автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Оптимизация режимно-технологических параметров нейтрализации серосодержащих примесей в системах промысловой очистки природных газов

На правах рукописи

Воронцов Роман Александрович

ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ СЕРОСОДЕРЖАЩИХ ПРИМЕСЕЙ В СИСТЕМАХ ПРОМЫСЛОВОЙ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ

Специальности: 05.23.03 -Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение 03.00.16 - Экология (технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград 2003

Работа выполнена в Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии

Научный руководитель

доктор технических наук,

профессор Диденко В. Г.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,

профессор Каблов В.Ф.

кандидат технических наук Калинина H.A.

Ведущее предприятие: ООО «ЛУКОЙЛ-Нижневолжскнефть»

Защита состоится « » декабря 2003 года в часов

на заседании диссертационного совета К. 212.026.03 в Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: 400074, Волгоград, ул. Академическая, 1, ауд. В-710.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии.

Автореферат разослан _»*ig*r<^b*2003 г.

^

С. Б. Остроухое

Ученый секретарь диссертационного совета канд. хим. наук --

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Современное состояние вопросов добычи, подготовки и транспортирования углеводородных газов ставит в ряд важнейших задач их очистку от кислых примесей (в частности, от сероводорода), вызывающих загрязнение окружающей среды, коррозию технологического оборудования и разрушение строительных конструкций.

Необходимость очистки углеводородных газов от примесей сероводорода диктуется условиями экологической безопасности, из-за токсичности сероводорода и его производных. Кроме того, наличие сероводорода не позволяет использовать серосодержащие углеводородные газы в энергетике, для жилищно-коммунальных нуад, а также в промышленности из-за отравления катализаторов, применяемых в различных химических процессах.

Экологическую опасность сероводорода в большей мере определяет продукт его сжигания (сернистый ангидрид), который оказывает активное техногенное воздействие на окружающую среду, народохозяйственные и природные объекты.

Основное количество сернистого ангидрида выбрасывается в атмосферу в результате сжигания серосодержащего топлива в котельных ЖКХ, теплоэлектростанциях и промышленных печах. В среднем по Российской Федерации ежегодно в атмосферу поступает более 20 млн. т вредных веществ, треть которых приходится на диоксид серы. Это делает чрезвычайно актуальным поиск путей сокращения объемов сернистых выбросов и их нейтрализации.

Наиболее эффективным направлением решения данной проблемы является обеспечение предварительной очистки углеводородного газового топлива и перевод на него всех крупных потребителей энергии. Однако рост цен на газовое топливо и дефицит разведанных месторождений с отсутствием сернистых примесей затрудняет реализацию такого подхода. В тоже время на территории России, и в частности, Нижнего Поволжья, разведано и законсервировано много газовых, нефтегазовых, газоконден-сатных серосодержащих месторождений. Однако разработка газовых и нефтегазовых месторождений Нижнего Поволжья без обеспечения их эффективным сероочистным оборудованием может стать источником серьезных экологических осложнений, т.к. двадцать одно месторождение в составе углеводородного газа содержат сероводород, концентрация которого варьируется от 0,01 до 7,5 об %.

Цель работы - снижение антропогенного воздействия на окружающую среду

выбросов Нгв и БОг на основе оптимизации окислительного бишофитового процесса

селективной очистки углеводородных газов-от-свроводорода посредством повышения

РОС. национальная i БИБЛИОТЕКА |

09 тЪрст^Щ

стабильности и эффективности утилизации сероводорода и повышения степени регенерации отработанного поглотительного раствора.

Основные задачи работы:

- разработка технологических основ окислительного бишофитового метода очистки углеводородных газовых сред от сероводорода с применением вихреинжекци-онного способа смешивания взаимодействующих фаз;

- повышение технологической и экономической эффективности окислительного бишофитового процесса;

- разработка состава поглотительного раствора для эффективной конверсии сероводорода в элементарную серу в широком температурном диапазоне.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, лабораторные исследования, математическое моделирование, обработку экспериментальных данных методами математической статистики с применением ПК.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована планированием необходимого объема экспериментов, подтверждена удовлетворяющей сходимостью полученных результатов расчета с результатами других авторов и натурными данными.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- разработаны теоретические принципы создания эффективной технологии утилизации сероводорода из углеводородных газов бишофитным поглотителем путем вихреинжекционного смешивания газожидкостной системы для экологически безопасного газоснабжения объектов промышленности и коммунального хозяйства;

- экспериментально установлено, что использование соли хромовой кислоты, в качестве окислителя сероводорода, в комплексе с природным бишофитом (в качестве катализатора) имеет наибольшую реакционную способность. Наибольшая степень утилизации сероводорода наблюдается при рН 6-9 ед и в интервале температур -10++55°С;

- экспериментально установлены технологические параметры регенерации отработанного окислительного сорбента поглотительного раствора лежащие в области нейтральных и слабощелочных значений рН 6-9 ед и температурном режиме +20++50 °С;

- установлено, что эффективное достижение удовлетворяющих степеней извлечения сероводорода из обрабатываемого газа поглотительным раствором на основе бишофита и регенерации отработанного сорбента, может быть реализовано в ин-

жекторно-ленных скрубберах (ИПС) при скорости газа 11а> 6 м/с посредством варьирования величины начального уровня жидкости в области значений Ь0 ¿0,0 м;

- разработана унифицированная технологическая схема аппаратурного оформления окислительного процесса очистки углеводородных газов от сероводорода поглотительным раствором на основе природного бишофита в пенодинамическом слое на основе модульных принципов агрегатирования в аппаратах ИПС.

Практическая ценность работы:

- разработан состав поглотительного раствора для утилизации сероводорода содержащий активный сорбент хромовый ангидрид, выполняющий одновременно две задачи: сорбента окислителя сероводорода и ингибитора коррозии технологического оборудования газоснабжения, в среде раствора природного бишофита, обладающего каталитическими свойствами. Состав обладает способностью утилизировать сероводород с высокой эффективностью в температурном режиме -10н-+55 °С, с получением элементарной серы. На новый поглотительный раствор разработаны технические условия (ТУ 2165-003-00147507-2000 "Поглотительный раствор для очистки газов от сероводорода");

- внедрен окислительный поглотительный раствор сероводорода в промысловых условиях. Раствор показал высокую утилизирующую эффективность к сероводороду в сложных природных условиях, способность легко регенерироваться кислородом воздуха без изменения первоначального состава и без выделения токсичных и вредных веществ, при этом он отличается низкой температурой замерзания до -10°С и малой коррозионной активностью к технологическому оборудованию в системе газоснабжения.

