соединений Fв (+2). Присутствие /<? (+2) в растворе способствует стабилизации окислительно-восстановительного потенциала и рН раствора. Оптимальное соотношение /е (+2) в растворе составляет 1:1 (рис. 3).

Полученный экспериментальный материал указывает на то, что соединения железа в процессе очистки выполняют роль катализатора.

Присутствие всех компонентов поглотительного раствора определяет его высокую поглотительную способность. Отсутствие любого из компонентов раствора приводит либо к резкому замедлению, либо вообще к прекращению процесса поглощения сероводорода из газа.

100 2Û0 300

Время, мин.

I - H,S: СО, » I 3 C.»,ct ; 160 г/л 1 г/л

2 - HjS: СО, -. I 3 c,«.a ' 160 Г/Д 0,I г/л

3 - HjS: co2 I 3.5 * 160 г/л V- 10 г/л

- V.J" CO, » I k C*\ci z 160 г/л 10 г/л

5 - H2S: COj » I 5 Cx«,ct "" 160 г/л с,»- 5,6 г/л

6 - H3j: CO, -- 1 3 C*H,ci 1 25,5г/л 0,1 г/л

Рис. г

- 13 -

4. РОЛЬ ДВУОКИСИ УГЛЕРОДА В ПРОЦЕССЕ ОЧИСТКИ ГАЗА ОТ СЕРОВОДОРОДА

Экспериментально установлено, что поглотительный раствор на основе хлорида аммония, содержащий соединения железа II и III, способен поглощать из газовой смеси как сероводород, так и двуокись углерода, причем сероводорода поглощается в десятки раз больше, чем его может связать железо по реакции I и 2, двуокиси углерода поглощается в десятки раз больше, чем количество, обусловленное ее растворением в растворе хлористого аммония.

Более того, в ходе экспериментальных исследований установлено, что с повышением концентрации двуокиси углерода в обрабатываемом газе возрастает поглотительная способность раствора. При отсутствии двуокиси углерода в обрабатываемом газе процесс сероочистки не идет. Отсутствие сероводорода в газовой смеси не влечет остановки процесса поглощения С02.

На рис. 3 и 4 показана активная роль двуокиси углерода в процессе сероочистки растворами на основе хлорида аммония. Нижняя граница соотношения концентраций сероводорода и двуокиси углерода в обрабатываемом газе составляет 1:4.

Процесс насыщения поглотительного раствора двуокисью углерода сопровождается ростом окислительно-восстановительного потенциала и стабилизацией рН раствора на уровне 4.3.

Исследования, проведенные с отработанным поглотителем позволили выделить различные группы водорастворимых органических соединений в количестве до 11% вес., это: органические кислоты, основания, амфотерные и нейтральные соединения.

Количественная характеристика показывает, что органические основания составляют около 50^, что, вероятно, и определяет рН отработанного поглотителя, равный б.

ИЗМЕНЕНИЕ pH ПРИ ПОГЛОЩЕНИИ ДТОКИ КГЛЕРОДА растворами различного состава

ч О

Ц ---—----- i ———___ ^Ч ' **-

г

2О0 400 600

Обьек поглояегаой дъуописи углерода

• - C»n4ct : 160 Г/Л, -- 0,5г/л , Сге.г = 0,5 г/л

2 - С*и,сС * 160 Г/Л, V» -- 1,0г/л. » 0,0 Г/л

3- С г к«АсС 160 Г/Л, V1 = 0,0г/л = 1,0 г/л

Ь - Г ; ХК4СС 0,0 г/л, -- 0,£г/л сг«г 0.5 г/л

Рмсз

- 15 -

По всей вероятности, двуокись углерода в- рассматриваемой системе выполняет роль окислителя, а соединения железа - роль катализатора процесса низкотемпературного синтеза органических соединений на базе двуокиси углерода.

Термодинамические расчеты и результаты экспериментов показывают следующий механизм химического взаимодействия в процессе обработки малосернистого газа растворами, содержащими хлорид аммония и соединения железа II и III.