- разработана унифицированная технологическая схема аппаратурного оформления окислительного процесса очистки углеводородных газов от сероводорода поглотительным раствором на основе природного бишофита в пенодинамическом слое на основе модульных принципов агрегатирования.

Разработанная технология обеспечивает высокий природоохранный эффект и кроме того по технико-экономическим показателям является наиболее экономичной при обеспечении городов и поселков бессернистым газом.

Реализация и внедрение результатов работы:

Результаты работы вошли в руководящие документы:

"Поглотительный раствор для очистки газов от сероводорода" ТУ 2165-00300147507-2000. Волгоград, 2000 г.

Внедрение выполненных работ позволило сократить выбросы и сжигание попутного нефтяного газа на факелах и использовать очищенный газ в производственных технологических нуждах и газоснабжении промышленных и коммунальных объектов.

Себестоимость предлагаемого (нового) состава поглотительного раствора более чем в 2 раза меньше ранее применяемого (известного). Эксплуатационные расходы только на химреагенты снижаются более чем на 4 тыс. руб./м3.

На защиту выносятся:

- теоретические и экспериментальные результаты исследования физико-химических закономерностей утилизации сероводорода и процессов очистки серосодержащих углеводородных газов на основе бишофитного поглотителя в вихреинжек-ционных пенодинамических реакторах;

- методика получения состава поглотительного раствора для утилизации сероводорода;

- принципиальная схема аппаратурного оформления ресурсосберегающей технологии окислительного процесса очистки углеводородных газов от сероводорода поглотителем на основе раствора бишофита в пенодинамическом слое на основе модульных принципов агрегатирования.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на: научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ОАО "ЛУКОЙЛ" (г. Волгоград, 2001 г.) по итогам конкурса авторская работа "Утилизация попутных и факельных газов" была отмечена дипломом за второе место; на Х-ом юбилейном конкурсе молодежных разработок "ТЭК-2001" (г. Москва, 2001 г.) по итогам конкурса авторская работа "Бишофитовая технология очистки углеводородных газов от сероводорода" была отмечена дипломом за первое место; на 1-ой Международной конференции "Нефтегазоносность Казахстана" (г. Алматы-Атырау, 2001 г.); на XII научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (г. Тюмень, 2002 г.)

Публикации. Основное научное содержание работы изложено в 9 печатных статьях.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы -150 страницы, в том числе: 135 страниц - основной текст, содержащий 7 таблиц на 7 страницах, 43 рисунка на 43 страницах, список литературы из 101 наименований на 8 страницах, 2 приложения на 7 страницах.

Автор искренне благодарит за всестороннюю помощь и оказанное содействие при работе над диссертацией научного руководителя профессора, доктора технических наук В.Г. Диденко и научных консультантов доктора технических наук H.H. Юркива, кандидата технических наук И.Ш. Салеха, кандидата химических наук С.Б. Остроухова.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В настоящее время при разработке, эксплуатации и обустройстве топливно-энергетических комплексов все больше обостряются экологические и технологические проблемы, связанные с наличием сероводорода в углеводородном газе и нефти. Это особенно проявляется при вводе в эксплуатацию серосодержащих нефтегазовых месторождений, где попутные низконапорные газы сжигаются и выбрасываются в атмосферу. В данной работе обоснована актуальность рассматриваемой темы, сформулированы и обоснованы цели и задачи исследований, указана научная новизна, практическая ценность и основные положения, выносимые на защиту.

Рассматриваются экологические и технологические аспекты проблемы наличия сероводорода в углеводородных газах.

Оценивается характер воздействия сероводорода и основного продукта его окисления (диоксида серы) на человека, растительный и животный мир. Анализируются закономерности коррозийных процессов протекающих в газовых средах содержащих сероводород, сопровождаемых эксплуатационно-технологическими осложнениями и авариями при добыче и транспортировке углеводородного сырья.

Анализируется состояние современного технологического уровня процессов утилизации сероводорода, который показывает, что существующие на сегодня способы имеют наряду с преимуществами различные недостатки, ограничивающие область их эффективного использования, особенно в промысловых условиях и, в частности, для очистки попутных, малосернистых и хвостовых газов. Показано, что реализация известных методов очистки газов от сероводорода, обустройства разработанных месторождений требует значительных капитальных и эксплуатационных затрат и в тоже время не обеспечивает желаемого уровня экологической безопасности.

В последние годы в работах отечественных и зарубежных исследователей предпочтение отдается химическим и окислительным методам, где конверсия сероводорода в элементарную серу протекает на стадии утилизации сероводорода по реакции:

H2S+I/2O2 -» S0 + Н20 (1)

Анализ применяемых в настоящее время жидких окислительных процессов показывает, что они имеют ряд преимуществ перед другими методами (хемосорбцион-ными, окисление 8 газовой фазе катализаторами). Из основных преимуществ можно выделить их селективность, это важно при высоком содержании диоксида углерода в составе углеводородного газа, что особенно часто встречается на практике.

Основными технологическими направлениями в области очистки углеводородных газов от сероводорода окислительными методами сегодня является совершенствование и модернизация существующих методов путем поиска более эффективных катализаторов, улучшения качества составов с целью повышения их технологичности и снижения коррозионной агрессивности растворов, улучшения и совершенствования технологических и конструкторско-технических параметров с целью повышения эффективности процессов утилизации кислых газов и регенерации абсорбентов с минимальными эксплуатационными затратами и максимальными экологическими показателями.

В частности, положительный эффект был достигнут на основе реализации окислительного процесса очистки углеводородного газа от сероводорода с использованием в качестве основы поглотительного раствора природного бишофита.

Технологически данный окислительный процесс очистки газов от сероводорода проходит в два раздельных и последовательных этапа: утилизация сероводорода диспергированием сернистого углеводородного газа в поглотительном растворе и регенерации отработанных сорбентов путем идентичного диспергирования атмосферного воздуха в отработавшем растворе. В качестве активного окислительного элемента поглотительного раствора применяется две формы соединений трехвалентного железа; растворенный комплекс железа и дисперсный гидроксид трехвалентного железа. Природный бишофит используется в качестве катализатора процесса извлечения сероводорода из углеводородных газов и как антифризный агент.

Существующие установки сероочистки обладают следующими недостатками; применение в качестве смесительных аппаратов жидкоструйного смесителя оборудованного ультразвуковым диспергатором и трубопроводного змеевикообразного абсорбера, не позволяет эффективно и стабильно осуществлять процессы тепло- и массо-обмена из-за недостаточной поверхности контакта фаз, что приводит к снижению эффективности процесса очистки нефтяного газа от сероводорода в целом. Также не обеспечивается эффективная регенерация отработанного раствора из-за низкого на- %

сыщения раствора кислородом воздуха, что в свою очередь ведет к истощению окислительного агента в поглотительном растворе.

С целью повышения стабильности и эффективности утилизации сероводорода и повышения степени регенерации отработанного поглотительного раствора для снижения уровня загрязненности окружающей среды сернистыми соединениями на промышленных объектах, были определены задачи оптимизации технологической схемы окислительного бишофитового процесса селективной очистки углеводородных газов от сероводорода, усовершенствованию технических параметров работы и снижению эксплуатационных расходов.

Изложены методологические подходы исследования процессов утилизации сероводорода и методики исследования, как утилизирующих свойств сорбентов-окислителей, так и их регенерации.

Анализ литературных данных и собственных экспериментальных исследований, показывает, что большое влияние на эффективность процессов утилизации сероводорода оказывают физико-химические факторы (температура, рН, степень растворимости сероводорода, концентрации и свойства окислителей, тип катализатора и др.)

Из сорбентов-окислителей для очистки малосернистых углеводородных газов от сероводорода более предпочтительно применение соли хромовой кислоты. Соли хромовой (хроматы) и двухромовой (бихроматы) кислот обладают сильными окислительными свойствами, что обеспечивает эффективность их использования для утилизации сероводорода и очистки углеводородных газов. При этом технологическая схема для проведения процесса очистки газа от сероводорода растворами хроматов такая же, как для технологии, в которой используют растворы на основе гидроокиси железа.

Растворы хроматов обладают преимуществами по сравнению с растворами, в которых используют гидроокись железа. К преимуществам относятся: отсутствие в исходных растворах твердой фазы, что улучшает работу насосов; применяемые растворы не вызывают коррозию оборудования; из-за высокой окислительной способности, необходимое процентное содержание солей хромовой кислоты на порядок ниже, поэтому поглотительный раствор дешевле по сравнению с растворами на основе соединений трехвалентного железа.

Для сравнения окислительных свойств хроматов и гидроксида трехвалентного железа к сероводороду были проведены лабораторные и стендовые исследования. С целью получения достоверных результатов разработана методика, основанная на количественном определении соответственно Н23 и 02 в объемах взаимодействующих составов и позволяющая исключить возможные ошибки, связанные с летучестью Н23 и добиться воспроизводимости результатов экспериментов.

Исследования проводились при различных значениях рН (от 3 до 13 ед.) с использованием сероводородной воды (рН=4 ед.) и буферных растворов. Величина относительной эффективности процесса (Ун) оценивалась как фактическая величина реакционной способности реагента (массовое количество сероводорода, реагирующее с единицей массы реагента за определенный промежуток времени) отнесенная к расчетной (теоретической).

Исследования утилизирующих свойств, выше названных сорбентов показывают, что эффективность процессов окисления сероводорода дисперсным гидроксидом железа повышается в кислой среде с повышением кислотности, (рис. 1) т.е. в области существования в водных растворах недиссоциированного сероводорода согласно уравнению

рН< 7 РН> 12

Нг8 2 НБ'* 2 (2)

Высокую реакционную способность Ре(ОН)3 в кислой среде можно объяснить и растворимостью гидроокиси железа в водных растворах. В тоже время, проведение процесса очистки газов от сероводорода в кислой среде приводит к побочным нежелательным ионнообменным реакциям. Кроме того, кислая среда приводит к значительной коррозии оборудования и переходу определенной части трехвалентного железа в двухвалентное, которое в кислой среде хуже подвергается регенерации.

Оценку эффективности процессов восстановления хромового ангидрида СЮсероводородом осуществляли аналитическим путем, определением концентрации хром-иона Сг*® в растворе по стандартной методике.

Реакция окисления сероводорода в области рН=6-9 ед. проходит наиболее эффективно, а с дальнейшим ростом значения рН (т.е. щелочности раствора) происходит плавное снижение окислительной способности хромового ангидрида к сероводороду. Снижение рН раствора ниже 6 ед., способствует переходу соли хромовой кислоты в бихромат согласно уравнению (3), что приводит к потере сорбента, поскольку восстановленный бихромат не регенерируется кислородом.

2сю;2 % Сг2о;2 (3)

(желтый) <— (оранжевый)

оц-

Следовательно, для очистки газов от сероводорода с помощью хроматного сорбента, процессы утилизации сероводорода необходимо проводить в области нейтральных и слабощелочных значений рН раствора.

Исследования эффективности процесса регенерации сорбентов, проводились по схеме идентичной процессу исследования окислительной способности. Величина относительной эффективности процесса (Ур) оценивалась как фактическая величина реакционной способности реагента (массовое количество кислорода, реагирующее с единицей массы реагента за определенный промежуток времени) отнесенная к расчетной (теоретической). Эффективность процесса регенерации сульфида трехвалентного железа кислородом воздуха (рис.1) напрямую зависит от величины рН среды.

Проведенный эксперимент показал, что в интервале рН от 5 до 11 скорость реакции окисления с ростом рН прямолинейно убывает. В более кислых средах и сильно щелочных эта зависимость нарушается - это можно объяснить разложением сульфида железа в сильно кислых средах и его высокой устойчивостью к окислению в сильно щелочных. Высокая реакционная способность в кислой среде объясняется также высокой растворимостью кислорода, и чем меньше рН, тем выше окислительно-восстановительный потенциал и, следовательно, выше растворимость, и тем быстрее идет регенерация сорбента.

Ун

рНед.

Рис. 1. Зависимость относительной реакционной способности (1) гидроксида трехвалентного железа Ре(ОН)3 и (2) хромового ангидрида СЮ"2« к сероводороду от рН среды

Рассматривая зависимость изменений концентрации сульфида железа от рН среды (рис.2) видим, что скорость регенерации сорбента сильно зависит от рН раствора, поэтому водородный показатель поглотительного раствора необходимо поддерживать в области нейтральных и слабощелочных величин во избежание ухудшения реге-нерационной эффективности сорбента и роста скорости коррозии конструкционного оборудования в кислой среде.

Оценка эффективности процесса окисления нерастворимого гидроксида хрома Сг(ОН)3 кислородом воздуха осуществлялась аналитическим путем, определением концентрации хром-иона Сг+в в растворе по стандартной методике.

Процесс регенерации хромового сорбента кислородом воздуха имеет прямую зависимость от рН среды (рис.2). С ростом значения рН поглотительного раствора реакционная способность плавно снижается. Так как кислая среда приводит к значительной коррозии оборудования, процессы регенерации сорбента необходимо проводить в области нейтральных и слабощелочных значений рН раствора.

1

08 06 04 02 0

0 2 4 6 8 10 12 14

рНед.