Предположительно процесс поглощения смеси сероводорода и двуокиси углерода протекает в две стадии: на первой стадии двуокись углерода реагирует с раствором с образованием органических соединений, имеющих достаточно высокий окислительно-восстановительный потенциал (рис. 4). На второй стадии происходит окисление сероводорода продуктами реакций, образовавшихся на первой стадии.

5. РОЛЬ СЕРОВОДОРОДА Б ПРОЦЕССЕ ОЧИСТКИ

Как известно сероводород является восстановителем в окислительно-восстановительных процессах. Продуктами окисления являются такие неорганические группы как сульфиты, тиосульфата, сульфаты, сера элементарная.

Сероводород может входить в состав образующихся органических соединений.

В отработанных растворах не обнаружено неорганических продуктов окисления сероводорода, а также элементарной серы. Возможно, что процесс окисления протекает до сероорганических соединений.

Отсутствие справочных данных по сероорганическим соединениям не позволило провести теоретических исследований по определению химизма процесса окисления сероводорода в рассматриваемой системе.

ИЗМЕНЕНИЕ рН (К?ШЯ1) И 1ШЧКНЫ ОККСЛИТЕЛЬНО-ЮССТАШИТЕЛЬНОГО

ПОТЕНЦИАЛА Е

(лри»ая г) при насыщения поглотительного

он/ восст.

РАСТВОРА ДВУОКИСЬЮ УГЛЕРОДА

5.5

5.0

А.5

4,0

/

2 ^ /

\

\ XI

30

70

130

Объем поглощенного СОг, ш

ОбМм раствор« - 150 мл ; конщктрацкя КН^С1- 260 г/л кэкц<хтрщкя Те - 3,5 г/л

1 - рН ; 2- Еок,>осст Ркс к

- 17 -

6. ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ ГАЗА ОТ СЕРОЕОДОРОДА РАСТВОРАМИ НА ХНОВЕ ХЛОРИДА АММОНИЯ В СТВОЛЕ ГАЗОВОЙ СКВАЖИНЫ

Химические реакции между компонентами раствора, сероводородом и двуокисью углерода протекают в жидкой фазе при нормальных условиях с низкими скоростями. Это усложняет процессы массопере-дачи и требует значительного времени контакта газа с абсорбентом. Увеличение температуры до 80 град.С, практически, не оказывает влияния на скорость взаимодействия и сероводорода и двуокиси углерода с компонентами раствора.

Сооружение массообиенных аппаратов, в которых время контакта измерялось бы десятками минут, задача сложная.

Газовые скважины удовлетворяют требованию большого времени контакта газа с абсорбентом.

Принципиальная технологическая схема очистки газа от сероводорода в скважине приводится на рис. 5,

Поглотительный растгор из сборника В— I насосом Н-1 закачивается в затрубное пространство скважины СК-1 и по насосно-комп-рессорным трубам, газовым потоком выносится на поверхность. В сепараторе С-1 газ отделяется от воды и конденсата, проходит замерной узел Р-1 и поступает на дальнейшую обработку по существующей на промысле технологии.

Технология очистки газа от сероводорода в скважине ликвидирует целый ряд недостатков существующих технологий очистки газа от сероводорода (таблица 4).

Таблица 4

СРАВНЕНИЕ существующих технологий очистки газа от сероводорода и разработанной

№ Наименование недостатков

Способ обработки газа А Г-Ж Ц П Хр Тр.Б-/еЖХА

3_4

.7 8

+ - + + - - +

+ + + +

+ +

1 Невысокие концентрации поглотителя, обусловленные:

- процессами коррозии ■(

- выпадением твердой фазы

- потерями абсорбента

2 Высокие энергозатраты на

узле регенерации

3 Подверженность коррозии н оборудования скважины' и шлейфов, что требует использования епецматериа-лов и ингибирования

4 Присутствие сероводорода н в углеводородном конденсате и пластовой воде, удаляемых из первого сепаратора

5 Загрязнение атмосферы -I сернистыми соединениями из-за невозможности утилизации сероводорода на печах Клауса

6 Невысокая емкость по ++++++ сероводороду

7 Токсичность абсорбента + + +

8 Образующаяся сера не + + + -реализуется как товар

9 Возможность применения -++-++ + прямотока

Обозначение: А - аминовый способ, Г-Ж-гидроокись железа,

Ц-цеолитовый, П-поташ, Хр-хроматы, ТрБ-/<? же-лезотрилоновый комплекс, ЖХА - железо, хлорид аммония.