Рис. 2. Зависимость относительной эффективности процесса окисления Ур (1) сульфида железа (Ре23з) и (2) гидроксида хрома (Сг(ОН)з кислородом воздуха от рН среды

Для улучшения утилизирующей способности сорбента-окислителя сероводорода в стандартных условиях, а также в нейтральных и слабощелочных средах, на практике

Ур

►

V1 ч ч 1 4 \

1 V \ ч 1

\ >

применяются различные катализаторы, например, для поглотительных растворов, где используются сорбенты на основе соединений переходных металлов, в качестве катализаторов применяют соли щелочных и щелочноземельных металлов (натрий, кальций, цинк, магний, соль бишофита и др.).

По результатам исследований в качестве перспективной основы формирования композиционного состава поглотительного раствора был принят рассол волгоградского бишофита.

Природный бишофит используется в качестве катализатора процесса утилизации сероводорода из углеводородных газов и как антифризный агент. Основной показатель, определяющий возможность использования водно-солевых растворов в качестве хладо- и теплоносителей - это рабочий температурный диапазон, например, температура замерзания рассола бишофита плотностью 1175 кг/м3 составляет примерно минус 40 °С, что способствует его широкому внедрению в различных установках и системах.

На основе проведенных исследований изложены методология и результаты разработки состава поглотительного раствора для утилизации сероводорода. Экспериментально установлено, что использование соли хромовой кислоты в качестве окислителя сероводорода имеет наибольшую поглотительную способность.

Хромовый ангидрид в разработанном поглотительном растворе одновременно выполняет две функции - сорбента окислителя сероводорода и ингибитора коррозии технологического оборудования. В качестве основы поглотительного раствора используется рассол бишофита, основу которого составляет шестиводный хлорид магния MgCI-2 6Н20, содержащий наряду с этим соединения макро- и микро элементов в пределах 4-8 мае. %. Рассол природного бишофита является саморегулятором кислотности среды, при этом рН раствора выше величины 8,5 ед. не поднимается, так как образование щелочи приводит только к образованию дисперсного гидроксида магния (магний гель), а при нехватке щелочи происходит обратный процесс, т.е. растворение дисперсных частиц гидроксида магния. Благодаря этому эффекту не требуется проводить контроль рН раствора в процессе эксплуатации, что существенно сокращает эксплуатационные затраты при обслуживании установки.

Плотность рассола бишофита, составляющего основу поглотительного раствора и определяющего его физико-химические свойства, определена в пределах 1160-1180 кг/м3 с содержанием основной соли бишофита в пределах 37-41,5 мае. %, таким образом, температура замерзания рабочего раствора приблизительно будет в интервале от минус 34 до минус 40°С.

Эффективность очистки углеводородных газов от сероводорода достигаемой посредством разработанного раствора определялась в лабораторных и промысловых условиях.

Лабораторная установка, включала два баллона сжатых сероводородсодержа-щего газа и воздуха; абсорбер, с керамической насадкой погруженный в холодильной ванне. Установка оснащалась специальными пробоотборниками и средствами регулирования и контроля, работающими в агрессивных средах. Исследования выполнялись при температурах от минус 14 до плюс 60 °С. В начале проводили процесс утилизации сероводорода, и таким же образом, в последовательном порядке проводили процесс регенерации отработанных сорбентов кислородом воздуха. Были определены степени утилизации сероводорода (цЫ) и регенерации сорбентов кислородом (г|К). Результаты исследований представлены в виде графиков (рис. 3 и 4)

Из полученных результатов исследования следует, что процесс утилизации сероводорода из углеводородных газов эффективно осуществляется в интервале температур от минус 10°С до плюс 55°С, где содержание сероводорода в очищенном (конечном) углеводородном газе будет соответствовать требованиям отечественных стандартов. Регенерацию сорбентов кислородом воздуха необходимо проводить в интервале стандартных температур.

Т,°С

Рис. 3. Зависимость степени утилизации НгЭ от температуры

На предлагаемый раствор разработаны технические условия ТУ 2165-00300147507-2000 "Поглотительный раствор для очистки газов от сероводорода".

Промысловые исследования разработанного поглотительного раствора для очистки попутного нефтяного газа проводились на Макаровской сероочистной установке с целью определения: -сорбционной способности и селективности разработанного раствора по отношению к сероводороду в углеводородных газах; -коррозионной агрессивности поглотительного раствора к технологическому оборудованию; -оптимальных режимов эксплуатации СОУ (утилизации сероводорода и регенерации отработанного окислительного сорбента поглотительного раствора).

Физико-химические параметры поглотительного раствора приведены в табл.1.

т,°с

Рис. 4. Зависимость степени регенерации отработанного сорбента кислородом от температуры

Анализ эксплуатационных характеристик предложенного поглотительного раствора по очистке попутного нефтяного газа проводился в течение 7 месяцев.

Расход попутного газа в период промысловой эксплуатации был в пределах 10-15 тыс. м3/сут. С давлением в пределах 0,1-0,4 МПа и при средней скорости прокачки поглотительного раствора около 10 м3/час.

В период промысловых испытаний температура поглотительного раствора колебалась от плюс 15 до минус 20 °С. Содержание сероводорода в исходном газе было в пределах 281-1305 мг/м3. Процесс очистки проводили одновременно в двух режимах: утилизация сероводорода поглотительным раствором и регенерации отработанных сорбентов в нем атмосферным воздухом при температуре окружающей среды:

Технические показатели и физико-химические свойства разработанного поглотительного раствора

Таблица 1

Наименование показателя Размерность Показатель

Внешний вид однородный водно-солевой раствор желто-зеленого цвета, прозрачный, маслянистый и без запаха

Плотность раствора при 20 °С кг/м3 1160-1180

Содержание бишофита, г/л 430-490

(масс.%) (37,0-41,5)

Содержание МдС12, г/л 200-230

(масс.%) (17,3-19,4)

Водородный показатель рН (рабочий) ед. 7,0-8.5

Температура замерзания °С минус (34-40)

Температура кипения °С 106-108

Температурный режим процесса нейтрализа-

ции сероводорода: °С

нижний предел минус 10

верхний предел плюс 55

Температурный режим процесса регенерации .

нижний предел °с плюс 20

верхний предел плюс 50

Коррозия мм/год 0,001

В общем виде процесс окисления сероводорода хромовым ангидридом (К2Сг04) описывается уравнением:

2К2СГ04+ЗН28+4С02+2Н20 -> 2Сг(0Н)34-+33°+4КНС03 (4)

Соответственно, процесс регенерации отработанного окислителя (окисление гидроксида хрома):

4Сг(0Н)з+302+8КНС0З-^4К2СЮ4+1 0Н2О+8СО2Т (5)

Суммарная реакция процесса очистки

Н28+1/2 02->81+Н20 (6)

Анализ эксплуатационных результатов предлагаемого поглотительного раствора для очистки попутного нефтяного газа за весь период работы (7 месяцев) показал высокую утилизирующую эффективность в температурном режиме от +15 до -20 °С, при этом содержание сероводорода в очищенном газе оставалось в пределах допустимых концентраций ниже 20 мг/м3. Себестоимость разработанного (нового) состава более чем в 2 раза меньше применяемого (известного). Эксплуатационные расходы только на

химреагенты снижаются более чем на 4 тыс. руб/м3. Одновременно, анализ коррозионной агрессивности разработанного раствора показывает, что данный раствор обладает низкими значениями коррозионной активности к техническому оборудованию.

Закономерности гидродинамики и процессов массо- и теплообмена при формировании пенодинамического слоя в вихреинжекционном скруббере-реакторе в режиме контакта газа с поглотительным раствором на основе бишофита рассматриваются в четвертой главе.

Новая технологическая схема процесса очистки так же включает два идентичных модуля утилизации и регенерации, где каждый модуль выполнен в виде смесительного реактора (ИПС) и сепаратора рис.5.

Обобщение экспериментальных данных и оценка закономерностей исследуемых процессов проводилось на основе обобщений и выводов сформулированных д.т.н., профессором В. Г. Диденко, применительно к особенностям реализации вихреинжекци-онного механизма формирования пенодинамического слоя, как наиболее интенсивного.

Исследования выполнялись на опытном образце (модуле), воспроизводящем размеры промышленной установки вихреинжекционного скруббера.

В результате математической обработки на основе экспериментальных данных получен явный вид критериального уравнения пенообразования в контактной камере модуля;

где Иж -высота "светлой" ; жидкости, м; V/, - скорость газа в сечении камеры, м/с; V,- коэффициент динамической вязкости, м2/с; Нп- высота пены, м; в-диаметр камеры (исходя из отмеченных выше условий).

Проверка уравнения (7) показала, что оно хорошо отражает среднее значение искомой величины Ьж - (рис 6). Отклонения величины определенной по уравнению, от ее экспериментальных значений лежит в пределах 12 %.

очищенный газ

воздух

•о ^

отработанный поглотительный раствор

Рис.5. Принципиальная схема процесса очистки углеводородных газов от сероводорода с использованием ИПС

I. ц/б насос, 2. ИПС-нейтрализатор, 3. Газовый сепаратор, 4. ИПС-регенератор, 5.Вентилятор, 6. Фильтр, 7. Емкость, 8. 3-х ходовой кран, 9. мерная емкость, 10. напорный бак,

II. циркуляционный бак, 12. регулятор уровня.

Для определения величины гидравлических потерь в пенодинамическом слое формируемом раствором бишофита получена зависимость;

А/»„

/ ,ун>»5

- = 1,63-10-

(8)

На рис.7, представлены расчеты графики и эмпирические точки, отражающие закономерность изменения величины АРп в зависимости от значений скорости газа и высоты слоя.

Иж опыт, мм

О 50 100 150 200 250 300

1пж расч. мм

Рис. 6. Корреляционный график для значений Ьж С увеличением скорости газа ДРп резко возрастает при увеличении высоты слоя. Из данных рис. 7. очевидно, что по энергетическим показателям оптимальными можно считать скоростной интервал в пределах Ш = 4-8 м/с. Из соответствия экспериментальных и расчетных данных следует, что полученные уравнения с достаточной для инженерных расчетов точностью отражает закономерность изменения величины ДРп. Отклонение экспериментальных точек от расчетных находится в пределах 10%. АР, кг/м2

\Л/г, м/с

Рис. 7. Зависимость гидравлического сопротивления пенодинамического слоя от скорости газа

В основу изучения закономерностей массообменных процессов, обусловленных испарением или конденсацией паров жидкой фазы, положено представление об их аналогии процессам теплообмена. Обработка экспериментальных данных на основе общего критериального уравнения массообмена позволила привести его к форме, отражающей специфику этих процессов

где Рг - коэффициент диффузии паров воды в газе (воздухе), м2/с; сЦ, с!р - соответственно начальное и равновесное с упругостью пара влагосодержание газа, кг/кг.

На рис. 8 приведены эмпирические и рассчитанные по (9) данные, характеризующие зависимость величины коэффициента массопередачи от скорости газа. Их сопоставление показывает хорошую сходимость расчетов с данными экспериментов -разброс значений составил не более 10%.

Согласно проведённому анализу, эффективное достижение удовлетворяющих степеней извлечения ч сероводорода из обрабатываемого газа и регенерации отработанного сорбента, может быть реализовано при скорости газа 11а>6 м/с посредством варьирования величины начального уровня жидкости в области значений Ио>0,0 м.

^моб«кг/мэч(ДС=:1 кг/м3) 10'

(9)

0

2 3 4 5 6 7 Ь Ш, м/с

Рис. 8. Зависимость коэффициента массопередачи от скорости воздуха: 1- Нп = 100 мм; 2- Нп = 300 мм; 3- Нп = 500 мм

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей диссертационной работе дано новое решение актуальной задачи совершенствования защиты окружающей среды, а именно изложены результаты исследования закономерностей очистки углеводородных газов от сероводорода и оптимизации режимно-технологических параметров очистки природных газов окислительным способом - на основе поглощения примесей бишофитным раствором для целей экологически безопасного газоснабжения.

Основные выводы по работе:

1. Разработан состав поглотительного раствора для утилизации сероводорода содержащий активный сорбент хромовый ангидрид, выполняющий одновременно две задачи: сорбента окислителя сероводорода и ингибитора коррозии технологического оборудования, в среде раствора природного бишофита, обладающего каталитическими свойствами. Состав обладает способностью утилизировать сероводород с высокой эффективностью в температурном режиме от -10^55 °С, с получением элементарной серы. На новый поглотительный раствор разработаны технические условия (ТУ 2165003-00147507-2000 "Поглотительный раствор для очистки газов от сероводорода");

2. Дано теоретическое обоснование возможности реализации, кинетических и основных технологических параметров окислительных процессов утилизации сероводорода из углеводородных газов в пенодинамических реакторах растворами на основе бишофита;

3. Результатами экспериментальных исследований установлены определяющие зависимости регулируемых технологических факторов оптимизации и управления окислительными процессами очистки углеводородных газов от сероводорода разработанным поглотительным раствором на основе бишофита в пенодинамическом слое;

4. Экспериментально определены технологические параметры оптимального режима утилизации сероводорода разработанным окислительным раствором на основе бишофита в пенодинамических реакторах;