+ + + + +

+ +

I

2

принципшьш cuma опытно - пронышлотой к tah ob пи

P-I

Рис. 5.

- 20 -

Преимущества сероочистки в скважине можно сгруппировать по следующим показателям.

1. Исключается коррозия технологического оборудования.

2. Решается вопрос предупревдения гидратообразования.

3. Углеводородный конденсат и вода очищаются от сероводорода одновременно с газом.

4. Улучшается экономика за счет исключения строительства наземных установок сероочистки и изготовления оборудования.

5. Обеспечивается экологическая безопасность в районах добычи.

6. Реагенты для абсорбента дешевые и легко доступные.

7. Высокая поглотительная емкость раствора делает технологию экономичной без регенерации. Себестоимость очистки составляет 0,15 ру6/1ООО м3.

Однако, как и любая технология, очистка газа от сероводорода в скважине имеет границы применимости.

Первое ограничение - состав обрабатываемого газа. Технология применима только для месторождений газа с концентрациями сероводорода и двуокиси углерода

Второе ограничение - время контакта газа с абсорбентом. Исследования показали, что технология применима для глубоких скважин с низкими дебитами.

Третье ограничение - опасность задавливания скважины поглотительным раствором. Расчеты показали, что при концентрации сероводорода в газе С (Кг * 10 г/м^ опасность задавливания скважины исключается. Для поддержания минимально-необходимой скорости газа в скважине разработаны специальные устройства, которые устанавливаются по стволу НКТ.

- 21 -

Четвертое ограничение - рентабельность разработанной технологии. Расчеты показали, что технология рентабельна при со-

о

держании в газе сероводорода до 25 г/м (расчеты проводили при

о

цене реализации газа 8 руб/IOOO м .)

Опытно-промышленные испытания проводились на месторождениях Северный Балкуи, Кошехабль, на нефтяных месторождениях Каражан-бас и Макат.

Результаты промышленных испытаний полностью подтвердили высокую поглотительную способность применяемых растворов как по сероводороду так и по двуокиси углерода, ^ &) - 190 кг/м^, f СCOg) - 2700 кг/м3.

Полученные результаты показывают высокую эффективность разработанной технологии.

Таким образом, результаты исследований позволили сделать следующие выводы.

1. Разработан состав абсорбента, представляющего собой водный раствор хлористого аммония с добавками соединений железа, который можно использовать для извлечения из газов сероводорода в присутствии больших количеств двуокиси углерода.

2. Изучены основные технологические характеристики разработанного абсорбента:

- установлено, что абсорбент можно применять для обработки газов, в которых концентрация двуокиси углерода в 4 или более раз выше концентрации сероводорода;

- концентрация хлористого аммония в растворе не должна быть меньше 80 г/л;

- установлено, что работоспособность абсорбента обеспечивается только в присутствии в растворе соединений железа II и III, оптимальная концентрация которых составляет 0,1-5,0 г/л;

- 22 -

- установлено, что оптимальное соотношение концентраций железа í2+) и железа (3+-) составляет 1:1.

3. Экспериментально установлено, что соединения железа в разработанном абсорбенте выполняют роль катализатора.

4. Экспериментально установлено, что в процессе поглощения абсорбентом двуокиси углерода образуются низкомолекулярные органические соединения кислотного, щелочного и амфотерного характера. Б экспериментах количество образующихся органических соединений достигало П^ от общей массы абсорбента.

5. Разработана и проверена в промысловых условиях технология очистки малосернистых природных газов от сероводорода непосредственно в стволе газовой скважины.