5. Экспериментально определены технологические параметры оптимального режима регенерации разработанного окислительного раствора на основе бишофита для процессов очистки углеводородных газов в пенодинамических реакторах;

6. Разработана принципиальная схема аппаратурного оформления ресурсосберегающей технологии окислительной бишофитной очистки углеводородных газов от сероводорода, в пенодинамических реакторах;

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях:

1. Диденко В.Г., Воронцов P.A. Совершенствование средств очистки углеводородных газов от сероводорода на основе схем с инжекционно-пенными скрубберами-смесителями II Междунар. конф. "Качество внутреннего воздуха и окружающей среды" - Волгоград, 2003. - С.7-9

2. Юркив Н.И., Салех А.И.Ш., Воронцов P.A. Способы нейтрализации сероводорода в процессе добычи углеводородов // Науч.-пракг. конф. "Проблемы обустройства морских нефтегазовых месторождений Северного Каспия и Балтики ". - Волгоград, 2003. - С.94-98

3. Салех А.И.Ш., Воронцов P.A. Бишофитная технология очистки углеводородных газов от сероводорода. - М., 2002. - С.73-75 (Сб. работ победит. 10 конк. моло-деж. разраб. "ТЭК-2001")

4

Салех А.И.Ш., Юркив Н.И., Воронцов P.A. ресурсосберегающая технология нейтрализации сероводорода в углеводородных газах с применением бишофита // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. - 2002. №10. - С.25-27

5. Салех А.И.Ш., Воронцов P.A. Новые подходы к вопросам нейтрализации сероводорода в углеводородной продукции / XII науч.-практ. конф. мол. учен, и спец. -Тюмень, 2002. - С.53-54

6. Салех А.И.Ш., Юркив Н.И., Воронцов P.A. Бишофитная технология селективной очистки углеводородных газов от сероводорода в промысловых условиях. - Вол-гоград:_ОАО "ВолгоградНИПИморнефть", 2002. - 53 с. - (Обзор, информ.)

7. Салех А.И.Ш., Воронцов P.A.. Остроухое С.Б. Утилизация кислых промышленных выбросов на предприятиях нефтегазовой промышленности / Сб. ст. // ОАО "ВолгоградНИПИморнефть. - Волгоград, 2001. - Вып.58. - С.204-210

8. Салех А.И.Ш., Воронцов P.A. Утилизация кислых газов и подготовка вод на предприятиях нефтегазовой промышленности// Междунар. конф. "Нефтегазоносность Казахстана". - Алматы, 2001. - С. 142-144

9. Салех А.И.Ш., Воронцов P.A. Утилизация попутных и факельных газов II Науч,-техн. конф. мол. спец. ОАО "ЛУКОЙЛ". - Волгоград, 2001. С.48-50

2 М 2.1 242

Воронцов Роман Александрович

ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ СЕРОСОДЕРЖАЩИХ ПРИМЕСЕЙ В СИСТЕМАХ ПРОМЫСЛОВОЙ ОЧИСТКИ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 3.10.2003 г. Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Печать плоская. Усл. -изд., л. 1.01. Тираж 100. Лицензия ИД N«02721 от 30 августа 2002 г.

ООО «ЛУКОЙЛ-ВолгоградНИПИморнефть» 400005, г. Волгоград, пр. Ленина, 96 Лаборатория ЭВМ и технического обеспечения

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕХНИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ АСПЕКТОВ

ОЧИСТКИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ ОТ СЕРОВОДОРОДА.

1.1. Актуальность разрабатываемой проблемы.

1.1.2 Опасность сернистых соединений.

1.1.3 Техногенные воздействия углеводородных газов.

1.2. Требования к очистке малосернистых газов.

1.3. Оценка условий промысловой добычи и переработки природных газов.

1.4 Анализ технологий очистки углеводородных газов от сероводорода.

1.4.1. Хемосорбционные процессы очистки природного газа от сероводорода.

1.4.2.Процессы очистки газа с использованием физической абсорбции.

1.4.3.Процессы очистки газов с применением химических и физических абсорбентов.

1.4.4.Адсорбционные процессы.

1.4.5. Окислительные процессы очистки углеводородных газов от сероводорода.

1.4.6. Особенности аппаратурного оформления процессов очистки газов.

1.4.7 Основные тенденции перспективного развития методов очистки углеводородных газов.

Выводы по главе.

Глава 2. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО ГАЗА НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ СОРБЕНТОВ-ОКИСЛИТЕЛЕЙ.

2.1. Методологические подходы и закономерности утилизации сероводорода из углеводородных газов.

2.2. Анализ окислительных свойств хроматов и гидроксида трехвалентного железа к сероводороду.

2.2.1. Анализ исследований окислительных свойств гидроксида трехвалентного железа.

2.2.2. Анализ исследований окислительных свойств хроматов.

2.3. Анализ процесса окисления сульфида железа и гидроксида хрома кислородом воздуха.

2.3.1. Анализ исследований процесса окисления сульфида железа кислородом воздуха.

2.3.2. Анализ исследований процесса окисления гидроксида хрома кислородом воздуха.

2.4 Оценка физико-химических свойств и подбор катализатора для поглотительного раствора утилизации сероводорода из углеводородного газа.

Выводы по главе.

Глава 3. РАЗРАБОТКА СОСТАВА БИШОФИТНОГО ПОГЛОТИТЕЛЬНОГО РАСТВОРА ДЛЯ ЭКОЛОГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ УТИЛИЗАЦИИ СЕРОВОДОРОДА В ЭЛЕМЕНТАРНУЮ СЕРУ НА ОСНОВЕ РЕЖИМНЫХ ИСПЫТАНИЙ.

3.1. Разработка состава поглотительного раствора.

3.2. Экспериментальное изучение очищающей способности окислительного поглотительного раствора.

3.3. Анализ работы СОУ на разработанном поглотительном растворе.

Выводы по главе.

ГЛАВА 4. АППАРАТУРНО-РЕЖИМНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ

ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ

ОТ СЕРОВОДОРОДА БИШОФИТНЫМ ПОГЛОТИТЕЛЬНЫМ

РАСТВОРОМ В ПРОМЫСЛОВЫХ УСЛОВИЯХ.

4.1. Обоснование режимных параметров эффективной реализации окислительного процесса очистки на основе интенсификации контакта газа с поглотительным раствором.

4.1.1 Общие закономерности гидродинамики формирования пенного слоя.

4.1.2 Закономерности теплообмена при контакте газа и жидкости в пенодинамическом слое.

4.1.3 Закономерности межфазного массобмена в пенодинамическом слое.

4.1.4 Зависимость степени обработки газа от кинетики процессов межфазного обмена в пенодинамическом слое.

4.1.5 Обобщение режимных параметров эффективной реализации окислительного процесса очистки.

4.2. Унификация схемы аппаратурного оформления газоочистной установки на основе использования инжекторно-пенных скрубберов-реакторов (ИПС).

4.2.1. Структура компоновочных схем модулированных установок.

4.3. Модификация аппаратурной схемы газоочистной установки на основе использования инжекторно-пенных скрубберов-реакторов (ИПС) для условий реализации окислительного процесса очистки.

4.4. Определение режимных условий эффективного поглощения сероводорода бишофитным поглотительным раствором и стабильной регенерации отработанного окислительного сорбента в реакторе ИПС.

4.4.1. Аппаратурное оформление и методика экспериментов.

4.4.2. Состав оборудования экспериментального стенда.

4.4.3. Методика проведения и оценки результатов экспериментов.

4.4.4. Гидродинамические характеристики образования пенодинамического слоя.

4.4.5 Охлаждение газа при контакте с жидкостью в пенодинамическом слое.

4.4.6 Массообмен при контакте газа с жидкостью в пенодинамическом слое.

4.4.7 Обобщение режимных условий эффективного поглощения сероводорода бишофитным поглотительным раствором и стабильной регенерации отработанного окислительного сорбента в реакторе ИПС.

4.5. Оценка условий эффективной (устойчивой) эксплуатации газоочистной установки на основе реакторов ИПС.

4.5.1 Технико-экономические показатели эксплуатации газоочистной установки на основе реакторов ИПС.

Выводы по главе.

Актуальность проблемы. Рост цен на газовое топливо и дефицит разведанных месторождений природных газов с отсутствием сернистых примесей ставит в ряд важнейших задач очистку от кислых примесей (в частности, от сероводорода), делающих невозможным использование таких газов в качестве топлива, а также вызывающих загрязнение окружающей среды, коррозию технологического оборудования и разрушение строительных конструкций.

В тоже время на территории России, и в частности, Нижнего Поволжья, разведано и законсервировано много газовых, нефтегазовых, газоконденсатных серосодержащих месторождений. Однако разработка данных газовых и нефтегазовых месторождений без обеспечения их эффективным сероочистным оборудованием может стать источником серьезных экологических осложнений, т.к. только двадцать одно месторождение Нижнего Поволжья в составе углеводородного газа содержат сероводород, концентрация которого варьируется от 0,01 до 7,5 об %.

Экологическую опасность сероводорода в большей мере определяет продукт его сжигания (сернистый ангидрид), который оказывает активное техногенное воздействие на окружающую среду, народохозяйственные и природные объекты.

Основное количество сернистого ангидрида выбрасывается в атмосферу в результате сжигания серосодержащего топлива в котельных ЖКХ, теплоэлектростанциях и промышленных печах. В среднем по Российской Федерации ежегодно в атмосферу поступает более 20 млн. т. вредных веществ, треть которых приходится на диоксид серы. Это делает чрезвычайно актуальным поиск путей сокращения объемов сернистых выбросов и их нейтрализации.

Наиболее эффективным направлением решения данной проблемы является обеспечение предварительной очистки углеводородного газового топлива и перевод на него всех крупных потребителей энергии.

Работа выполнена в соответствии с тематическим планом научно-исследовательской работы Волгоградской государственной архитектурно-строительной академии.

Цель работы - разработка технологической схемы аппаратурного оформления очистки углеводородных газов от сернистых соединений для экологически безопасного газоснабжения объектов промышленности, строительства и коммунального хозяйства;

-снижение антропогенного воздействия на окружающую среду выбросов НгЭ и БОг на основе оптимизации окислительного бишофитного процесса селективной очистки углеводородных газов от сероводорода посредством повышения стабильности и эффективности утилизации сероводорода и повышения степени регенерации отработанного поглотительного раствора. Основные задачи работы:

-разработка технологических основ окислительного бишофитного метода очистки углеводородных газовых сред от сероводорода с применением вихреинжекци-онного способа смешивания взаимодействующих фаз;

-повышение технологической и экономической эффективности окислительного бишофитного процесса;

-разработка состава поглотительного раствора для эффективной конверсии сероводорода в элементарную серу в широком температурном диапазоне;

-снижение антропогенного воздействия НгЭ на окружающую среду за счет оптимизации условий воздействия на него абсорбционного окислительного метода.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, лабораторные исследования, математическое моделирование, обработку экспериментальных данных методами математической статистики с применением ПК.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована планированием необходимого объема экспериментов, подтверждена удовлетворяющей сходимостью полученных результатов расчета и натурными данными. Научная новизна работы состоит в том, что:

-разработана унифицированная технологическая схема аппаратурного оформления окислительного процесса очистки углеводородных газов от сероводорода поглотительным раствором на основе природного бишофита в пенодинамиче-ском слое на основе модульных принципов агрегатирования в аппаратах ИПС;

-разработаны теоретические принципы создания эффективной технологии утилизации сероводорода из углеводородных газов бишофитным поглотителем путем вихреинжекционного смешивания газожидкостной системы для экологически безопасного газоснабжения объектов промышленности и коммунального хозяйства;

-экспериментально установлено, что использование соли хромовой кислоты в комплексе с природным бишофитом (в качестве катализатора) имеет наибольшую реакционную способность. Наибольшая степень утилизации сероводорода наблюдается при рН 6-9 ед и в интервале температур -10-и-55°С;

-экспериментально установлены технологические параметры регенерации отработанного окислительного сорбента поглотительного раствора, лежащие в области нейтральных и слабощелочных значений рН 6-9 ед и температурном режиме +20-^+50 °С;

-установлено, что эффективное достижение удовлетворяющих степеней извлечения сероводорода из обрабатываемого газа поглотительным раствором на основе бишофита и регенерации отработанного сорбента, может быть реализовано в инжекторно-пенных скрубберах (ИПС) при скорости газа \Л/г> 6 м/с посредством варьирования величины начального уровня жидкости в области значений Ь0 >0,0 м.

Практическая ценность работы:

-разработана эффективная технология очистки углеводородных газов от сернистых соединений, позволяющая вовлечь в разработку законсервированные серосодержащие месторождения для экологически безопасного газоснабжения объектов промышленности, строительства и коммунального хозяйства;

-разработан состав поглотительного раствора для утилизации сероводорода, содержащий активный сорбент хромовый ангидрид, выполняющий одновременно две задачи - сорбента окислителя сероводорода и ингибитора коррозии технологического оборудования газоснабжения - в среде раствора природного бишофита, обладающего каталитическими свойствами. Состав обладает способностью утилизировать сероводород с высокой эффективностью в температурном режиме -Ю-и-55 °С, с получением элементарной серы. На новый поглотительный раствор разработаны технические условия (ТУ 2165-003-00147507-2000 "Поглотительный раствор для очистки газов от сероводорода");

-внедрен окислительный поглотительный раствор сероводорода в промысловых условиях. Раствор показал высокую утилизирующую эффективность к сероводороду в сложных природных условиях, способность легко регенерироваться кислородом воздуха без изменения первоначального состава и без выделения токсичных и вредных веществ. При этом он отличается низкой температурой замерзания (до -40°С) и малой коррозионной активностью к технологическому оборудованию в системе газоснабжения.