Испытание технологии показали, что при ее реализации обеспечивается решение ряда Технологических задач, к которым можно отнести:

- исключение необходимости в применении ингибиторов гид-ратообразования для закачки в скважину, поскольку применяемый абсорбент обладает необходимыми ингибирующими свойствами;

- лабораторными и промысловыми исследованиями установлено, что разработанный абсорбент в присутствии сероводорода и двуокиси углерода не обладает повышенными коррозионными свойствами в отношении углеродистых сталей;

- поступающий из скважин углеводородистый конденсат не содержит сероводорода, что упрощает технологию его переработки;

- высокая поглотительная способность разработанного абсорбента, которая по сероводороду составляет 190 кг/м , а по двуокиси углерода 2700 кг/м^, обеспечивает высокие технико-экономические показатели процесса;

- 23 -

- разработанная технология исключает загрязнение окружающей среды токсичными сернистыми соединениями.

В работе даны уравнения для определения граничных условий применения разработанной технологии, которые зависят от глубины месторождений, концентраций кислых компонентов в добываемом газе, дебита скважин, давлений на забое и устье скважин и некоторых других факторов.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В РАБОТАХ И АВТОРСКИХ СВИДЕТЕЛЬСТВАХ

1. Галанин И.А., Шестерикова P.E., Мурин В.И. Энергетические затраты в установках очистки газа от кислых компонентов. Баку. Научные труды. "Повышение эффективности подготовки и комплексной переработки газа", 1983 г., с. 124.

2. Шестерикова P.E., Бинюков Г.С. Получение товарной серы ■из малосернистых природных газов, Э.И. выпуск II, М., 1984. Серия: Транспорт, переработка и использование газа в народном хозяйстве, с. 5-9.

3. Галанин И.А., Мурин В.И., Требин И.С., Шестерикова P.E. Безотходная технология исследования скважин на месторождениях сероводородсодержацих газов. Сб. научных трудов, - М., 1984,

с. 50-61.

4. Шестерикова P.E., Фесенко Н.Я., Зезекало И.Г. Об использовании аммиачных поглотительных растворов для очистки газа. Нефтяная и газовая промышленность, - Киев, 1985, ',"> 3, с. 38-39.

5. Шестерикова P.E. Влияние температуры на процесс взаимодействия ЖХА-5/160 с Нг S и СОг . Нефтяная и газовая промышленность, Киев, № 4, 1988, с. 41-42.

- 24 -

6. Авторское свидетельство if> 1562435 от 21.12.87 г. "Спо-. соб для обработки призабойной зоны карбонатного пласта". Гала-нин И.А., Зиновьева Л.М., Осташ А,Д., Шестерикова P.E., Ли Г.П., Саушин А.З., Бадалов С.А., Жуклев М.А., Билалов Ф.Р., Алексеев В.Г

7. Авторское свидетельство Ji 1538597 от 12.06.87 г. "Способ разработки нефтяного пласта внутрипластовым горением". Гала-нин И.А., Шестерикова P.E., Ли Р.П., Басова А.Г., Зиновьева Л.М., Чуманов В.М., Дюсембаев Х.Д., Аношкин Е.Ф.

8. Авторское свидетельство .'*' 1452246 от 4,01.87 г. "Способ разработки нефтяного пласта". Галанин И.А., Шестерикова P.E., Ли Г.П., Зиновьева Л.М., Федченко Л.И., Аношкин Е.Ф., Нурсултанов К.Н., Дюсембаев Х.Д., Корень Р.В., Завертайло М.М.

9. Авторское свидетельство 1 1385348 от 4.11.85 г. "Способ очистки газа от сероводорода". Галанин И.А., Шестерикова P.E., Ли Г.П., Зиновьева Л.М., Джуманазаров С.Х., Панфилов Ю.В.

10. Авторское свидетельство № I2I5403 от 19.06.84 г. "Способ обработки приэабойной зоны карбонатного газоносного пласта". Галанин И,А., Шестерикова P.E., Ли Г.П., Заручаев Г.И., Жужлев М.А

11. Авторское свидетельство № I146415 от 17.11.82 г. "Способ эксплуатации малодебитной газовой скважины". Галанин И.А., Игна-тенко D.H., Зиновьева Л.М., Шестерикова P.E., Гриценко А.И., Ко-валко М.П., Артемов В.И., Зезекало И.Г., Гоцкий Б.П., Осташ А.Д.

Соискатель

¿Ill&au^T