Реализация результатов работы:

Внедрение выполненных работ позволило сократить выбросы и сжигание попутного нефтяного газа на факелах и использовать очищенный газ в производственных технологических нуждах и газоснабжении промышленных и коммунальных объектов.

Результаты работы вошли в руководящие документы:

Поглотительный раствор для очистки газов от сероводорода" ТУ 2165-00300147507-2000. Волгоград, 2000 г.

Себестоимость предлагаемого (нового) состава поглотительного раствора более, чем в 2 раза меньше ранее применяемого (известного). Эксплуатационные расходы только на химреагенты снижаются более чем на 4 тыс. руб./м3.

Материалы диссертационной работы использованы кафедрой ОВЭБ ВолгГАСА в курсах лекций, а также в дипломном проектировании при подготовке инженеров специальностей "Теплогазоснабжение и вентиляция", "Инженерная защита окружающей среды".

На защиту выносятся:

-принципиальная схема аппаратурного оформления ресурсосберегающей технологии окислительного процесса очистки углеводородных газов от сероводорода поглотителем на основе раствора бишофита в пенодинамическом слое на основе модульных принципов агрегатирования;

-теоретические и экспериментальные результаты исследования физико-химических закономерностей утилизации сероводорода и процессов очистки серосодержащих углеводородных газов на основе бишофитного поглотителя в вихреин-жекционных пенодинамических реакторах;

-методика получения состава поглотительного раствора для утилизации сероводорода.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и получили одобрение на: научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ОАО "ЛУКОЙЛ" (г. Волгоград, 2001 г.); по итогам конкурса авторская работа "Утилизация попутных и факельных газов" была отмечена дипломом за второе место; на Х-ом юбилейном конкурсе молодежных разработок "ТЭК -2001" (г. Москва, 2001 г.); по итогам конкурса авторская работа "Бишофитовая технология очистки углеводородных газов от сероводорода" была отмечена дипломом за первое место; на 1-ой Международной конференции "Нефтегазоносность Казахстана" (г. Апматы-Атырау, 2001 г.); на XII научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (г. Тюмень, 2002 г.).

Публикации. Основное научное содержание работы изложено в 9 печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем

Основные выводы по работе

На основе проведенных исследований:

1. Разработана принципиальная схема аппаратурного оформления ресурсосберегающей технологии окислительной бишофитной очистки углеводородных газов от сероводорода, в пенодинамических реакторах.

2. Разработан состав поглотительного раствора для утилизации сероводорода содержащий активный сорбент хромовый ангидрид, выполняющий одновременно две задачи: сорбента окислителя сероводорода и ингибитора коррозии технологического оборудования, в среде раствора природного бишофита, обладающего каталитическими свойствами. Состав обладает способностью утилизировать сероводород с высокой эффективностью в температурном режиме -10 -т- +55 °С, с получением элементарной серы. На новый поглотительный раствор разработаны технические условия (ТУ 2165-003-00147507-2000 "Поглотительный раствор для очистки газов от сероводорода").

3. Результатами экспериментальных исследований установлены определяющие зависимости регулируемых технологических факторов оптимизации и управления окислительными процессами очистки углеводородных газов от сероводорода разработанным поглотительным раствором на основе бишофита в пенодинамиче-ском слое.

4. Дано теоретическое обоснование возможности реализации, кинетических и основных технологических параметров окислительных процессов утилизации сероводорода из углеводородных газов в пенодинамических реакторах растворами на основе бишофита.

5. Экспериментально определены технологические параметры оптимального режима утилизации сероводорода разработанным окислительным раствором на основе бишофита в пенодинамических реакторах.

6. Экспериментально определены технологические параметры оптимального режима регенерации разработанного окислительного раствора на основе бишофита для процессов очистки углеводородных газов в пенодинамических реакторах.

1. Агаев Г.А. Борьба с пенообразованием в процессе аминовой очистки природного газа. М., 1979. —33 с. (Сер. "Подготовка и переработка газа и газового конденсата": Обзор, информ. / ВНИИЭгазпром; Вып.З).

2. Александров И. А. Массопередача при ректификации и абсорбции многокомпонентных смесей. — Л.: Химия, 1975. — 320 с.

3. Алексеев Н.И., Кисин Д.А., Горелов В.Е. Совершенствование пенно-вихревого аппарата методом ФСА // Химическое и нефтяное машиностроение. 1988.-№ 4. - С. 15-17.

4. Алиев Г.М. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов. М.: Металлургия, 1986. — 544 с.

5. Ахметшин Э.А., Мавлютов М.Р. Борьба с проявлением сероводорода при бурении скважин. М., 1978. - 38 с. - (Сер. "Бурение": Обзор, информ. / ВНИИОЭНГ).

6. Балабеков О.С., Балтабаев Л.Ш. Очистка газов в химической промышленности. Процессы и аппараты. — М.: Химия, 1991. — 256 с.

7. Беделл С.А., Кирби Л.Х., Буэнгер С.У., Макгоф М.С. Очистка газов при помощи хелатных комплексонов // Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. -1988, № 1.

8. Беккер Р. Теория теплоты. — М.: Энергия, 1974. — 504 с.

9. Белевицкий А.М. Проектирование газоочистных сооружений. — Л.: Химия, 1990. —288 с.

10. Бердт Р., Стьюарт В., Лайтфут Е. Явления переноса. М.: Химия, 1974. -688 с.

11. Богатых С.А. Циклонно-пенные аппараты. Л.: Машиностроение, 1978.224 с.

12. Брайнес Я.М. Введение в теорию и расчёты химических и нефтехимических реакторов. — М.: Химия, 1976. — 232 с.

13. Бретшнаидер Б., Курфюст И. Охрана воздушного бассейна от загрязнения. -Л.: Химия. Ленинградское отделение, 1989. -288 с.

14. Броунштейн В.В., Фишбейн Г.А. Гидродинамика, массо- и теплообмен в дисперсных системах. — Л.: Химия, 1977. — 280 с.

15. Бутвел К.Ф., Кабик Д.Д., Зигмунд П.У. Очистка синтез-газа алкаламинами // Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. 1982. - № 3. - С. 90 - 97.16